Устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТ НЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор , к выходу которого подключе СВЧ-тракт для подсоединения исследу мого элемента, и измерительньй зонд выход которого через детектор соеди нен с сигнальным входом регистратора , синхронизирукяций вход которого соединен с первым выходом блоЛа управления, отличающееся тем, что, с. целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, введены первая и вторая нагрузки, которые соединены соответственно через введенные первый и второй управляемые ключи с СВЧ-трактом, управляющиевходы управляемых ключей подключены сстответственно к второму и третьему выходам блока управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что входные комплексные проводимости первого v и второго 2 управляемых ключей с соответственно первой и второй нагрузками равны из , , j{t20 tfO°) 1 (,oi|e v . , -J() t ( р,Ь9±о, ч| - волновое сопротивление СВЧ-тракта, Ом.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ае а»

G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУД АРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3425912/18-09 (22) 01.03.82 (46) 07.08.84. Бюл. У 29 (72) В.А. Яцкевич (71) Гомельский государственный университет (53) 621.317.343(088.8) (56) 1. Дворняшин Б.В. и др. Радиотехнические измерения. Учебное пособие для вузов. М., "Советское радио", 1978, с. 322-325.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 754328, кл. С 01 К 27/04, t975 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТ—

НЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, к выходу которого подключен

СВЧ-тракт для подсоединения исследуемого элемента, и измерительный зонд, выход которого через детектор соединен с сигнальным входом регистратора, синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, введены первая и вторая нагрузки, ко» торые соединены соответственно через введенные первый и второй управляемые ключи с СВЧ-трактом, управляющие входы управляемых ключей подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что входные комплексные проводимости первого т., и второго 2 управляе ключей с соответственно первой и второй нагрузками равны

1 1

ЦОО+ 10 I (O,69Î,О )Е у

1 1

-1(12о о ) (0,69+ 0,01) е + 2 где w — волновое сопротивление

СВЧ -тракта, Ом.

11О7073

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. зовано в качестве автоматизированного широкополосного измерителя полных сопротивлений СВЧ-элементов. 5

Известно устройство для измерения полного сопротивления СВЧ-элемен. тов, включающее СВЧ-тракт и систему зондов с квадратичной характеристикой, установленных в опорных плоскостях СВЧ-тракта (1 ).

Недостатками известного устройства явлются низкая точность измерений из-за появления неучтенных искажений внутри СВЧ-тракта путем одновременного введения трех или четырех зондов и возникновения погрешностей при изменении длины волны в СВЧ-тракте, а также низкая точность измерения неидентичности характеристик измерительных каналов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой» ство для измерения параметров сверх-. высокочастотных элементов, содер25 жащее генератор, к выходу которого подключен сверхвысокочастотный тракт для подсоединения исследуемого элемента, и измерительный зонд, выход которого через детектор соединен с сигнальным входом регистратора, синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом блока управления (2g„

Недостатками известного устройства являются низкая точность изме- 35 рений, а также сложность конструкции.

Цель изобретения — повышение точности измерений и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, <0 что в устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов, содержащее СВЧ-генератор, к выходу которого подключен СВЧ-тракт для подсоединения исследуемого эле- 45 мента, и измерительный зонд, выход которого через детектор соединен с сигнальным входом регистратора, синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом блока управ- Я) пения, введены первая и вторая нагрузки, которые соединены соответственно через введенные первый и второй управляемые ключи с СВЧ-трактом, управляющие входы управляемых у ключей подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления.

При этом входные комплексные проводимости первого у„ и второго управляемых ключей с соответст2 венно первой и второй нагрузками равны

1 (2е + «о ) 1 о,ьэ+ о,о е

1(2О +Ю ) 1 (о,бз+о,о )е +2 где ы — волновое сопротивление

СВЧ-тракта, Ом.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов.

Устройство содержит СВЧ-генератор

1, СВЧ-тракт 2, измерительный зонд 3, детектор 4, регистратор 5, первый выход 6 блока 7 управления, второй

8 и третий 9 выходы блока 7 управления,первый 10 и второй 11 управляемые ключи, исследуемый сверхвысокочастотный элемент 12, первую 13 и вторую 14 нагрузки и выходную шину

15 регистратора 5.

Устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов работает следующим образом.

Предварительно измеряют и регистрируют напряжения с выхода детектора 4 измерительного зонда 3 при различных состояниях управляемых ключей 10 и 11, считывают результаты измерения с выходной шины 15 и численно определяют комплексный коэффициент отражения от исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12.

Измерения производятся в четыре цикла, которые задаются блоком 7 управления. Последний на втором и третьем выходах 8 и 9 вырабатывает сигналы, которые открывают либо закрывают управляемые ключи 10 и 11 (всего четыре комбинации), подключая или отключая нагрузки 13 и 14 к СВЧ-тракту 2. После каждого цикла срабатывания управляемых ключей 10 и 11 с первого выхода блока 7 управления на вход синхронизации регистратора 5 выдается импульс, по которому в регистраторе 5 фиксируется напряжение с выхода детектора

4, соответствующее данному состоянию управляемых ключей 10 и 11. Так как возможны четыре разных комбинации

1107073

2 управляемые

РИ ч "(Ее! !1ключи 10 и е 1 К2 11 еключе- (61 ны, М

1

+M

11.

