Способ измерения электрической длины линии и устройство для его осуществления

Способ измерения электрической длины линии и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике электросвязи. Цель изобретения - повышение точности измерения. Сущность способа заключается в измерении электрической длины линии путем учета режима короткого замыкания и холостого хода, которые создаются за счет манипуляции нагрузки поочередно с частотой Ω, что позволяет обеспечить поставленную цель. Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1, ответвитель 2, клавиатуру 3, блок 4 манипуляции, индикатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, вычислитель 10, блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ CGBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)5 Н 04 В 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4385828/24-09 (22) 29,02,88 (46) 07,06,90, Бюл, № 21 (72 ). А. M. Çîòo D и В, Г. Пешков (53) 621. 395, 664 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 786021, кл, H 04 В 3/46, 1978, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ДЛИНЫ ЛИНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике электросвязи ° Цель изобретения — повыше, ние точности измерения. Сущность способа

2 заключается в измерении электрической длины линии путем учета режима короткого замыкания и холостого хода кото1 рые создаются за счет манипуляции нагрузки поочередно с частотой Й, что позволяет обеспечить поставленную цель. Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1, ответвитель 2, клавиатуру 3; блок 4 манипуляции, индикатор 8, аналогоцифровой преобразователь 9, вычислитель 10, блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны, 2 с.и

1 з,п.ф-лы, 6 ил, 1570004

Йзобретение относится к технике электросвязи и может использоваться для точного измерения электрической длины и времени задержки одномодовых протяженных трактов передачи сигнала, 5

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фнг, 1 представлено 1раепределение амплитуды стоячей волны в линии без затухания; на фиг, 2 - то же, с затуханием; на фиг. 3 — зависимость амплитуды мрдуляции стоячей волны от расстояния для линии с затуханием, на фиг. 4 - зависимость амплитуды модуляции стоячей волны в точке измерения от частоты зондирующего сигнала; на фиг, 5 — структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 6вариант выполнения блока выделения амплитуды модуляции стоячей волны, Устройство для измерения электрической длины линии (фиг, 5) содержит генератор 1 синусоидального сигнала, ответвитель 2, клавиатуру 3, блок 4 манипуляции„ состоящий из управляемой нагрузки 5, модулятора 6и кварцевого генератора 7, индикатор 8, аналого"цифровой преобразователь 9 „ вычислитель 10, блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волн ; показана также измеряемая линия 12.

Блок 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны содержит (фиг, 6) амплитудный детектор 13, преселектор

14 частоты, управляемый усилитель 15 „ фильтр 16, двухсторонний ограничитель

17 и выпрямитель 18, Рассмотрим линию передачи без зату-„ хания, в которой распространяются колебания с длиной волны р, а на выходе которой за счет манипуляции нагрузки поочередно с частотой Я создаются режимы короткого замыкания. (КЗ) и холостого хода (ХХ), Две картины стоячей волны в измеряемой линии, соответствующие этим двум режимам íа выходе, представлены на фиг, 1, Амплитуда стоячей волны в произвольной точке ли.5G нии будет меняться с частотой Я, т,е. возникает модуляция амплитуды стоячей волны, величина которой зависит от расстояния до управляемой нагрузки.

Существенным является то, что существуют точки, в которых амплитуда моду- 5

- 55 ляции стоячей волны 7„ 1равна нулю и которые условно можно йазвать нулями модуляции амплитуды стоячей волны.

Расстояние от управляемой нагрузки до этих точек определяется:

1 i1

1=(n+ — ) - -, где n=0,1,2..., .

