RU2710096C1

RU2710096C1 - Broadband frequency meter for microwave signals with a multitapped delay line

Info

Publication number: RU2710096C1
Application number: RU2019115268A
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Аткишкин
Original assignee: Сергей Федорович Аткишкин
Priority date: 2019-05-19
Filing date: 2019-05-19
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for rapid measurement of frequency of continuous microwave signals in a wide frequency range. Wide-band frequency meter of microwave signals consists of series-connected input amplifier-limiter, band-pass microwave filter, in-phase divider of microwave power to N+1 (N takes values from row 2,3,4,5, etc.), as well as N delay lines, N phase correlators, which outputs are connected to a computing device. At that, delay lines are connected in series, wherein input of first delay line is connected to one of outputs of in-phase divider of microwave power by N+1, and the output of the last N-th delay line is connected to one of the N-th phase correlator inputs, the second input of the N-th phase correlator is connected to one of the outputs of the in-phase microwave power divider by N+1, connection point of n-th and (n+1)-th delay lines is connected to one of inputs of n phase correlator (n takes values from 1 to N-1), another input of n-th phase correlator is connected to one of outputs of in-phase microwave power divider by N+1. Serial connection with taps from each delay line allows, at appropriate selection of time delay of each delay line to reduce required number of delay lines, while preserving accuracy of frequency measurement.

EFFECT: reduction of overall dimensions and weight with preservation of frequency measurement accuracy.

1 cl, 2 dwg

Description

Известно устройство широкополосного измерителя частоты СВЧ сигналов [1]. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов состоит из входного широкополосного усилителя, набора линий задержки, фазовых корреляторов, аналого-цифровых преобразователей, вычислительного устройства и устройства управления.A device for a broadband frequency meter of microwave signals [1]. A broadband microwave frequency meter consists of an input broadband amplifier, a set of delay lines, phase correlators, analog-to-digital converters, a computing device, and a control device.

Недостатком данного устройства является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должны отличаться в несколько раз. Другим недостатком указанного устройства является узкий диапазон рабочих частот, который ограничивается сложностью проектирования и изготовления широкополосной линии задержки с большим временем задержки. The disadvantage of this device is the cumbersomeness caused by the need to use several delay lines, the minimum and maximum delay time of which to achieve a given accuracy and range of operating frequencies must differ several times. Another disadvantage of this device is a narrow operating frequency range, which is limited by the complexity of designing and manufacturing a broadband delay line with a long delay time.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является устройство широкополосного измерителя частоты СВЧ сигналов [2]. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов состоит из входного широкополосного усилителя-ограничителя, входного полосового СВЧ фильтра, набора линий задержки, фазовых корреляторов, вычислительного устройства.The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed invention is a device for a broadband frequency meter of microwave signals [2]. A broadband microwave frequency meter consists of an input broadband limiter amplifier, an input microwave passband filter, a set of delay lines, phase correlators, and a computing device.

Недостатком данного устройства является громоздкость, вызванная необходимостью применения нескольких линий задержки, минимальное и максимальное время задержки которых, для достижения заданной точности и диапазона рабочих частот должны отличаться в несколько раз. Другим недостатком указанного устройства является узкий диапазон рабочих частот, который ограничивается сложностью проектирования и изготовления широкополосной линии задержки с большим временем задержки. The disadvantage of this device is the bulkiness caused by the need to use several delay lines, the minimum and maximum delay times of which, in order to achieve a given accuracy and range of operating frequencies, must differ several times. Another disadvantage of this device is a narrow operating frequency range, which is limited by the complexity of designing and manufacturing a broadband delay line with a long delay time.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы при сохранении точности измерения частоты.The technical result of the invention is to reduce the overall dimensions and mass while maintaining the accuracy of the frequency measurement.

Целью изобретения является снижение громоздкости устройства при сохранении точности измерения частоты за счет последовательного включения линий задержки с разным временем задержки.The aim of the invention is to reduce the bulkiness of the device while maintaining the accuracy of the frequency measurement due to the sequential inclusion of delay lines with different delay times.

