Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения свч-двухполюсника

 

Изобретение и.б. использовано во встроенных автоматич. измерительных системах. Цель изобретения повышение точности измерений. Устрво содержит СВЧ г-р 1, четырехзондовый датчик 2 полных сопротивлений, эл-ты связи 5-8 датчика 2, четьфехканальный СВЧ-коммутатор 9, блок управления (БУ) 10, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 1-й гармоники частоты коммутащш, амплитудный детектор (АД) 13,управляемьй делитель 21 напряжения, индикатор 22, фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25, исследуемый СВЧ-двухполюсник 4. Вновь введены управляемый СВЧ-фазовращатель 3, два полосовых фильтра 14 и 17 2-й гармоники частоты коммутации, АД 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 19 отношений БУ 20. 1 ил. I ся

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU, 128202 (gg 4 G О1 R 27/06, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3879590/24-09 (22) 03.04.85 (46) 07.01.87. Бюл. ¹ 1 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) И.К.Бондаренко, Ю.Б.Гимпилевич и И.Л.Афонин (53) 62 1.317.34 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1191843, кл. G 01 R 27/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1185267, кл. С Oi R 27/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ 1ЕРЕНЙЯ ИОДЛЯ

И ФАЗЫ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ СВЧДВУХПОЛЮС НИКА (57) Изобретение м.б. использовано во встроенных автоматич. измерительных системах. Цель изобретения— повышение точности измерений. Устрво содержит СВЧ г-р 1, четырехзондовый датчик 2 полных сопротивлений, эл- ты связи 5-8 датчика 2, четырехканальный СВЧ-коммутатор 9, блок управления (БУ) 10, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12

1-й гармоники частоты коммутации, амплитудный детектор (АД) 13,управляемый делитель 21 напряжения, индикатор 22, фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25, исследуе- мый СВЧ-двухполюсник 4. Вновь введены управляемый СВЧ-фазовращатель

3, два полосовых фильтра 14 и 17

2-й гармоники частоты коммутации,,р с

Ад 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 19 отношений БУ 20. 1 ил °

К К А., î

74 sin(— - cos

8 2 а $1П от (3) ! 128

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано во встроенных автоматических измерительных системах.

Цель изобретения — повышение точности измерений в полосе частот.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника..

Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧдвухполюсника содержит СВЧ-генератор 1, четырехзондовый датчик 2 полных сопротивлений, управляемый СВЧ-фазовращатель 3 и исследуемый СВЧдвухполюсник 4. Элементы связи 5-8 четырехзондового датчика 2 полных сопротивлений, четырехканальный СВЧкоммутатор 9, первый блок 10 управления, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 первой гармоники частоты коммутации, первый амплитудный детектор 13, первый полосовой фильтр 14 второй гармоники частоты коммутации, второй амплитудный детектор 15, электронный ключ 16, второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации, третий амплитудный детектор 18, измеритель

19 отношений, второй блок 20 управления, управляемый делитель 21 напряжения, индикатор 22„ фазометр 23, инди катор 24 фазы, пороговый блок 25.

Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧдвухполюсника работает следующим об-, разом.

Сигнал постоянной амплитуды (V„) от СВЧ-генератора 1 поступает через четырехзондовый датчик 2 и управляемый СВЧ-фазовращатель 3 к исследуемому СВЧ-двухполюснику 4.

Отраженная волна интерферирует с падающей. Анализ распределения поля осуществляется с помощью четырех элементов связи 5-8 четырехзондового датчика 2, размещенных в различных сечениях таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны Ъ/4 на верхней частоте диапазона.

Четырехканальный СВЧ-коммутатор 9 по сигналу с первого выхода блока 10 периодически коммутирует с частотой

Q каждый из выходных сигналов элементов связи 5-8 четырехзондового датчика 2 в общий канал. При этом на выходе четырехканального СВЧ-коммута2020 2 тора 9 получается сигнал в виде периодической последовательности радиоимпульсов. Этот сигнал детектируется квадратичным детектором 11, выходной сигнал которого является периодической функцией, Полосовой фильтр 12, настроенный на частоту Я, выделяет первую гарМонику выходного сигнала квадратичного !

