Цифровой измеритель мощности свч - SU1125552A1

Чертежи

Описание

(21)3351813/18-09

(22)29.10.81

(46) 23,11.84. Бюл.№43

(72) ЬД.Дубовой, В.Н,Порогов,

А.А.Сазонов и В.И.Осокин

(71) Московский институт электрон шй

техники

(53)621,317.37(088.8)

(56) Ь Патент CULA -3928800, кл. 324-106; опу(5лик. 1975.

2. Груздев С.В. и др. Измеритель мощности СВЧ с автоматическим выбором предела измерений.-Изв.высш.учеб заведений, Приборостроение , 1972, т.ХУ, №1, с.13-17 (прототип).

(54)(57) ЩЛшРОВОГ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ, содержащий СВЧ переключатепь, включенньш на входе преобразователя СВЧ мощности, состоящего из самобаласирую1 ,егося терь исторного моста,

к измерительной диагонали которого последовательно подключены усилитель постоянного тока, генератор упрапляемой частоты и блок запоьшнжтя частоты, а также ц 5фровой инднкатор, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности , в него гзведены управляеь{ый источ ик тока, управляемьп формирова. гель длительности к-шульсов и усилитель с програмг- ируемым KosiJxJiKipieHTOM усиления, выход которого соединен с другой диагональю самобалансирую- 1цегося тер;-я1сторного моста и с вы- хсдоьт управляемого источника тока, при этом информационный выход блока зaпo Jинaния подключен к информационifti f входам управляемого источника тока, усилителя с программируемым коэсЪфициентом усиления, управляемого форг-{ирователя и myльcoв, преобразователя кода в частоту и цифрового индикатора , управляющие входы которых и управляюп9 Й вход СВЧ переключателя соединены соответственно с управляющльм выходам блока запомтснания частоты. Изобретение относится к технике Рстлноизмерений и может использовать ся для иэмере 1Ии падающей СВЧ мот, в передаю-iiij-ix и приемных трактах разлпчш.к радиотехнических устройств при их разработке, изготовлении- и эксплуатации; а также дл i втоматизазщи СВЧ-изнереиий, Иззестек измеритель мощности СВЧ со/гержащий тепловой мост с чувствительльм элементом и регистрирующий гзнеряег- ую Mom.HocTj в аналоговом ви.пе, причем тепловой мост балансир ется подачей сигнала от источника Iтмпулъс кого напряжения пря моугольн о форт-ш1 с определенной аьшлитудойд нлмтельностью и частототл повторения i состоит из активньтх сопротивлений 1 одно из плеч теплового моста вклю чен термистор-или барретор. фильтр У и;кпих частот, собранный на базе обьтлого ог-еранионнсГО усилг-пеля (07)5 схваченного обратной связью ;1лл стаби.г;изации козЛкт ициента уси;; : ния , мультивибраторз собра;ПП Й г-кжЕ иа базе ПУ, делитель, усилит . 1 1ря:г:снт-1Я на оСЕЮве двух пост:едо:; т;:гяьно соединенны : транзисторов, ,тГ--Л,ставЛЯЮ1ций собой , гн с нас1;11Цйикам и измерительиог ус i.HjiCiito, с:остоя1цее из мостовой схе ::i с диалоговым :ндикатором измеря oi; не1лнчи 5ы в ее диаго1шли L-J . Недостаткалш измерителя являются наличие погреппюстИ; впосиной анало орь& индикатором, завис1-5мость :9,ч1 ;ч:ины a mлитyды прямоугольных ,coБ на вь;ходе усилителя налряжекия от посторо1- него источ шка .:3; ркч:ения -, шгтающеги) делитель .допрл ;Кгел1)Иая температут)ная логреШШст . малая разрешающая сг особ}1ость5 определяемая коэффициентом усилени за-мкпутой следящей сл стемы и левы-сокой чувствительнос:тью ус;- лителя5 лсдкхгючениого к измефгггельной диагонали мостя. Наиболее блкзк l s к нзобрс-тетгию ...о тех1-;1-1ческой сущности является щ тсзной измеритель молтности CB-fj содер;-:аг|тий СВЧ-переключатель, включе ный на входе преобразователя СВЧ biciinocTn, состоящего из са/чобаланс ПЗ ОПТ;ЭГОСЯ ТерНИСТОрКОГО МОСТЗ;. к лчмерительной диагонали которого ;,: о г л яд о в а т ел ь но п о д ic л том е ны у с или талг постоянного тотса, генератор viir;n пняя-(чт частотм т блок яяг омт1н НИИ частоты, а также ruimpoiinH индиПд1 ако известн1)сй гптфровог ьзмерител 1 имеет н1-:зкую разрешающую способность , Цель изобретения - товьппение азре1иаюп;ей способности . Постапленгшя 1;,ель достигается тек, что в цифров-ой измеритель мощMocTii CB-U содержапщй СВЧ переключатель , включенный на входе преобразо;зателя СВЧ ьющност -, состоящего из самобала1 сирую1цегося теркисторлого моста, к измерительной диагонали котор{)го после; онательно подключены усилитель лостоя ;но1 о тока, генератор управляемой частоты и блок зппомина ия частоты а также цифровой индикатор, введены управляега й источник тока, упранляекый формирователь длительности импульсов и усилитель с лрограьмируеньи ксзффи Л5енто; ; усиления, вькод которо о соединен с другой диагональю самобалансирующегося термисгорногч5 моста и с выходок управляемого источника тек, npi- этом инЛорматшотип-цй вькод :лока запо;-п-1нания подключен к информялл-1О 1Ным yripaBjHeMc: o источмика тока, усллкгелл с п O: pa iJфY-ляемого формирователя импульсов,, преобразователя кода н частоту ч Лапрового ин/л-и атора; упраклиющие входы KOTOpbix и улравпяюпий вход СВЧ-лереключателя соединены соот}зетственно с улрав. льхоламя бг.ока залом-) на ЛИЯ час1ч)ты На чертеже Hpi:Be;i,eiia структурная Э-Гектрг1ческая схема дифрового измер:ителя мощности СВЧ. 1лфровой изь;еритель Cfi4 содержит СВЧ-лерсключатель , включеннь:й на входе л геобразсватзля СНЧ MOJUHOCTH, cocToniierci из саг-;обалансиру о;|гегося TepMHCTopfioro ь;оста 2,, к измет5итель 1ой диаго1 :н которого носледовзтель1 о лодключень усилителъ 3 постоянного тока, генератор 4 управляемой частоты i-s блок 5 запоминания час1оты5 а также цифровой индикатор 6; учранляемьй источник 7TOKHj yпpaвляe &IЙ фop c poвaтeль 8длительности импульсов и усилитель 9с nporpai-c-mpyeNEbiH козффигсиенто:-; усиления, выход которого соединен с другой диагональю самобалансирушпри этом информационный ПЫХОЛ б:10КЯ

