Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника
Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВ-Ч и обеспечивает повышение точности измерений в диапазоне частот. Устр-во содержит генератор 1 сигнала, исследуемый двухпол1Йсник (ид) 2,. четырехзондовый датчик (ЧЗД) 3 с зондами 4-7 связи (ЗС), коммутатор 8, блок 9 управления , квадратичный детектор 10, пере
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А1,(51) 4 G 01 R 27/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3944273/24-09 (22) 13.08.86 (46) 07.11.87. Бвл. N"- 41 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) И.К.Бондаренко,. С.P.ÇèáoðîB, Ю.Б.Гимпилевич и И.Л.Афонин (53) 621.317.341(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 119!843, кл. G 01 R 27/06, 1984.
Авторское свидетельство СССР
1185267, кл. G 01 R 27/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА
ОТРАЖЕНИЯ ДВУХПОЛН)СНИКА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и обеспечивает повьппение точности измерений в диапазоне частот. Устр-во содержит генератор 1 сигнала, исследуемый двухполйсник (ИД) 2, четырехзондовый датчик (ЧЗД) 3 с зондами 4-7 связи (ЗС), коммутатор 8, блок 9 управления, квадратичный детектор 10, пере1350622
Цель изобретения -- повышение точ ности измерений в диапазоне частот, На.чертеже приведена структурная электРическаЯ схема УстРойства длЯ иэ 1О где jPi мерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника с + ) Г I +2 ) I c os (-й-+ - — — р)), при II at Т 4 (I- ;)iI 2 )Г) cos(-и- — - — - (j, при Т/4 1 2/2; с
3))о % "
1 )П) +2 )ПI cos(II- — — И))J, пРи Т/2<4 П/4В
5IIb .i)Р)" 2 )Р) cos(-g- + - - +V)), при ЗТ/4 t 2, К,UA
К .U„
U—! ключатель 11, блок 12 памяти, ЦАП
13, блок 14 умножения, полосовой фильтр 15, линейный амплитудный детектор 16, управляемый делитель 17 напряжения, индикатор 18 модуля, измеритель 19 фазы, индикатор 20 фазы, реверсивный счетчик 21, компаратор 22, элементы И 23, 26, генератор
24 импульсов и инвертор 25. Сигнал падающей волны от генератора 1 через
ЧЗД " поступает íà И 1 2. Сигнал отраженной от.ИД 2 волны интерферирует
Изобретение относится к радиоиэмерительной технике СВЧ и может использоваться 2а автоматических измерительных системах и приборах . встроенного контроля., Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника. содержит генератор 1 сигнала, исследуемый двухполюсник 2, четырехзондовый датчик 3 с зондами 4-7 связи, коммутатор 8, блок 9 управления, квадратичный детектор 10, переключатель 11, блок
12 памяти, цифроаналоговый преобразователь 13, блок 14 умножения, полосовой фильтр 15„ линейный амплитудный де ектор 16, управляемый дели- 25 тель 17 напряжения, индикатор 18 модуля, измеритель 19 фазы, индикатор
20 фазы, реверсивный счетчик 21, компаратор 22, первый элемент И 23, генератор 24 импульсов, инвертор 25 и второи элемент И 26.
Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отс сигналом падающей волны, Анализ распределения поля осуществляется ЗС
4-7, размещенными в различных сечениях ЧЗД 3. Коммутатор 8 коммутирует сигналы ЗС 4-7 в общий канал. В умножителе 14 сигналы умножаются на значения, которые корректируют погрешности измерения, обусловленные неидентичностью характеристик ЗС и каналов коммутатора 8. Корректирующие значения заносятся в блок 12 памяти в режиме калибровки. 1 ил, 2 ражения двухполюсника работает следующим образом.
Сигнал падающей волны 21„ от генератора 1 через четырехзондовый датчик
3 поступает на исследуемый двухполюсник 2 с комплексным коэффициентом ния
Г =1Г! е — модуль комплексного коэффициента отражения; — фаза комплексного коэффициента отражения, Сигнал волны, отраженной от входа исследуемого двухполюсника 2, интерферирует с сигналом падающей волны
Анализ распределения поля осуществляется с помощью четырех зондов
4-7, размещенных в различных сечениях четырехзондового датчика 3 таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны ))//4 на средней длине волны рабочего диапазона.