О детектора 11. Напряжение с выхода полосового фильтра 12 поступает на вход первого амплитудного детектора 13, выходное напряжение которого зависит от частоты, и при ее .уменьшении изменяется при постоянном коэффициенте отражения.

Корректировка частотной зависимости проводится следующим образом, Выходной сигнал квадратичного де20 тектора 17 подается на вход первого полосового фильтра 14 второй гармоники, выходной сигнал которого детектируется вторым амплитудным детектором 15.

Выходное напряжение второго амплитудного детектора 75 определяется выражением: где К вЂ” коэффициент передачи первоrо полосового фильтра 14 второй гармоники на частоте

22;

35 К„ — коэффициент передачи второго амплитудного детектора 15; да=/атт + Ьтт — амплитуда атороа гармоники частоты коммутации; а, b — коэффициенты разложения в ряд Фурье.

Коэффициент а определяется выражением: т

2 а = — — U(t) cos 29. tdt, (2)

Т

Выражение для U«имеет вид:

8 KK K

Т

55 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Из формулы (3) видно, что вторая гармоника появляется только при часз l282020 тотной расстройке, а при 4 = Я, (О

1, = 2) — U = О, так как

3 Б

cos — — = О.

Но напряжение на выходе второго амплитудного детектора 15 зависит не только от частотной расстройки

3 76 (члены sin (— — cos ) но и от

У

2 модуля t Г и фазы (член sin Ч ) ком- f0 плексного коэффициента отражения.

Для того, чтобы получить информацию только о частотной расстройке, необходимо зависимость от г) и исключить, Для этого выходной сигнал квадратичного детектора 11 подается на электронный ключ 16, управление которым осуществляется с гретьего выхода блока 10 управления, электрон- 20 ный ключ открывается только на время, когда на выходе квадратичного детектора 11 появляются напряжения

В, В> (сигналы с элементов 6 и 7 связи четырехзондового датчика 2).

При этом выходной сигнал (U ) элек11 . тронного ключа 16 является периодической функцией.

Второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации вы- 30 деляет вторую гармонику сигнала

V (t ). Выходной сигнал (U,„) второ го полосового фильтра 17 детектиру,ется третьим амплитудный детектором

18, напряжение на выходе которого 35 имеет вид: 3 JS

s ink- -— cos ——

8 2

Б б

3 3 Я Х 8

s 1.п

8 8 ж3

Я 2

s1n -, — — соя

ЗЪб Зо

sin (— — — — — )

8 8

U=KK,A. (4) Ко ион (7) It a

san

U

О (5) где К вЂ” коэффициент передачи второ- 40 го полосового фильтра второй гармоники 17 на частоте 2Я;

К вЂ” коэффициент передачи третьего амплитудного детекто- 45 ра 18;

А — амплитуда второй гармоники частоты коммутации, тогда выражение (4) имеет вид:

4 ККбК К1U ь )Г-

375 ку sin (- — — — — sin V f.

8 8

Из выражения (5) видно, что напряжение на выходе третьего амплитудного детектора 18 зависит от частотной

3 g 2 ф расстройки (член — — — †-) от мо8 8 дуля II I и фазы (член sin М ) комплексного коэффициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4. Следовательно сигнал, зависящий только от частотной расстройки, можно сформировать, если подать U на вход де1О лимого измерителя 19 отношений, а

Б, — на вход делителя. Тогда выходное напряжение измерителя отношений

19 с учетом выражений (3) и (5) имеет вид: (6) где К вЂ” коэффициент передачи измерителя 19 отношений.

Из выражения (6) видно, что член

2К КК /К К К есть величина постоянная

3 8

Sic .. Зу а член sin 4 — — cos — — /sin (— ——

8 2 8 6 2 — - -) ) несет информацию о частот8 ной расстройке. Каждому значению частоты в рабочем диапазоне соответ- ствует единственное значение ко".Ффициента а значит и единственное значение о коэффициента sin —.—

Напряжение с выхода измерителя 19 отношений подается в блок 20 управления, который осуществляет установку коэффициента передачи управляемого делителя 21 напряжения в соответствии с формулой: где К, — коэффициент передачи управляемого делителя 21 напряжениЯ пРи A = 11, (Ь = I).