Заявленный результат достигается тем, что в устройстве, состоящем из последовательно включенных входного усилителя-ограничителя, полосно-пропускающего СВЧ фильтра, делителя СВЧ мощности на N+1 (N принимает значения из ряда 2,3,4,5 и так далее), а также N линий задержки, N фазовых корреляторов, выходы которых подключены к вычислительному устройству, линии задержки соединены последовательно, причем вход первой линии задержки соединен с одним из выходов синфазного делителя СВЧ мощности на N+1, а выход последней N-ой линии задержки соединен с одним из входов N-го фазового коррелятора, второй вход N-го фазового коррелятора соединен с одним из выходов синфазного делителя СВЧ мощности на N+1, точка соединения n-ой и (n+1)-ой линии задержки соединена с одним из входов n фазового коррелятора (n принимает значения от 1 до N-1), другой вход n-го фазового коррелятора соединен с одним из выходов синфазного делителя СВЧ мощности на N+1.The claimed result is achieved by the fact that in a device consisting of a series-connected input amplifier-limiter, a band-pass microwave filter, a microwave power divider by N + 1 (N takes values from a number of 2,3,4,5 and so on), and also N delay lines, N phase correlators, the outputs of which are connected to the computing device, the delay lines are connected in series, and the input of the first delay line is connected to one of the outputs of the common-mode microwave power divider by N + 1, and the output of the last Nth delay line is connected to one and the inputs of the Nth phase correlator, the second input of the Nth phase correlator is connected to one of the outputs of the common-mode microwave power divider by N + 1, the connection point of the nth and (n + 1) -th delay line is connected to one of the inputs of the n phase correlator (n takes values from 1 to N-1), the other input of the nth phase correlator is connected to one of the outputs of the in-phase microwave power divider by N + 1.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фигурах 1,2. На фиг.1 представлена структурная схема широкополосного измерителя частоты СВЧ сигналов. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов содержит: входной широкополосный усилитель-ограничитель 1, полосно-пропускающий СВЧ фильтр 2, делитель 3 СВЧ мощности на N+1, линии задержки 4.1…4.N, фазовые корреляторы 5.1…5.N, вычислительное устройство 6.The invention is illustrated by drawings in figures 1,2. Figure 1 presents the structural diagram of a broadband frequency meter of microwave signals. A broadband microwave signal frequency meter contains: an input broadband amplifier-limiter 1, a pass-through microwave filter 2, a microwave power divider 3 by N + 1, delay lines 4.1 ... 4.N, phase correlators 5.1 ... 5.N, a computing device 6.

На фиг.2 представлена дискриминационная характеристика фазовых корреляторов.Figure 2 presents the discriminatory characteristics of phase correlators.

