Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Нагрузка

Исследуемый четырехполюсник

К измерителю разности фаз

делителя

и уровня

мошности

Балансный

сигналов

мост

Нагрузка

Рис. 8.26. Структурная схема рефлектометра

которому производится отсчет измеренного фазового сдвига Как и в других типах фазометров, в данной схеме существует неоднозначность отсчета, поэтому важно следить за равенством электрических длин линий в каждом канале. Необходимо также уменьшать рассогласование за счет неоднородностей. Генератор сигналов модулируют низкой частотой, чтобы использовать после детектора селективный усилитель. При этом можно обеспечить больший коэффициент усиления и увеличить чувствительность в определении нуля.

Свип-генератор

Модулятор

Исследуемый четырехполюсник * Детектор

Делитель мошности

Детектор

Измеритель разности фаз и уровня сигналов

Рис. 8.27. Структурная схема измерения группового времени запаздывания

ния уровня сигнала позволяет получать информацию о модуле коэффициента передачи исследуемого устройства.

Таким образом, рассмотренные структурные схемы имеют много общего и содержат три основные группы элементов:

источник сигнала (свип-генератор);

элементы тракта (делители мощности, направленные ответвители, модуляторы и др.);

измерители разности фаз и уровня сигналов.

Измерители разности фаз на СВЧ по принципу построения могут быть разделены на две основные группы: приборы, работающие непосредственно на несущей частоте, и приборы, содержащие преобразователи частоты.

К первой группе методов относятся: нулевой, измерительной линии и согласован ной нагрузки.

Структурная схема, основанная на применении нулевого метода, показана на рис.8.28. Как видно из схемы, она представляет собой разновидность метода компенсации с использованием устройства сравнения и калиброванного фазовращателя, по

Для измерения фазы применяют коаксиальные или волноводные измерительные линии. В качестве компенсационных узлов в подобных приборах обычно применяются смесительные камеры с детекторными устройствами. Для обеспечения режима бегущей волны измерительная линия нагружается на согласованную нагрузку. В процессе измерения головка перемещается вдоль линии до получения минимума, соответствующего фазовому сдвигу напряжений t/j и t/j на угол 180°. Относительное перемещение минимума при подключении измеряемого объекта приводит к фазовому сдвигу ф = = (2п/Хв}/А1, где - перемещение зонда по линии при подключении исследуемого объекта; - длина волны в линии.

При проведении измерений особое значение имеют согласование, развязка цепей, обеспечение правильного режима детектирования и выбор необходимой чувствительности индикатора. Для повышения чувствительности индикатора, как и при нулевом методе, применяется амплитудная модуляция генератора СВЧ напряжением низкой частоты. Это позволяет применять узкополосные усилители с большим коэффициентом усиления.

-> Аттенюатор *\ Смеситель

Усилитель промежуточной частоты

Электрически управляемый фазовращатель

Гетеродин

Схема АПЧ Фазовый детектор

Аттенюатор

Смеситель

Усипзитель

{Индикатор фазы

Рис. 8.28. Структурная схема измерителя фазы нулевым методом



Другой метод использования измерительной линии для фазовых измерений отличается от предыдущего тем, что в нем выход исследуемой цепи замкнут накоротко. После определения минимума стоячей волны исследуемая цепь заменяется отрезком линии такой же физической длины. Если фаза исследуемой пепи отличается от фазы отрезка замещающей линии, то минимум стоячей волны сместится. Эта разность фаз равна 180п + ЗбОйДв. град, где п = О, 1, 2 ...; d - сдвиг минимума; Хв - длина волны в измерительной линии. Как и при нулевом методе, общий сдвиг фазы в исследуемой цепи может быть измерен без замены ее отрезком линии. В этом случае после определения минимума короткозамыкатель переставляется на конец измерительной линии.

Метод короткого замыкания накладывает некоторые ограничения для исследуемой цепи. Во-первых, она должна быть согласована в обоих направлениях. Во-вторых, следует знать квадрант, в котором лежит измеряемый угол сдвига фаз, в противном случае нельзя определить значение п. Указанный метод полезен при измерении малых сдвигов фаз в согласованных цепях, а также для калибровки переменных фазовращателей, когда измеряются малые приращения фазовых сдвигов.

Метод модулированной поднесу1дей при измерении разности фаз аналогичен обычному нулевому методу. Он основан на определенном соотнощении между амплитудной и фазовой модуляцией. Если модулированный сигнал сложить с немодулиро-ванным сигналом той же частоты, то результирующий сигнал оказьшается только ам-плитудно-модулированным с той же частотой модуляции. Но если фаза модулированного сигнала отличается от результирующего сигнала на 90°, то выходной сигнал имеет как фазовую модуляцию на модулирующей частоте to, так и амплитудную на двойной

частоте модуляции 2<». При сложении получаются различные глубины амплитудной модуляции на частотах со и 2со, а также фазовая модуляция на частоте ю. Поэтому детектор амплитудной модуляции не реагирует на фазовую модуляцию, так как настроен на частоту со, и его выходное напряжение равно нулю, когда модулированный сигнал сдвинут на определенный угол ф. Этот угол ф зависит от отношения амплитуд сигналов.

