измерители КСВ

В настоящее время в основном применяют автоматические панорамные рефлектометры и измерители КСВ и ослабления, управляемые микропроцессором. Структурная схема такого прибора изображена на рис. 4. В измерителе применено двойное преобразование частоты и цифровое управление с помощью микропроцессора и принцип его действия можно коротко пояснить следующим образом.

Рис. 4. Структурная схема микропроцессорных автоматических панорамных рефлектометров и измерителей КСВ и ослабления.

Основным узлом измерителя является СВЧ-генератор качающейся частоты, вырабатывающий сверхвысокочастотное напряжение с постоянной амплитудой и изменяющейся по заданному закону частотой. Выходной сигнал СВЧ-генератора через вентиль и усилитель поступает в измерительный тракт, содержащий два направленных ответвителя: падающей П волны и отраженной О волны, а также нагрузку — объект измерения. Постоянство выходной мощности (амплитуды) СВЧ-генератора поддерживается блоком управления генератором, для чего на последний подают сигнал отрицательной ОС, снимаемый с выхода вентиля и усилителя.

Сигналы с ответвителей подают на смесители I и П. Мощность сигнала на входе 1 смесителя I пропорциональна мощности падающей волны Рпад, а мощность сигнала на входе 1 смесителя II — мощности отраженной волны Р,. К входам 2 смесителей подводится СВЧ-сигнал частотой f_r с выхода 1 перестраиваемого гетеродина, имеющего такие же характеристики, как и СВЧ-генератор качающейся частоты. При преобразовании частоты в смесителях на их выходах формируются сигналы первой проме­жуточной частоты, значение которой приблизительно на два порядка ниже значения частоты сигнала основного СВЧ-генератора. Мощности выходных сигналов смесителей I и II пропорциональны Р_пад и Р_отр соответственно.

Сигналы с ответвителей подают на смесители I и П. Мощность сигнала на входе 1 смесителя I пропорциональна мощности падающей волны Рпад, а мощность сигнала на входе 1 смесителя II — мощности отраженной волны Р,. К входам 2 смесителей подводится СВЧ-сигнал частотой f_r с выхода 1 перестраиваемого гетеродина, имеющего такие же характеристики, как и СВЧ-генератор качающейся частоты. При преобразовании частоты в смесителях на их выходах формируются сигналы первой промежуточной частоты, значение которой приблизительно на два порядка ниже значения частоты сигнала основного СВЧ-генератора. Мощности выходных сигналов смесителей I и II пропорциональны Р_пад и Р_отр соответственно.

Для сохранения в выходных сигналах амплитудных и фазовых соотношений, присущих входным сигналам, характеристики преобразователей частоты на смесителях I и II должны обладать высокой линейностью. Это достигают тем, что смесители работают в режиме, при котором мощность гетеродина в 5-10 раз больше мощности преобразуемых сигналов. Для поддержания постоянным значения промежуточной частоты f_упч применяют фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ) гетеродина (синхронизирующие сигналы на него подают из блока управления генератором).

Со смесителей I и II выходные сигналы поступают на входы смесителей III и IV, к входам 2 которых подключен выход 2 гетеродина. Значение частоты сигнала на выходе 2 гетеродина в т = 250-500 раз ниже значения частоты f_г на его основном выходе. После преобразования частоты на выходах смесителей III и IV получают сигналы, значения частот которых сравнительно мало (например, fупч =100 кГц). Их через управляемые аттенюаторы I и II подают в блок синхронных детекторов, состоящий из трех синхронных детекторов с LС-фильтрами в выходной цепи, и фа-зосдвигающей цепи, осуществляющей фазовый сдвиг на 90°.

