Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИ1ЩЕНТА ОТРАЖЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором , ключ и измеритель мощности, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, введены направленный ответвитель, второй синтезатор частоты, синхронизирующий генератор и времязадающий блок, при этом выход синхронизирующего генератора соединен с входами первого и второго синтезаторов частоты и времязадающего блока, выход которого подключен к управляющему входу ключа, входное плечо направленного ответвителя соединено с выходным плечом измерительной зондовой секции, выходное плечо Q является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника, а вторичное плечо подключено к выходу второго синтезатора частоты. М Ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) И) А

З15ц G 01 Р 27/06; Ы 01 Р 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /" .

V А ОР СМ ИД Е т у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbffMA (21) 3625483/24-09 (22) 19.07.83 (46) 23 . 11.84 . Бюл.К 43 (72) А.И.Калмыков и Г.А.макаров (71) Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Д.Псурцева (53) 621. 317. 341. 3 (088. 8) (56) 1. Тишер Ф. Техника измерений на СВЧ. M 1963, с. 139-144.

2. Латников С,Ю., Степанков И.M.

Применение колибруемых многополюсников для измерений комплексных коэффициентов отражения. Электронная техника. Сер. "Электронные СВЧ", вып.1(325). М., 1981, с.47 (прототип).: (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором, ключ и измеритель мощности, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, введены направленный ответвитель, второй синтезатор частоты, спнхронизирующий генератор и времязадающий блок, при этом выход синхронизирующего генератора соединен с входами первого и второго синтезаторов частоты и времязадающего блока, выход которого подключен к управляющему входу ключа, входное плечо направленного ответвителя соединено с выходным плечом измерительной зондовой секции, выходное плечо является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника, а вторичное плечо подключено к выходу второго синтезатора частоты.

4 1125

Изобретение относится к радиоизме- рительнои технике и может быть использовано для измерения полных сопротивлений на высоких и сверхвысоких частотах. 5

Известно устройство для измерения . комплексного коэффициента отражения, которое содержит измерительный гене ратор, подключенный к измерительной секции и один или несколько зондов 10 связи (1) .

Недостатком устройства является малая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст- 15 ройство для измерения комплексного коэффициента отражения, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцйю с детектором, ключ 20 и измеритель мощности (2) .

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения и узкий частотный диапазон.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, =.то в устройство для измерения комплексного коэффициента отражения, 30 содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором ключ и измеритель мощности, введены направленный ответвитель, второй синтезатор частоты, синхрониэирующий генератор и времязадающий блок, при этом выход синхронизирующего генератора соединен с входами первого и второго синтезаторов частоты 40 и времязадающего блока, выход которого подключен к управляющему входу ключа, входное плечо направленного ответвителя соединено с выходным плечом измерительной зондовой сек- 45 ции, выходное плечо является входом дпя подсоединения исследуемого,цвухполюсника, а вторичное плечо подключено к вь1ходу второго синтезатора частоты. 50

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения комплексного коэффициента отражения.

Устройство содержит первый синтезатор 1 частоты, измерительную зондовую секцию 2 с детектором, измеритель

3 мощности, направленный ответвитель

556 2

4, второй синтезатор 5 частоты, ключ б, времязадающий блок 7, синхронизирукнций генератор 8, исследуемый двухполюсник 9, ЭВМ 10.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы первого и второго синтезаторов.i и 5 частоты являются когерентными, но отличаются между собой на единицы или доли Гц, Сигнал первого синтезатора 1 частоты подается на измерительную зондовую секцию 2 с детектором. Сигнал второго синтезатора 5 частоты подается во вторичное плечо направленного ответвителя

4 и, отражаясь от исследуемого двухполюсника 9, проходит в измерительную эондовую секцию с противоположной стороны . Когерентность синтезаторов i и 5 частот обеспечивается синхронизацией"от синхронизирующего генератора 8, Кроме того, с синхронизирующего генератора 8 сигнал подается на времязадающий блок 7, вырабатывающий прямоугольные импульсы для открывания ключа б. Благодаря когерентности сигналов первого и второго синтезаторов 1 и S в измерительной эондовой секции, выполняющей роль сумматора, возникает стоячая волна, аналогичная стоячей волне в измерительной зондовой линии. Однако из-за неравенства частот стоячая волна смещается относительно плоскости зонда связи с частотой, равной разности частот первого и второго синтезаторов 1 и 5 частот.

Таким образом, подавая на ключ импульсы с частотой, кратной и большей раэностной частоты первого и второго синтезаторов 1 и 5 частот, можно измерять амплитуду смещающейся стоячей волны в измерительной эондовой секции.2. Фактически получится ряд измерений мощности, эквивалентный измерению мощности с многоэондовой секцией. С помощью ЭВМ 10 можно производить обработку результата измерений. Количество измерений за период стоячей волны можно выбрать произвольно. Время прохождения периода стоячей волны через плоскость зонда связи равно периоду раэностной частоты синтезаторов частот. Длительность импульса, поступающего с времяэадающего блока 7 на кдюч 6, регулируется и много меньше периода (периода. разностнои частоты первого и второго синтезаторов 1 и 5 частоты) .