Для измеряемой линии без затухания с согласованным входом максимальная величина амплитуды стоячей волны будет составлять

V . =2V

mA мам - — -

В случае измеряемой линии с затуханиями амплитуды падающей V отраженной У и стоячей волн будут зависеть от расстояния 1 до нагрузки ли-:: нии, как показано на фиг, 2. С ростом расстояния 1 узлы стоячей волны становятся слабо выраженными иэ-эа уменьшения глубины и расплывания; минимумов стоячей волны, но положение экстремумов сохра.няется, Так как изменения амплитуды стоячей волны и формы экстремумов с ростом расстояния происходят одинаково для обоих режимов (ХХ.и КЗ) на выходе измеряемой линии, то поло" жение нулей модуляции не зависит от затухания в измеряемой линии, К этому же результату приводит математический анализ векторных диаграмм падающей и отраженной волн разной амплитуды, Зависимость амплитуды модуляции стоячей волны от расстояния для измеряемой линии с затуханием представлена на фиг, 3 °

Увеличение (уменьшение) частоты зойдирующего сигнала вызывает сжатие (растяжение) картины стоячей волны в измеряемой линии, что приводит к изменениюю амплитуды модуляции с т ояч ей волны в точке измерения на входе измеряемой линии, как это представлено на фиг, 4. Измерял амплитуду модуляции стоячей волны V ди изменяя частоту зондирующего сигнала в выбранных пределах (F <, Р, ), определяют частоты Г,, 1,...,i при которых в точке измерения находится один из нулей модуляции амплитуды стоячей волны, Вычисление электрической длины основано на следующих соображеж ях, Если на некоторых частотах Е„и.„(Г„> Г ), которым соответствуют длины волн в линии 1, и Ь < в точке измерения находятся нули модуляции амплитуды стоя; чей волны, то геометрическая длина лижти 1 может быть записана

70004 1л» 1

Г» 4(„-,) 10

30

5 l5 где K 1,2,3... — приращение количест ва нулей в линии передачи, Так как геометрическая длина измеряемой линии в обоих случаях одинакова, то справедливо равенство („+ 1 ) 0=(п+К+»1») дк

1 0»

Количество длин волн N укладываю41 щихся на длине измеряемой линии 1, или

ЭДЛ может быть записано:

И ° . =-- i A э

I где Л. — длина волны в измеряемой ли", I нии,, соответствующая частоте

fl 1 тогда

) Ло

2 4 2 (и+--- ) -- - и+--"Л. д 4

0 С учетом этого равенство может быть переписано через N p

О

КЛ„

Л к $

0 откуда получаем выражение для электрической длины линии ЭДЛ:

КЛк

Л 1тЛ,-Л„

Известно соотношение между длиной волны в измеряемой линии Л, и частотой колебаний

С

Л; =------, K ъ где С вЂ” скорость света;

К вЂ” коэффициент замедления изме3 ряемой линии, тогда ЭДЛ перепишется в виде

Kf, " "Ë, 4 Г„-1 «)

ЭДЛ на частоте f. отличной от

»

f, можно найти из следующих соображенийй:

ЛО

--о-=1,1

Л

Окончательное выражение для расчетов ЭДЛ запишется в виде:

К ° f» (1 к о

Между электрической длиной ИЛ».и временем задержки сигнала в измеряемой линии t существует однозначное

Ь соответствие:

"р» f "з

Тогда время задержки сигнала в измеряемой линии будет определяться выр ажением;

Устройство работает следующим образом, Зондирующий сигнал (фиг. 5) с выхода генератора 1 через ответвчтель

2 поступает в измеряемую линию 12, где распространяется в виде электромагнитной волны. Манипуляция управляемой нагрузки 5 блока 4 с частотой 1, определяемой кварцевым генератором 7, производится с помощью модулятора б и приводит к появлению в измеряемой линии 12 двух видов отраженных (а следовательно, и стоячих) волн, которые сменяют друг друга с частотой Й, что дает эффект модуляции амплитуды стоячей волны с той же частотой. Амплитуда модуляции стоячей волны на выходе ответвителя 2, который является точкой измерения, выделяетая и усиливается блоком 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны, Напряжение

Чд с выхода блока 11, пропорциональное величине амплитуды .модуляции Ч преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 9 и вводится в вычислитель 10 по его команде.