5 3anoNWHanHa подключен к 1 нЛопм-- ционным входам управляемого ист-очника 7 тока, усилителя Ч с прогрггмMKpyehfbn-i коэффищ1ентом усиления, vii равляемого формирователя 8 длит-г:льности импульсов, преобразователя 10 кода в частоту и цифрового индикатор 6, управляющие входы которьк и управляюиц й вход СВЧ переключателя 1 соединены соответственно с управдяющи1 ш выxoдa ш блока 5 запо№5на:иы частоты. Блок 5 частоть; состоит из формирователя 1 1 време}1И счета, генератора 12 опорной часто-ты , электронного ключа 13, олока 14 управления уравновешиваиио. . счетчика 15 импульсов и микропро- цессора 16 адресная шина 17 п innnr18 управления которого соединен: соответственно с информационн ; ;входом и упра зляю1 ;им входом-пых..,;: блока 14. Двунаправленная шина NfHKponponeccopa 16 соедиьена с и:нф; рмационньм выходом счетчика 15 импульсов и является информапионньм вь.колп блока 5 запом-гнания частоты, выход блока соединен с ncpBF.-iv; входом фо.рмирователя 1 1 времег;и счетчика, первый выход которого соединен с входом блока 14, второй вмелс управляю .грим входом электроннот ключа 13, а второй управляюций .-:ол с управляю Щ1м выходом счетчика 13 импульсов . При этом второй выход

14управления соединен с упра;1ляю :1и 5 входом счетчика 15 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом электронного ключа 13, i вход электронного ключа 13 соединен с В -лходсм генератора 12 опорной частоты. Данные функ1диональнь е связи в блоке 5 зaпo -fииaния частоты обеспечивают прохождение сигнала разрешения преобрлзования частоты в код, сигнала конца преобразования частоты в код, сигнала чтения счетчика 15 импульсов , сигнала переполнения счетчика

15 -I myльcoв и сигнала запуска и останова счетчика 15 импульсов, управляющего прохождением импульсов кварцованной частоты с генератора 12 на счетньй вход счетчика импульсов.