Напряжение на выходе управляемо . го делителя 21 наиряжения имеет вид:

11 1 Л (Г! °

4 Г2 КК,V К U

1б я

Для точнОГО Определения фазы кОэффи циента отражения исследуемого С ВЧ-двухполюсника 4 в этом случае следует из показаний на индикаторе 24 фазы вычесть

Состояние управляемого СВ1 — фаУ т

2 зовращателя 3 сигнализируется, например, с помощью светодиода, установленного непосредственно на панели индикатора 24 фазы. формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ— двухполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, четырехзондовый датчик полных сопротивлений, последовательно соединенные четырехканальный СВЧ-коммутатор, сигнальные входы которого подключены к элементам связи четырехзондового датчика полных сопротивлений, квадратичный детектор, полосовой фильтр первой гармоники частоты коммутации, первый амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, индикатор, фазометр, подключенный измерительным- входом к выходу полосового фильтра первой гармоники частоты коммутации, индикатор фазы, соединенный входом с выходом фазометра, и первый блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу четырехканального СВЧ-коммутатора, а второй выход — к опорному входу фазометра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерении в полосе частот, в него введены первый и второй полосовые фильтры второй гармоники частоты коммутации, элекJ тронныи ключ, второй и третий амплитудные детекторы, измеритель отношений, второй блок управления, пороговый блок и управляемыи СВЧ-фазовращатель, при этом входы первого и второго полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации — одного непосредственно, а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управляюший вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управления, выходы полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации соответственно через второй и третий амплитудные детекторы соединены с входами измерителя отношений, выход которого Через второй блок управле5 12820? 0

Это напряжение подается на индикатор 22, шкала которого калибруется непосредственно в значениях Jt(Из (8) видно, что погрешность измерения модуля коьп лексного коэффициента отражения определяется только частотным коэффициентом (, т.е. в предлагаемом измерителе достигнуты такая же точность измерения и широкополосность, так и в известном, но 1ï без введения корректирующего канала, что значительно расширяет его функци, ональные возможности, так как позволяет использовать его для цепей встроенного контроля.

Напряжение (U ) с выхода полосово1

ro фильтра 12 подается на вход фазометра 23, на опорный вход которого поступает опорное напряжение со второго выхода блока 10. 20

Сигнал с выхода фазометра 23 подается на индикатор 24 фазы, шкала которого калибруется непосредственно в значениях Y.

Если фаза коэффициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 равна 0, 180 или ЗбО, то напряжения 3

U u U согласно выражениям (3) и (5), обращаются в нуль. Измеритель

19 отношений, из-за нулей на обоих входах, работать не будет. Следовательно, возникает неопределенность в определении частотной расстройки.

Для исключения этой неопределенности в измеритель введены порого- 35 вый блок 25 и управляемый СВЧ-фазовращатель 3 (дискретный). Сигнал (U „ ) с выхода фазометра 23 кроме индикатора фазы поступает на пороговый блок 25, который, если фаза иссле- 10 дуемого CB I-двухполюсника 4 находится в пределах Π— 5, 175 — 185, 355 — 360, вырабатывает сигнал (U„ ), который подается на управляющий вход управляемого СВЧ-фазовра- 45 щателя 3. При этом сдвиг по фазе, вносимый управляемым СВЧ-фазовращателем 3, увеличивается, например, на

2 т.е. к фазе исследуемого СВЧдвухполюсника добавляется постоянная р величина, равная

При этом напряжения 1,, U» на входах измерителя 19 отношений отлич- 55 ны от нуля. Таким образом полносгью исключена неопределенность в определении частотной расстройки.

1282020

Составитель М. Кромин

Редактор Н.Марголина Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7260/42 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 ния соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, вход порогового блока соединен с выходом фазометра, а выход — с управляющим входом управляемого СВЧ-фазовра- 5 щателя, вход которого подключен к выходу четырехзондового датчика полных сопротивлений, а выход является выходом для подсоединения входа исследуемого СВЧ-двухполюсника.