Вычислитель 10 в начале измерений управляет коэффициентом передачи блока 11 выделения амплитуды модуляции стоячей волны, что обеспечивает уровень напряжения Чд, лежащий в диапазоне рабочих значений аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, В процессе измерений вычислитель 10 управляет частотой генератора 1, осуществляя пошаговый поиск нулей модуляции на основании сравнения текущего значения Чд и значений на предыдущих шагах, запоминает значения частот

45 Q к и f и прикращение количества нулей К между ними, Для сокращения времени измерения шаг поиска изменяется в соответствии с заложенным алгоритмом, По окончании поиска вычислитель

10 .вычисляет результат измерения ЭДЛ или время задержки и выводит его на индикатор 8. Клавиатура 3 используется для ввода в вычислитель 10 значений частоты f», диапазона перестройки частоты kF, Г ), выбора индицируемой величины (ЭДЛ или время задержки) и команд начала или прекращения измерений, Вводимые величины также индипн руются на индикаторе 8, 1570004

Амплитудный детектор 13 блока 11 (фиг. 6) выделяет огибающую высоко" частотных колебаний частоты Г;, поступающих на его вход, преселектор 14 частоты осуществляет предварительную фильтрацию колебаний частоты Я из сигнала амппитудного.детектора 13. Выделенный сигнал усиливается управляемым усилителем 15, коэффициент передачи которого устанавливается в начале измерений в виде кода вычислителем

10. Фильтр 16 частоты Я осуществляет окончательную фильтрацию сигнала, двухсторонний ограничитель II7 поэво" ляет избежать неоднозначности измерения V д из-за превышения максимального входного напряжения АЦП 9, Выпрямитель 18 формирует из сигнала частоты

A постоянное напряжение Чд, пропорциональное амплитуде входного сигнала, Полоса фильтра 16 определяет полосу поопускания блока 11, а следовательно и отношение сигнал/шум на его выходе. Так как полезная информация 25 заключена не в фазе, а в амплитуде входного сигнала, то принципиальных ограничений на повышение добротности фильтра 16 нет.

Формула изобретения

1. Способ измерения электрической длины линии, з аключающийся в подаче на вход линии гармонического сигнала, определении на входе линии экстремума стоячей волны и вычислении электрической длины линии, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точно ти измерения, перед определением на входе линии экстремума стоячей 40 волны модулируют амплитуду стоячей волны путем изменения с частотой Я условий отражения гармонического зондирующего сигнала от выхода измеряемой линии за счет создания режимов ко- 5 роткого замыкания и холостого хода, измеряют амплитуду модуляции стоячей волны на входе линии, изменяют частоту гармонического зондирующего сигнала и измеряют ее при нулевом значении амплитуды модуляции стоячей волны на входе линии.

2. Устройство для измерения электрической длины линии, содержащее генератор синусоидального сигнала, индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, введены вычислитель, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора синусоидального сигнала, последовательно соединенные ответвитель, вход которого соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, блок выделения амплитуды модуляции стоячей волны, управляющий вход которого соединен с вторым выходом вычислителя и аналого-цифровой преобразователь, тактовый вход и выход которого соединен соответственно с третьим выходом и входом вычислителя, четвертый выход которого соединен с входом индикатора, клавиатура, входвыход которой соединен е входом-выходом вычислителя, второй выход ответвителя является входом измеряемой лиHHH бло к мани пуляцHH co cTQHlIIHH H3 управляемой нагрузки, подключенной .к измеряемой линии, и последовательно соединенных кв арцево го генер атор а и модулятор а, выход которо го подключен к управляющему входу управляемой нагрузки, 3 ° Устройство по и. 2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок выделения амплитуды модуляции стоячей волны содержит последовательно соединенные амплитудный детектор, вход которого является входом блока выделения амлитуды модуляции стоячей волны, преселектор частоты, управляемый усилитель, второй вход которого является управляющим входом блока выделения амплитуды модуляции стоячей волны, фильтр, двухсторонний ограничитель и выпрямитель, выход которого является выходом блока выделения амплитуды модуляции стоячей волны, 15 70004

Фиг. f г„(с)

tPuz. 3

1570004

Составитель Е, Голуб

Техред и, Серд окова Корректор В, Гирняк

Редактор Н,Яцола

Заказ 459 Тираж 529 Подгысное

ВНИИПИ Государственного коьжтета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101