Устройство для измерения параметров свч-элементов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, последлвательно соединенные отрезок СВЧ-тракта с измерительным зондом, подключенным к ампдитудному детектору, и управляемый фазовращатель, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а управляющий вход соединен с выходом блока управления, отличающеес Л тем, что, с целью повышения точности, между выходом СВЧ-генератора и входом отрезка СВЧ-тракта с измерительным зондом включен циркулятор , третье плечо которого нагружено на согласованную нагрузку, к выходу амплитудного детектора последовательно подключены первыА пиковый детектор и первый сумматор, выход которого является первым выходом устройства, между выходом амплитудного детектора и входом блока управления последовательно включешл дифференциальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, второй пиковый детектор, выход которого является вторым выходом устройства, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход - с вторым входом первого сумматора, компаратор , второй вход которого по цключен к выходу амплитудного детектора, и триггер,выход которого является третьим выходом устройства,к выходу управле ПИЯ подключен блок слежения-хранения, управляющий вход которого соединен с выходом триггера,а выход является чет« вертым выходом устройстав, 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что. блок слежения-хра ения состоит из последовательно соединенньк первого операционного усилителя, вход которого является входом блока слежения-хранения, аналогового ключа, упргшлякщий вход Од которого является управляющим входом блока слежения-хранения, истокового О повторителя с накопительным конденсатором на входе, и второго операционного усилителя, выход которого являсл ется выходом блок§ слежения-хранения. 3.Устройство по п. 1, отлиучающееся тем, что блок зтравЬения содержит последовательно соединенные источник постоянного двухполяр ного напряжения, двухканальный коммутатор , управляющий вход которого является входом блока управления, и генератор линейно изменяющегося напряжения , выход которого является выходом блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4> G 01» 27 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3592860/24-09 (22) 10.05.83 (46) 07,07.85. Бюл. Ф 25 (72) Л. 1.Ильницкий, В.А.Иванов и С.В.Даниленко (71) Киевский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия

СССР (53) 621 ° 317.34 1(088.8) (56) Стариков B.Ä. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. М., "Советское радио", 1972, с.. 125-127.

Авторское свидетельство СССР

М - 754328, кл. G 01 R 27/04, 1976. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, последлвательно соединенные отрезок СВЧ-тракта с измерительным зондом, подключенным к ампдитудному детектору, и управляемый фазовращатель, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а управляющий вход соедйнен с выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повыщения точности, между выходом СВЧ-генератора и входом отрезка СВЧ-тракта с измерительным зондом включен циркулятор, третье плечо которого нагружено на согласованную нагрузку, к выходу амплитудного детектора последовательно подключены первый пиковый детектор и первый сумматор, выход которого является первым выходом устройства, между выходом амплитудного детектора и входом блока управления последовательно включены

„„SU„„! 166015 дифференциальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, второй . пиковый детектор, выход которого является вторым выходом устройства, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом пе.свого пикового детектора, а выход — с вторым входом первого сумматора, компаратор, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, и триггер, выход которого является третьим выходом устройства, к выходу управления подключен блок слежения-хранения, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а выход является четве ртым выходом уст ройс тав .

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что. блок слежения-хранения состоит из последовательно соединенных первого операционного усилителя, вход которого является входом блока слежения-хранения, аналогового ключа, управлякиций вход которого является управляющим входом блока слежения-хранения, истокового повторителя с накопительным конденсатором на входе, и второго операционного усилителя, выход которого явля. ется выходом блоке слежения-хранения.

3. Устройство по п. 1 ° o T л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные источник постоянного двухполяр а ного напряжения, двухканальный комму-w татор, управляющий вход которого является входом блока управления, и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого является выхо-. дом блока управления.

1166015

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента отражения, коэффициента стоячей волны и полного сопротивления сверхвысокочастотных элементов °

Цель изобретения — повьппение точности, На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров СВЧ-элементов, на фиг. 2 — структурная электрическая ! схема блока слежения.

Устройство для измерения параметров СВЧ-элементов сожержит СВЧ-гене-1 ратор 1, циркулятор 2 с согласованной нагрузкой 3 в третЬем плече, отрезок 4 СВЧ-тракта с измерительным— . зондом 5, управляемый фаэовращатель

6, исследуемый СВЧ-элемент 7, ампли- 20 тудный детектор 8, дифференциальный усилитель 9, первый и второй пиковые детекторы 10 и 11, первый и второй сумматоры 12 и 13, компаратор

14, триггер 15, блок 16 слежения-хра->5 нения, состоящий из первого и втОрого операционных усилителей 17 и 18, аналогового ключа 19 и истокового повторителя 20, блок 21 управления, состоящий из источника 22 постоянно- 30 го двухполярного напряжения, коммутатора 23, генератора 24 линейно изменяющегося напряжения, а также блокинг-генератор 25, аналого-цифровой преобразователь 26, микропроцессор

27, цифровой индикатор 28, накопительный конденсатор 29.