Сигнал с первого синтезатора 1 частоты равенЦ,=рифм(ф в) сигнал с второго синтезатора 5 частоты равен (=. 1ф П(Ь7 Щ) тогда- в измерительной зондовой секции 2 сумма двух сигналов, где I» — модуль коэффициента,отражения от исследуемого двухполюсника 9;

Ц» — фаза коэффициента отражения 15 от исследуемого двухполюсника 9.

При условии линейного преобразования частот детектором измерительной зондовой секции 2 измеритель 3 мощности при каждом измерении фиксирует мощность

, ф Ч2 Г» 2Ч; М Г„со (аЫ в-с -У„), (1) 25 где К вЂ” коэффициент передачи зондов связи, согласующего устройства и детектора.

Для различных получим систему нелинейньк уравнений типа (1) с четырьмя неизвестнымиУ1„,;9> Г„;cp»)

Величины, 8 ; М. определяются до измерений, т.е. при калибровке, и запоминаются. Решением необходимого количества системы уравнений типа

35 (t), определяются полный коэфАициент отражения Г» и его фаза Я„.

Приведем обоснование получения положительного эффекта. Разностная частота между первым и вторым синтезаторами 1 и 5 частот: h,F зависит от дискретности частот синтезаторов частоты, ее наименьшая величина может быть 0,01 Гц, Частота импульсов, подаваемых с времязадающего 45 блока 7, должна быть в четыре раза больше hF так как это эквивалентно применению четырехзондового датчика, когда измеритель мощности фиксирует четыре уровня мощности (амплитуды стоячей -волны), сдвинутых друг относительно друга на Q /4, о т.е. 90 . Например, при частоте 4F =

=100 Гц фазы двух когерентных сигна- лов изменяются между собой на 360 за время Т=10 с. Если с времязадающего блока 7 подавать импульсы с интер-2 валом следования 1/4 ° 10,то на выТаким образом, фазовая нестабильность, обуславливающая неравномерность смещения стоячей волны в однозондовой измерительной секции 2 ау=3 2.10 " при г =20 ГГц, с =+0,0021

Суммарная погрешность gg = а9 д я-"

=0,005

При использовании четырехзондовых датчиков расстояние между зондами можно выдержать не лучше, чем

+0,2 мм, что при частоте f< =20 ГГц составляет +12о.

Таким образом, амплитуду кривой стоячей волны .в однозондовой измерительной секции, при условии ее смещения за счет разности частот синтезаторов частоты, можно практически измерять через любую дискрето ность по фазе не хуже чем 40,005.

На частоте 20 ГГц, При использовании четырехзондовых датчиков эта погрешность составит +12 на той же частоте., а

Частотный диапазон практического ограничения не имеет,- так как ско3 1125556 4 ходе ключа 6 будут периодически пов торяться четыре импульса, амплитуды которых пропорциональны амплитудам стоячей волны в однозондовой измерительной секции, измеренные с интервалом в 90, т. е, g /4. Погрешность задания интервала времени времязадающего блока 7 равна погрешности, с которой определяется расстояние 9 /4, 0 02=7> Gin(tdq<>8}192 Г зм(ы2 »1 1ð в многозондовом.датчике, между зондами связи. Оценим данную погрешность.

Нестабильность сннхронизирующего генератора 8, в качестве которого используется стандарт частоты и вре-12 на 10 2, rye fp а т< ты 1 ИГц или 5 МГц. Следовательно, нестабильность частоты импульсов открывания ключа 6 определяется как

=5 ° 1O 10 Гц=5 -1О Гц.

Фазовая нестабильность импульсов

48 =360 10 =+0,0018

Между частотами когерентных синтезаторов частот или генераторов, охваченных кольцом фазовой автоподстройки частоты существует их относитель7 ная нестабильность, обусловленная фазовыми шумами генераторов и имею-3 Л щая порядок 3 10 где — рабочая частота генераторов, 1125556 6

Количество уравнения (1) можно увеличивать в зависимости от точности измерений, Применение стандартной современ5 ной радиоизмерительной аппаратуры в устройстве, предусматривающей работу в комплекте с другими приборами через цифропечать,позволяет автоматизировать процесс измерения и калибровки. рость смещения стоячей волны определяется только разностной частотой синтезаторов частоты, либо генераторов, охваченных кольцом ФАП 4. К однозондовой измерительной секции особые требования ие предьявляются так как погрешности, обусловленные отражениями от ее входа и выхода, исключаются при калибровке.

Составитель В. Ежов

Техред З,Палий Корректор В. Синицкая

Редактор О. Бугир

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8534/34 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5