Широкополосный измеритель частоты СВЧ сигналов с многоотводной линией задержки
BROADBAND FREQUENCY METER FOR MICROWAVE SIGNALS WITH A MULTITAPPED DELAY LINE

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.
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.
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.
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.
Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы при сохранении точности измерения частоты.
Целью изобретения является снижение громоздкости устройства при сохранении точности измерения частоты за счет последовательного включения линий задержки  с разным временем задержки.
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.
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.
На фиг.2 представлена дискриминационная характеристика фазовых корреляторов.
0
1
1
2
3
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 ω 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 τ. 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 (DFM – 1, DFM – 2,…, DFM – 3):
(1)
(2)
(3)
1
2
N
где A, A,…, A – коэффициенты пропорциональности;
1
2
N
τ, τ,.., τ– время задержки линии задержки;
ω – круговая частота.
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.
Список использованных источников
1. Schmidt, R.O. Simultaneous signals IFM receiver using plural delay line correlators. Патент США на изобретение №5440228
2. Tsui, J.B.Y., Hedge, J.N. Instantaneous frequency measurement (IFM) receiver with two signals capability. Патент США на изобретение №5291125