Управляющие вькоды блока 14 управления являются управляюптимн выходам- блока 5 запоминания частоты, соответствующая связь которых с управляющими вxoдaмIi преобразователя 10 кода R частоту, управляемого форS24

г-гг-розателя 8 г литсльност импульсов, усилителя Ч, упр; вляемого источника 7 тока и 1иф1)оиого НД11катора 6 обеспечивает пГСхождер.ие разделенных во BpcMOHif sanifCH необходимой чнформа:;ии во входнь е регистры последних.

ригятир о Е 1даче иео5- ходиьатго значенття кода в соответствуюГ:и;й pei-iicrp перечисленных узлов,

0 его форг-птрова:;;е и хранение осугдестпляется при помощи ьпшропроцессора 16 блока 5 запо з нания частоты iia сравнения цифрового кода, гстступаюшрго по входной дан5 ных микропроцессора 16 со счетчика I 5 ;:/-;::у: ьссп5 и соогветствуютцего значеник; частот;-, Грц,. с генератора 4 упрл; .. частсп, с цифровым кодом Np, лрап ; :ги;-:ся п постояшюм за1Тоьп50 иак1:чпг( устройстве ;-пп-;ропроцессорл. Т;-к;.-цое значе; ие кода счетчика 15 ся за OJIHH, период выходной частоть; rfii-eii Topa А за счет подсчета кп:пг-;сстр,; : ;:1ульсог с частотой

5 с,1р;:ст-1иия -.,,, , пссту:-;1;с:-гих на его счег.1й р-:л с renepaTOiia 12 опорной . илчРнис кода с штчика 15 опрадрляетсх Бырп::;ениег N(FO,, /Ffi.ji,).,,

31 аче1-;ие -сода No - это двоичный

0 эк;;иг а;;ект того количества 1шпульсой , которое 5h подсчитал тот ке счетчик 15 за период выходной частоты генератора 4 при условии равенства нулю дифференциального входного сигнала усилителя 3 постоянного тока и соответстБен.Го равенства нулю упрал::яю его напряжения на входе генератора ,

Лреобразолатсль 10 кода в частоту,

0 yiIpanляe я Й фор п рователь 8 длительliocTn импульсов и усилитель 9 с прогpa г иpye :ьr . коэффициентом уснле шя представляют собой так называе Ф Й обратнькй преобразователь (ОП) предлагае5 мого цифрового следящего измерителя МО1ПНОСТИ CR4. Изменение замещающей МОГ1НОСТИ осуществляется эа счет изменения параметров ОП, В качестве пресЗразователя 10 используется из0 вестный двои-.ный , выходной г которого связан с кодом f(, псступаюгггим на его информационный вход от блока 5 зависимостью

55

P.....,

gn-. jnf. разрлдност преобразовател 10 кода в частоту, частота задающего генерато пхо;,яш:его п состав преобра зователя 1П.; затетгя. 10 равное либо О, либо 1 -, Управляемый формировател1 8 /imi TGJDiHocTH иитульсов пыполнен, напри f-Cii, па основе счетч1--;ков-делителей :: исремеинь - ксз:1)фи1Ц1ентом деления п jiMseT два идентичных канала,, в од ия которых происходит фop пIpoвa jn-u: положителькык иг-шульсоБ, а с др пм отридательных, и схему суммн;:-овап; Я разнополяркьк импульсов. Пр йлЧчч длите:1ьность п пyльcoв Б соот-речствин со згшчйиие; кода U,j иа ийформациониоь; входе с;пределяется BE-.Iракепием t (, где П разрядность счетчиков-делн телей; i-J.- - значение счетной частоты кварцевого геператора,, охо . .RjLiero Г) состахз управляо.чого формиг .с.зат.еля 8, Максимально Боз1-южное яна-чение г,- определяется из уравне кия ос ляющего сигнала, определяеного знач:г1И-5ем цифрового кода на информационном входе усилителя 9 с про Грамьшруенын коэффитщентом усиле-ПИП , Таким образоМз зкаггемие аыплктудь импульсов на выкоде ТП( опре-т еляетск вьфажеиием I - П V n-, ОС 5