Структурная схема измерителя фазы методом модулированной поднесущей показана на рис. 8.29. Сигнал поднесущей, модулированный по амплитуде, после прохождения через испытуемый элемент поступает на аттенюатор, и амплитуда его перед сложением с несущей несколько уменьшается. При выключенном сигнале в канале поднесущей уровень несущей устанавливается таким, чтобы на детектор подавался сигнал мощностью 1 мВт. Генератор низкой частоты (НЧ) выдает сигнал, обеспечивающий амплитудную модуляцию на центральной частоте не менее 30%. В исходном состоянии калиброванный фазовращатель регулируется так, чтобы на детекторе сигнал был равен нулю. Тогда фаза поднесущей относительно несущей равна ±(180° -ф), причем ф всегда меньше 90° и определяется по специальной таблице. Для устранения неопределенности регулировкой калиброванного фазовращателя добиваются второго нулевого отклонения. Разность фаз несущей и поднесущей будет при этом противоположного знака. Измеренный сдвиг фазы равен разности конечной и начальной установок калиброванного фазовращателя.

Основным преимуществом данного метода является сохранение высокой точности при больших изменениях амплитуды сигнала.

Упрощенная структурная схема двухканального супергетеродинного измерителя фазы со смесителями в обоих каналах приве-

Источник сигнала

Согласующий аттенюатор (20 дБ)

Переменный аттенюатор

Исследуемый элемент

Согласующий аттенюатор (20 дБ)

Генератор НЧ

Амплитудный модулятор

Ка.пибр0Бочный

Переменный

фазовращатель

аттенюатор

Диодный детектор

Рис. 8.29. Структурная схема измерителя фазы методом модулированной поднесущей




.. ...Ji;..

Схема.

Фазовый.

детектор

Икдикатор фазы

Рис,-8.30. Двухканальный супергетеродинный измеритель фазы

дена на рис. 8.30. Измерительный тракт выполнен по компенсационной схеме с калиброванным фазовращателем, который управляется сигналом рассогласования с фазового детектора. С помощью гетеродина и смесителей, включенных на входе каждого канала, информация об амплитудах и фазах входного сигнала переносится на промежуточную частоту. Фиксированное значение промежуточной частоты устанавливается схиуюй автоматической подстройки частоты АПЧ гетеродина. Схема подстройки частоты исключает возможность настройки на зеркальный канал, а это позволяет избежать ошибки в определении знака измеряемого фазового сдвига. Преобразованные сигналы поступают на измеритель разности фаз и измеритель напряжений или отношений напряжений.

На более высоких частотах применяются также стробоскопические преобразователи частоты, в которых гетеродинный сигнал представляет собой последовательность коротких импульсов. На входе смесителя высокочастотный входной сигнал стробируется короткими импульсами, которые формируются из сигнала задающего перестраиваемого напряжением генератора в две ступени. Сначала на диодах с накоплением заряда формируется перепад напряжения с крутым фронтом, затем на диодах смесителя с помощью пассивного формирователя создаются короткие импульсы.

Пассивный формирователь является составной частью смесителя, на входе которого вырабатывается сигнал с частотой

fm - Ус fn

где п -номер гармоники генератора

Частота генератора обычно изменяется в полосе с перекрытием на октаву. Так, для прибора с диапазоном частот 1 - 1000 МГц частота генератора изменяется в пределах от 1 до 2 МГц, а для приборов с диапазоном 0,1-7 ГГц в пределах от 65 до 130 МГц.

Стробоскопическое преобразование частоты позволяет выполнить приборы, имеющие перекрытие по частоте 100-1000, без дополнительных сменных элементов смесителей и гетеродинов.

Структурная схема измерителя фазы со стробоскопическим преобразователем частоты изображена на рис. 8.31. Для поддержания постоянства промежуточной частоты применяется система фазовой автоподстройки. Эта система работает следующим образом: сигнал с преобразователя проходит через усилитель-ограничитель (для устранения влияний изменений уровня сигнала в опорном канале) и полосовой фильтр, исключающий паразитные захваты на гармониках и субгармониках сигнала. Затем сигнал промежуточной частоты поступает на фазовый детектор, на другой вход которого подается напряжение с опорного генератора.

Сигнал рассогласования с фазового детектора управляет частотой следования импульсов, определяющих промежуточную частоту.

При больших электрических длинах исследуемых объектов, когда измерения фазовой характеристики не могут быть точными из-за большой крутизны фазочастотной характеристики, используется параметр ГВЗ. Для измерения ГВЗ (trp) определяют приращение фазового сдвига Дф при малом приращении частоты сигнала Дю, в пределах которого остается постоянным. Самым простым является метод измерения trp по точкам, этот метод основан на уравнении

«гр = Дф/Дю = [ф (ш,) - ф iaj] /(ш, - Юг),

где ф(ш,) и ф(а)2) - фазовые сдвиги на частотах со, и tOj соответственно.

Из этого уравнения следует, что trp можно определить любым методом измерения фазовых сдвигов. Для получения необходимой точности измерений требуется выполнять следующие условия:

Дш «со, и Дю, и AtOj « Дю;

Дф(Ш1) и Дф(С02)«Дф,

где Дю, и Аюг - погрешности установки частот со, и COj! Дф(ю1) и Дф(Ю2)-погрешность измерения фазовых сдвигов на частотах со, и coj.

Основной недостаток метода - низкая производительность измерений.

Наибольшее распространение при измерении ГВЗ получили методы, основанные на использовании модулированных сигналов. В зависимости от вида модуляции различают методы с трехчастотной амплитудной



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 [103] 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.016