Устройство для измерения параметров СВЧ-элементов работает следующим образом. 40

Высокочастотные колебания от СВЧгенератора 1 поступают через циркуля.тор 2 в отрезок 4 СВЧ-тракта, проходят через управляемый фазовращатель

6 и отражаются от исследуемого СВЧ- 4 элемента 7. Отраженные высокочастотные колебания проходят через управляемый фазовращатель 6 (например, в виде невзаимного ферритового фазовращателя}, изменяя свою фазу 50 на величину, определяемую напряже- нием, поступающим от блока 21 управления на управляющий вход управляемого фазовращателя 6, отрезок 4

СВЧ-тракта, далее через циркулятор 55

2 отраженные высокочастотные колебания поступают в согласованную нагрузку, где они поглощаются.

В отрезке- СВЧ-тракта в результате интерференции падающей и отраженной волн возникает стоячая волна, причем в месте подключения измерительного зонда 5 фаза отраженной волны сдвинута относительно на величину где — фаза коэффициента отражения исследуемого СВЧ-элемента 7, Ф дЧ вЂ” сдвиг фазы, вносимый управляемым фазовращателем 6, (фазовый сдвиг, соответстствующий расстоянию от измерительного зонда 5 к исследуемому СВЧ-элементу 7 и обратно).

При этом напряжение U+ на входе амплитудного .детектора 8 определяется выражением (2) где Š— напряженность падающей вол ньц

t — модуль коэффициента отражения исследуемого СВЧ-элемента 7.

После детектирования напряжения амплитудным детектором 8, работающим в линейном режиме, напряжение на его выходе определяется выражением ю ю

"2 где K — коэцирициент передачи амплитудного детектора 8.

Линейный режим работы детектора

8 предпочтителен по следующим причинам

Устройство может использоваться в реальной аппаратуре, выходная мощность передатчиков s которой может достигать значительной величины (десятки-сотни киловатт), при этом не представляется возможным обеспечить работу амплитудного детектора

8 в квадратичном режиме. Для того, чтобы определить величины 7 и исключив при этом неизвестную величину Е, необходимо иметь систему из двух уравнений, тогда как при работе амплитудного детектора 8 в

3 1166 квадратичном режиме необходимо иметь систему минимум иэ трех уравнений.

Напряжение на выходе амплитудного детектора 8 максимально Уб „ и минимально U „„ в те моменты времени, когда изменение фазы, вносимое управляемым фаэовращателем 6, равно и -и

6ммкс Ь мин

1 иб макс+ 6 мин (a)

Ч= ч+7-—

Ла

Из системы двух уравнений (4) определяются модуль коэффициента отражения Г и его фаза Ч, определяемая 1$ в момент времени; когда напряжение. на выходе амплитудного детектора 8 равно U<

Е

1+Фл Х Лу U,„,==К (1+Г), (Ч 20

В

Е„, Л о aY+ Ti Uàмнм"- л (1-r). (61

Процесс определения мод.ля и фазы коэффициента отражения исследуемого СВЧ-элемента 7 происходит следующим образом. Блокинг-генератор 25 работает либо в автоколебательном, либо в ждущем режимах, что определяется режимом работы СВЧ-генератора

1. Импульсом с выхода блокинг-генераЬ тора 25 опрокидывается триггер 15,. единичное выходное состояние с которого поступает на управляющпй вход коммутатора 23. Коммутатор 23 пад- 3$ ключает к входу генератора 24 линейно изменяющегося напряжения выход

+Е источника 22 постоянного двухполярного напряжения. Линейно возрастающее напряжение с выхода генератора40

24 линейно изменяющегося напряжения подается иа управляющий вход управляемого фазовращателя 6, который изменяет фазу.отраженной от исследуемого СВЧ-элемента 7 волны, и соответ- $ ственно изменяется напряжение на выходе амплитудного детектора 8. Это напряжение поступает одновременно на вход первого пикового детектора 10, первый вход дифференциального уснлн- SO теля 9 и первый вход компаратоуа 14.