=2E (1) где U, — 04

E=Е

1 !»

Представив (6) в виде

1 (2) 11.=4 2 1

1 где k — коэффициент пропорциональности, учитый ющий связь измерительного зонда 3 с

СВЧ-трактом 2 и характеристику детектора 4.

При различных состояниях управляемых ключей 10 и 11 меняется величина комплексной проводимости нагрузки .

i p подключенной к СВЧ-тракту 2 в опорной плоскости.

Напряжения с выхода детектора

4, зафиксированные в регистраторе

5 при каждом из четырех возможных состояний управляемых ключей 10 и 11, определяются выражениями: управляемые ц 41 ) !2 1 2 ключи 10 к

1 11! 1»-щj (11 отклюо чены (3) управляемый

- ключ 10 SS я включен, уп,»+ „,. + w > равляемый (4) о 1 ключ 11 от(1O) Учитывая, что ключен состояний управляемых ключей 10 и

11, то и количество циклов выбрано равным четырем.

Комплексную амплитуду напряженности электрического поля в опорной плоскости, проходящей через измерительный зонд 3, можно представить. в виде: где f1 - комплексная амплитуда напряженности электрического поля в опорной плоскости при i --м состоянии управляемых ключей !О и 11

E — комплексная амплитуда падающей волны; 20

Ъ; — суммарная комплексная проводимость нагрузки в опорной плоскости при

i è состоянии управляемьм ключей 10 и 11; 25 ш — волновое сопротивление

СВЧ-тракта 2;

1 =1.2.3.4- количество состояний управляемых ключей 10 и 11.

Напряжение на выходе детектора 4 при i -м состоянии управляемых ключей 10 и 11 ю. управляемые (1 4 ) !2 1 2 ключи 10 и

3 "! 1» w j +ьО » 11 отключе(5) о ны; — напряжения на выходе детектора 4 при (1)-— (4) циклах измерения; — комплексная проводимость исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12, — входная комплексная проводимость включен. ного управляемого ключа 11 с второй нагрузкой 14; — входная комплексная проводимость включенного управляемого ключа 10 с первой нагрузкой 13. выражения (4), (5) и

1 1 2

41 1 п1 . 1

= —,(ие . ° е 1 1(ii

1+ wa„

) > ) О+1 (Ц

О 1,! (е 2! шк

"+ "о

1 .,у +. . о. »1 ($) 1 2 u)) +w

4 и!

1 2 и умножив каждое на выражение (3), получаем

2 1 2

" =!о ъ+шЧ )2 1 + . (12)

1 " 2 ы +И1 1+wM

2 1 2 о

Л ((.+1), (!З)

+ О о

»O7O73

15

20 (17) 25

ВНИИПИ Заказ 5753/32 Тираж 711 Подписное

Фиииаа ШЮ "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 где à — искомый комплексный коэффициент отражения от исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12.

Окончательно получаем систему уравнений

Так как результаты измерений М,, 02» 0 и 04 и комплексные входные

3 проводимости у и являются известными, то решение системы уравнений

30 (14) — (16) позволяет однозначно определить комплексный коэффициент отражения Г путем последовательного вычитания из выражений (14) и (15) выражения (16) и последующего решения системы иэ двух линейных уравнений первой степени.

Таким образом, подключение параллельно исследуемому сверхвысокочастотному элементу 12 нагрузок с извест40 ными проводимостями „ и у и измерение в опорной плоскости амплитуд напряженности электрического поля при отключенных и подключенных нагрузках позволяет численными путем определить коэффициент отражения

45 характеризующий полное сопротивление исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12. При этом точность определения 1 зависит только от точности измерения амплитуд поля в одной плос"50 кости, а оптимальный выбор значений проводимостей З„и У2 обеспечивает максимальную точность при заданной погрешности измерения амплитуд.

В предлагаемом устройстве отсутствуют в СВЧ-тракте два дополнительных узла (направленных ответвителей н фазовращателя), вносящих неучтенные искажения в результатах измерения и ограничивающих рабочую полосу частот. Кроме того, не требуется точного определения моментов времени измерения по величине стоячей волны в дополнительном тракте. Параметры вносимых нагрузок в предлагаемом устройстве выбраны оптимальными с точки зрения точности измерения поля в тракте, что не обеспечивается в известном устройстве.

Указанные технические преимущества обеспечивают при одинаковых возможностях измерительного канала принципиально более высокую точность измерения.

Исследования точностных харак теристик коэффициентов отражения Г, определяемых по известным выражениям в известном устройстве и выражениям (14) — (16) в предлагаемом с учетом оптимальных значений входных проводимостей Ч„ и Ч показывают, что при прочих равных условиях точность измерения коэффициента отражения повышается более чем в 2 раза. Рабочая полоса частот предлагаемого устройства зависит лишь от полосы частот, в которой определены значения проводимостей З и и поэтому может быть выбрана сколь угодно широкой. Указанные преимущества в сочетании с автоматизацией процесса измерения позволяют использовать предлагаемое устройство в качестве универсального широкоднапазонного измерительного средства.

Конструктивно предлагаемое устройство по сравнению с известными ока« зывается проще в результате сокращения оборудования: двух направленных ответвителей, управляемого фазовращателя и системы дополнительных измерителей (детекторов), вместо чего содержит два управляемых ключа с нагрузками.