В схеме автоматического измерителя (рис. 4) в качестве опорного используют сигнал фиксированной амплитуды (ее значение можно условно принять за единицу), поступающий с выхода УПЧ I (из канала падающей волны) через управляемый аттенюатор I на вход 1 блока синхронных детекторов. Исследуемым сигналом для первого синхронного детектора является сигнал канала падающей волны (выхода УПЧ I), а для второго и третьего детекторов — сигнал, поступающий через управляемый аттенюатор II на вход 2 блока синхронных детекторов из канала отраженной волны (выхода УПЧ II). При этом опорный сигнал третьего синхронного детектора сдвинут по фазе на 90° относительно опорного сигнала первого и второго детекторов с помощью (встроенной внутри блока) фазосдвигающей цепи.

Выходные сигналы синхронных детекторов с помощью мультиплексора поочередно подключают к сигнальному входу АЦП (номер подключаемого детектора определяется цифровым кодом, подаваемым на мультиплексор из микропроцессорной системы). Поступающее на АЦП напряжение преобразуют в числовой эквивалент, который фиксируют в ОЗУ микропроцессорной системы по определенному адресу.

Микропроцессор выполняет управляющие и вычислительные функции. К управляющим функциям микропроцессора относят: установку начального и конечного значений частот полосы качания и линейное качание частоты основного СВЧ-генератора, автоматическую калибровку измерителя в режимах короткого замыкания и холостого хода, выдачу графической и цифро-знаковой информации на цифровой дисплей, управление положением фазовой характеристики на экране дисплея и т.д. Вторые — сводятся к вычислению модуля и фазы коэффициента отражения по значениям напряжений U_вых1 U_ВЫХ2, U_вых3, а также значению КСВ.

Для установки начального и конечного значения частот полосы качания основного генератора на клавиатуре набирают требуемые коды. При этом на входы ЦАП I из микропроцессора подают определенное число (цифровой код), которому соответствует фиксированное значение постоянного напряжения на выходе ЦАП I. Оно поступает на вход 1 блока суммирования и передается через него и блок управления генератором на вход 1 СВЧ-генератора качающейся частоты, в результате чего устанавливается требуемое начальное значение полосы качания.

Линейно изменяющееся напряжение с выхода интегратора через управляемый аттенюатор III подводится к входу 2 блока суммирования, и так же через блок управления генератором подают на СВЧ-генератор, осуществляя частотную модуляцию его выходного сигнала по линейному закону, т.е. линейное качание частоты. Крутизна нарастания выходного напряжения интегратора зависит от значения напряжения С/о на его входе. В рассматриваемом измерителе U₀ — значение постоянного напряжения на выходе ЦАП II. Оно определяется цифровым кодом, поступающим на входы ЦАП II из микропроцессора. Продолжительность действия напряжения на входе интегратора задают схемой управления интегратором в соответствии с командами, подаваемыми микропроцессором на ее цифровой вход.

Полоса качания (девиация частоты) СВЧ-генератора зависит от амплитуды напряжения, подводимого от интегратора. Следовательно, изменять полосу качания можно коэффициентом передачи управляемого аттенюатора III, значение которого определяется цифровым кодом, поступающим на аттенюатор с микропроцессора.

В схеме автоматического измерителя КСВ предусмотрен формирователь частотных меток. С его помощью на экране дисплея получают яркостные метки, расстояние между которыми по горизонтальной оси соответствует определенному значению частоты. Для получения на экране кривой, отображающей зависимость КСВ от частоты, в дисплей встроен генератор развертки, выполненный на основе ЦАП, управляемого микропроцессором.

Автоматическая калибровка измерителя КСВ производится в режиме короткого замыкания основного СВЧ-тракта. Для этого при отключенном объекте измерения выход тракта замыкают накоротко. Если каналы падающей и отраженной волн идентичны, то значения напряжений на входах 1 и 2 блока синхронных детекторов будут равны. Если же при калибровке это не устанавливают, то коэффициенты передачи указанных каналов выравнивают с помощью управляемых аттенюаторов I и II согласно цифровым кодам, подводимым из микропроцессора к их цифровым входам.

Подготовил:

преподаватель кафедры ОРЭ Н.Н. Щетинин