где и

то

сов при К

Цифровой измеритель мощности- СВЧ,, представляюргий собой замктгутуга следящую cиcтe ry работает следуюнптм образ ОГГ,

Я начале работы при отсутствии Ий;.1еряомого сигнала и нощггости погротакая через терьгиетор с или иной ,ичностьЮ5 подог)1евает его и ;ривод:-1Т к и: ме ;ени1С1 сопротпв легип 1армпе- ора R,- ,

азбаланс самобалавсг-руилгегоея: г ep ;иeтopнoгo моста 2 сволитоя к н-ч .огрева т ер мне тор а п р он з подите к ус новка нуля прямой цгши пресбразова ;1змеиителя5 заклточаюзиаяся в том, q самобалаьтсируюглийся мост 2 с .лтельиым элемепто:-- п о,Г;,ном ;;з пле nV5M отсутствии ИЗмВрЯЬМОГО СпГМЯЛ;г-юиности ПВЧ ypap:;OBe:iiei; Это пост -ЯС:ТСя вьшодом опратноуо преобразо пателя на максимальное апачепие з: ь а а1огтей моиишсти прямоуголь п-к и;ч11ульсов,, Г-оотзетстпуюуцей Bepxtiei пределу д памическо1о лияпазо Я. чакснмальное значение мощности ;,: соо-ветствуюЕгей вер п;ему ггре/те.т записью в регистрп: преобразователя 10 кода в частоту управляе чого с.С;; мирователя 8 длительности им1;у,т1-,сс и усилителя 9 1аксим.;1 ;лньгх рас чотзначений кодов Н, -. .-( . Изменением кода N/j. ьл и-11:ормлц:м: ном входе управляемогсз исто :иикя 7 TOfca добиваются состояния равлог-зс слмоба.пансирую1чегося термлетор:1:-:гсл оста , -согда. код на в тхо;те с -гет-;п;ка т импульсов приг г1мает значение i-J., что cooTi;eTeT 5yf T нячальисг частоте генератопа при нулевом г;ход;- ом воз7-:ействии с. усил те/тя л , .ропессор ID при1и-;мзе; рг.пеиие о -;ас уплвнии балпмсп ся дискрет 1остью упрапляе :.мо не:очпика 7 тока ;мзторпе те;-; --ем больше его рйзрядчос-ь , Име;о;;ц- Йся -азба-ганс пэтбого знак. са обала,ксир-:/ П1: е:- ос я ; еомис ;-озног: -;оста г после преобразова1- ия его 3 дифро-зой Kij}i г;и сируегея икр:;пр ;.ессорог- 16, i-соторый опредег;яе- ЗгЛ разбаланса ( оложи-ге:1:;|- а и:И отр)иг, тельна раз гос:ь п - я j и :апч;пвле;:ие измелеи - ;; i yjjej-n niBaTb- -;-,::; и:а-гь} кода ; -if; инфор -ла покнсм в lie управляемого и::то-- 1ика 7 . Таг; па;-; двоичное кода coo-i-BeTcTB-e - дег п-ичном чис м, -1- I |Ч---- t , гь,е ; {)(ioc:-;;: ;.и ОГО ана.ногового преобпазовазеггя, влоля lero в состат; управ.;-яе -;;;го ис-;-с : ИК; / тока, -С -ОСТОЯ 1Н1Ь:Й VOK. лю в момент рявеяства сопрот ;Я1 еиия термостора акп вноьгу сопротивлюниьп в симметричном плече моста. При тгг;;.| суммарная кощпость подогрева терьпстора определяется как -J . rJ R/-TR: о где U| постоянное -напряжение; R:;- - сопроть:Еление термисто;;.-., Un - амплитуда импульса, длительность импульса, частота следованяя ямпул)С При подаче мощности СВЧ на терьс-с тор изменяются условия поцогрсгзя -.гер мистора, его сопротивление меняетсу, возникает разбаланс моста, что приводит к изменекию частоты генератора 4, значение которой фиксируется блоком 5 запом1гнан/ия частоты за г ч от преобразования частоты в кол К н выходе счетчика 15 импульсов, pif пн лизе теку чего зггачения кода N (сра нение его с M.-| М1гкропроцессор Ih принимает решение на 11змено);ие ппраметроБ последовательности иьлульсор, замещения обратного преобразователя, а именно выходной частоты генератора 4, т.е. соответственно кода г i ;ы его информаш онном входе. Пелт) дянной операции - уравь:ове1;мвание сл о-балансирующегося термисторногчч 2, который выведен из состоянлтя paBFfo весия подачей мош.ности СВЧ. Изменение частоты преобразователя 10, а следовательно, и мощности замещения , происходит до тех пор, пока текущее зна.чение кода на выходе чика 15 не становится равньм Мд, что соответствует сбалансированному сос тоянию caмoбш aнcиpyюo e,гocя TCpMiiCторного моста 2. В этом случае . где Рц - новое устаноБИБ1иееся знач ние мо1ч,ности зaмeD eния после достижения баланса самобалансирующегося тер шсторного моста 2 при поданной мощности СВЧ. Следовательно, isa ocsio вании уравнения для Р можно сделать вывод, что Рсяц Ри-Р.т.г Рсвч--Пн,,,,, Таким образом, подача на вход сам балансирующегося термисторного 2 ь О1цности СКЧ приводит к уменьЕ1е-iinio кода N,, на входе преобразователя 10 от начального значения на П 28 величигну fjH( , пропорцзюнальную величигну ьН( , про ,.g . Отсчет нзвходной Р .еряемой мощности Pj-gi производится при rioMOiipi Ц51;фрового индикатора 6, на информаjyioiiiibn вход которого поступает даоичио-десятичньпй код Нц зна1;ение которого определяется при 1ТОМОЛТ1-1 1-п5кропроцессора 16, осуществляющего преобразование двоичного кода iH, и его умножеш1е на коэфЛтпшент преобразования К, Десятичное табло цифрового индикатора 6 фиксирует изменение мощности за ещения 9 Р j отбираемой от обратного преобразователя и эквивалентной поданной на мощности СВЧ. А так как мерой измеряpMofi величины является мощность за 1е1цения Р, которая определяется выражением ОНК ( ос fl)( и F 1 мо1дностЬурассенF ,-RTвае ля на TepNoicTope одн1-:м ньшульсон заь е1датпгей мокиитсти, то очевидно, что РО единицы отсчета, Эта величина Р, . и определяет разрешаю1иу10 способность предлагаемого цифрового измер1{теля мощности СВЧ, Следовательно, разрешающая способность (ТС) пепи уравнове1Ш1ва1 ия опре; еляется зьфажением ) 1(( Таким образом, введение в схеьту цифрового измерителя мощности СВЧ управляемого источника 7 тока, усилителя 9 с nporpaM D pye fi.iM коэффИ1ц- ент .ом ус-Илен 1я, управляемого формирователя 8 длительности импульсов и преобразователя 10.кода в частоту позволяет повысить разрешаемую способность дред лагаемого устройства по сравнению с известнь м на 2-3 порядка, потому, что сочетание про- гра -гм 1:руемь х управляемого источ} кка 7 н ус .глителя 9 позволяет использовать весь диапазон выходной частоты преобразователя 10 только па мощность СВЧ, а перекрытие по часто91