На первом пиковом детекторе 10 выделяется и запоминается напряжение

U, которое поступает на второй вход дифференциального усилителя 9, $$ ,на котором выделяется разность между максимальным БЬ„,„„ -и текущим ПЬ напряжениями с амплитудного детектора

015 4

8. Максимальная разность ббм кс — U выделяется и запоминается бмиН вторым пиковым детектором 11. Напряжения U „„,с выхода первого пикового детектора 10 и Пб — U „„ с выхода второго пикового бмин детектора 11 поступают иа второй сумматор 13, где из первого вычитается второе и получается напряжение

U Ä„, которое подается на второй вход компаратора 14, где оно сравнивается с текущим напряжением Ус, поступающим на его первый вход с «х выхода амплитудного детектора 8. В момент их равенства компаратор 14 изменяет свое состояние на выходе, тем самым опрокидывая триггер 15 в нулевое состояние на выходе, которое поступает на коммутатор 23. Коммутатор 23 производит подключение входа генератора 24 линейно изменяющегося напряжения к выходу -Е источника 22 постоянного двухполярного напряжения. Напряжение на выходе генератора 24 линейно изменяющегося . напряжения начнет линейно уменьшаться, тем.самым изменяя фазу отраженной волны в другую сторону до достижения следующего минимума стоячей волны в отрезке 4 СВЧ-тракта в мес те расположения измерительного зонда 5. Процесс перестройки от минимума до минимума и обратно будет повторяться до тех пор, пока в отрезке 4 СВЧ-тракта существует элект-. ромагнитная волна. При импульсной работе СВЧ-генератора 1 запуск уст ройства в режим измерения производится модулирующим импульсом СВЧгенератора 1 путем запуска блокинггенератора 25.

Напряжения ПЬ „„, с выхода пер е вого пикового детектора 10 и Обад„ с выхода второго сумматора 13 поступают на входы первого сумматора 12, в котором они сум уруются и напряже ние Пбмакс + UФмнн с выхода rreÐ Oго сумматора 12 поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 26. Напряжение Ug „« Ug » с выхода второго пикового детектора I1 поступает на второй вход аналогоцифрового преобразователя 26. Выходной импульс триггера 15, длительность которого пропорциональна длине стоячей волны в отрезке 4 СВЧ- тракта, поступает на третий вход

1166015

К е —, 1+ Г св Г(71 аналого-цифрового преобразователя 26, Выходное напряжение генератора

24 линейно изменяющегося напряжения поступает на вход блока 16, В момент времени, когда измерительный зонд

,5 фиксирует первый минимум стоячей волны от исследуемого СВЧ-элемента

7, триггер 15 опрокидывается от нулевого в единичное состояние на выходе, которое запускает по управляющему входу блок 16 в режим хранения выходного напряжения U< генератора

24 линейно изменяющегося напряжения, прямо пропорционального сдвигу фазы, вносимому управляемым фазовращателем 6, поступающего на четвертый вход аналого-цифрового преобразователя 26. В аналого-цифровом преобра- 2О зователе 26 входные напряжения и

° длительность импульса триггера !5 преобразуются в цифровой код во время действия единичного импульса с выхода триггера l5. Сброс аналого- 25 цифрового преобразователя 26 в нулевое состояние производится во время нулевого выходного импульса триггера 15. Преобразованные аналого-цифровым преобразователем 26 в цифровой щ код значения входных напряжений и длительности импульса триггер 15 поступаюг на соответствующие входы микропроцессора 27, который производит вычисление модуля Г и Фазы М коэффициента отражения по соотношениям (5) и (6) с учетом собственного коэффициента отражения управляемого фазовращателя 6. По вычисленным значениям модуля и фазы коэффициента 4О отражения микропроцессор 27 вычисляет значения коэффициента стоячей волны К в, активной и реактивной составляющей входного сопротивления исследуемого СВЧ-элемента 7 по соот- 4 ношениям св) Ф:Тл!ь)2 к

Значения модуля и фазы коэффициента отражения, коэффициента стоячей волны, активной и реактивной составляющих входного сопротивления исследуемого СВЧ-элемента 7 индицируются на цифровом индикаторе 28, Блок 16 слежения-хранения работает следующим образом.

При замыкании аналогового ключа

19, что соответствует нулевому состоянию на его управляющем входе, напряжение на накопительном.конденсаторе 29 следит за входным напряжением и в каждый момент времени точно ему равно. При поступлении на управлякиций вход аналогового ключа !

9 единичного импульса от триггера

15 он размыкается и напряжение на. выходе блока 16 слежения-хранения равно напряжению, запомненному на . копительном кенденсаторе 29 в момент времени, предшествующий размыканию аналогового ключа 19. Утечка .напряжения на накопительном конденсаторе

29 черезвычайно мала, так как его нагрузкой является истоковый повторитель 20 с изолированным затвором, не потребляющим тока от входной це" пи, каковой является накопительжай конденсатор 29. Блок 16 слеженияхранения хранит значение входного напряжения, равного напряжению с генератора 29 линейно изменяющегося напряжения в момент времени, когда на измерительном зонде 5 находится первый минимум стоячей волны. Это напряжение с выхода блока 16 слежения-хранения поступает на четвертый вход аналого-цифрового преобразователя 26.

1166015

l 16601 5

Составитель P. Кузнецова

Редактор Н.Данкулич Техред.О.Неце Корректор А Тяско

Заказ 4305/39 Тираж 748 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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