Для удобства рассмотрим работу широкополосного измерителя частоты, функциональная схема которого представлена на фигуре 1. Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов работает следующим образом. Входной СВЧ сигнал с частотой ω₀ поступает через усилитель-ограничитель 1 на полосно-пропускающий фильтр 2, ограничивающий входную полосу частот. Далее сигнал поступает на делитель 3 СВЧ мощности, где происходит деление мощности входного сигнала на N+1 равных частей. Часть входного сигнала поступает на линию задержки 4.1 и задерживается в ней на время τ₁. Линия задержки 4.1 имеет наименьшее время задержки и служит для разрешения неоднозначности измерения частоты. Время задержки последующих последовательно включенных линий задержки постепенно возрастает и определяется требуемой точность измерения частоты. Часть сигнала с линии задержки 4.1 поступает на вход линии задержки 4.2, другая часть поступает на один из входов фазового коррелятора 5.1. На другой вход фазового коррелятора 5.1 поступает опорный сигнал с одного из выходов делителя 3 СВЧ мощности на N+1. Аналогичные преобразования сигнала происходят в линиях задержки 4.2...4.N, фазовых корреляторах 5.2...5.N. Разница заключается в постепенно нарастающем времени задержки сигналов, обрабатываемых в фазовых корреляторах 5.2...5.N. Для каждого последующего коррелятора время задержки сигнала увеличивается, что повышает крутизну дискриминационной характеристики фазового коррелятора, делая ее при этом неоднозначной в диапазоне измеримых частот. Для разрешения неоднозначности измерения частоты по показаниям фазовых корреляторов 5.2...5.N служит фазовый коррелятор 5.1 и линия задержки 4.1, время задержки которой выбирается исходя из обеспечения однозначности дискриминационной характеристики фазового коррелятора 5.1 в диапазоне измеряемых частот. Фазовые корреляторы 5.1,5.2,…,5.N формируют следующие дискриминационные характеристики, вид которых показан на фигуре 4 (DFM₁ – 1, DFM₂ – 2,…, DFM₃ – 3):For convenience, we consider the operation of a broadband frequency meter, the functional diagram of which is presented in figure 1. Broadband frequency meter of microwave signals works as follows. An input microwave signal with a frequency of ω _{0 is} fed through an amplifier-limiter 1 to a band-pass filter 2, limiting the input frequency band. Next, the signal is fed to a microwave power divider 3, where the power of the input signal is divided into N + 1 equal parts. Part of the input signal enters the delay line 4.1 and is delayed in it for a time τ ₁ . The delay line 4.1 has the shortest delay time and serves to resolve the ambiguity of the frequency measurement. The delay time of subsequent successively connected delay lines gradually increases and the required frequency measurement accuracy is determined. Part of the signal from the delay line 4.1 goes to the input of the delay line 4.2, the other part goes to one of the inputs of the phase correlator 5.1. The reference signal from one of the outputs of the microwave power divider 3 to N + 1 is supplied to the other input of the phase correlator 5.1. Similar signal transformations occur in delay lines 4.2 ... 4.N, phase correlators 5.2 ... 5.N. The difference lies in the gradually increasing delay time of the signals processed in the phase correlators 5.2 ... 5.N. For each subsequent correlator, the signal delay time increases, which increases the steepness of the discriminatory characteristics of the phase correlator, making it ambiguous in the range of measurable frequencies. To resolve the ambiguity of the frequency measurement according to the readings of the phase correlators 5.2 ... 5.N, a phase correlator 5.1 and a delay line 4.1 are used, the delay time of which is selected on the basis of ensuring the uniqueness of the discriminatory characteristics of the phase correlator 5.1 in the range of measured frequencies. Phase correlators 5.1,5.2, ..., 5.N form the following discriminatory characteristics, the appearance of which is shown in figure 4 (DFM ₁ - 1, DFM ₂ - 2, ..., DFM ₃ - 3):

(1)

(2)

(3)

где A₁, A₂,…, A_N – коэффициенты пропорциональности;where A ₁ , A ₂ , ..., A _N are the proportionality coefficients;

τ₁, τ₂,.., τ_N– время задержки линии задержки;τ ₁ , τ ₂ , .., τ _N is the delay time of the delay line;

ω – круговая частота.ω is the circular frequency.

Таким образом, последовательное соединение с отводами от каждой линии задержки позволяет при соответствующем выборе времени задержки каждой линии задержки сократить требуемое число линий задержки, сохранив при этом точность измерения частоты. Thus, a serial connection with taps from each delay line allows, with an appropriate choice of the delay time of each delay line, to reduce the required number of delay lines, while maintaining the accuracy of the frequency measurement.

Список использованных источниковList of sources used

1. Schmidt, R.O. Simultaneous signals IFM receiver using plural delay line correlators. Патент США на изобретение №54402281. Schmidt, R.O. Simultaneous signals IFM receiver using plural delay line correlators. U.S. Patent No. 5,440,228

2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. Патент США на изобретение №52911252. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. U.S. Patent No. 5,291,125

Claims

A broadband microwave frequency meter, consisting of a series-connected input amplifier-limiter, a band-pass microwave filter, an in-phase microwave power divider by N + 1 (N takes values from a number of 2,3,4,5 and so on), as well as N delay lines, N phase correlators, the outputs of which are connected to a computing device, characterized in that the delay lines are connected in series, the input of the first delay line being connected to one of the outputs of the common-mode microwave power divider by N + 1, and the output of the last Nth line behind The levers are connected to one of the inputs of the Nth phase correlator, the second input of the Nth phase correlator is connected to one of the outputs of the in-phase microwave power divider by N + 1, the connection point of the nth and (n + 1) -th delay lines is connected to one of the inputs of the n phase correlator (n takes values from 1 to N-1), the other input of the n-th phase correlator is connected to one of the outputs of the in-phase divider of the microwave power by N + 1.