тоте преобразователя 10 кода п частоту пропорционально величине (2-1), что на два порядка больше, чем перекрытие (отношение максимальной и минимальной частот) известных генераторов управляемой частоты, которое определяется величиной в 10-20 единиц (а именно изменение частоты генератора 4 является мерой 7 в из . L вч

вестном устройстве, причем сочетание управляемого формирователя

длительйости и усигаттеля 9 дает

R

возможность дополнительного перекрытия динамического диапазона ртэмепением длительности i myльcoв it их амплитуДа

Кроме того, наличие управляемого формирователя 8 длит и1ьности импульсов нозволяйт выполнить коррекцию погрешности обратного преобразоватерр- Т I М mill

р

Lr

L. и |4„1„ | ,.,. Eir:

I Е -

;-- ji-isaUjK , -..-.ii iiJ

555210

ЛЯ; как основ51ой составляющей в суммарной погрешности цифрового следящего измерителя мощности, за счет изменения коэффициента пересчета 5 (2- 1) в вьфажении для PC путем изьианения двоичного кода на входе уп ранляемого формирователя 8 и соответственно значения длительности импульса при калибровке за счет изнене10 ния выходной величинь управляемого ксточЕгика 7 тока Уд ка известное дискретное значение иJQ .

Операция позволяет скорректировать г-гультипликативную погрешность цифрового измерителя могпности, изменив величину рсоэффициента обратного преобразователя К; что в конечном итоге повьшгает точность пред.пагаемого циф- роБого измерителя.

Реферат