Коммутатор 8 по командам блока 9 периодически коммутирует с частотой
g каждый из выходных сигналов с зондов 4-7 в общий канал. Квадратичный детектор 10 детектирует выходной сигнал коммутатора 8. Выходной сигнал квадратичного детектора 10 является периодической функцией, которая на интервале, равном периоду коммутации Т=2)/д, имеет вид
1 350622 где К .,К .,К,,К,—
З» 4i
i=1,2,3...n— д !
1+1г(+21Г(C+2)l 1 cos(- - + (— -(g), при 0 ЬТ/4»
V,V„(!в(Г(42(PI +2(P(сов(-Н- — I(-!/f), при T/4 С Т/2;
v,V„(!+(ÃI +2(Г! +2 (Г(сов(-»в- — II- +о)), при Т/2 4.ЗТ/4;
V,!З„((в(Г(+2(Г(+2(Г(сов(-в- + -в + (((, при ЗТ/4 С Т.
U—
8К К.U.U (. -3
6 о "(Г) з п
l! 2 (5) (6) коэффициенты передачи четырехзондового датчика 3, коммутатора 8 и квадратичного детектора 10 для каждого из зондов 4-7 соответственно, на i-й частоте; частотные коэффициенты; номер частоты, где
n — - число частот диапазона генерато- 15 ра l.
Коэффициент (/ зависит от разноса зондов 4-7 вдоль тракта и определя,ется формулой
8 =я,,/ ;, (2) 20 где Ъср — средняя длина волны диапаэона;
"/(; — дискретное значение текущей длины волны. 25
Коэффициент у зависит от разворота зондов 4-7.
Полосовой фильтр 15 выделяет пер:вую гармонику из выходного сигнала
:U блока 14. Напряжение U с выхода где К и К вЂ”.коэффициенты передачи полосового фильтра 15 45 на частоте g и линейного амплитудного детектора 16 соответственно;
61(l (/4ср -U4 2 ° Я
1 1 U4 ñр Г2
4 (2 к,к,и.v „
rpe U = — — — » — 6 — —" l(I — напряже4ср
I! 55 ние на выходе линейного амплитудного детектора 16 на средней длине волны диапазона (при ((=1, f =2).
Для коаксиального канала в 50Е-ной полосе частот коэффициент о изменяется в пределах 1,33 -0,8,а коэффициент — в пределах 0,75-1,25, т,е, эти коэффициенты имеют значительную частотную зависимость.
В режиме измерения переключатель
11 включает блок 12 в режим считывания. При этом сигнал с первого вы-ода блока 9 и сигнал с выхода синхронизации генератора 1 считывают на выход блока 12 коды. Цифроаналоговый преобразователь 13 преобразует эти коды в сигнал U который на интервале, равном периоду коммутации Т, имеет вид
U /К(,. при О t T/4, U /Ê,;, при T/4itcT/2, Uo/К,;, при T/2 t43Ò/4, /К4» при 3T/44t- Т» где U, — постоянная величина.
Блок 14 перемножает сигнал U c сигналом U . В результате выходной сигнал-U блока 14 на интервале, равном периоду коммутации Т, имеет ви полосового фильтра 15 детектируется линейным амплитудным детектором 16, выходное напряжениекоторого ьмеетвид (=4(+ P - — суммарный частотный коэффициент..
Относительная погрешность измерения модулякомплексного коэффициента отражения в соответствии с формулой 5 при работе в диапазонечастот равна
При изменении частоты в 502-нои полосе максимальное значение погрешности, вычисленной по формуле (6), на краях диапазона (при(22 =!(/2) составляет 6,8-16Х.
1350622
Из выражения (6) следует, что погрешность измерения модуля комплексного коэффициента отражения определяется произведением двух членов
sin ; — и cos q sin () >)+sin icos(f )
Наибольший вклад в погрешность вноli Г сит член sin --, так как коэффициент В значительно изменяется при перестройке частоты.. Вклад второго члена меньше, так как он определяется частотным коэффициентом, который в соответствии с (2) и (3) в 507-ной
К=
«Я.
sin-8 (7) 10
При этом напряжение на выходе управляемого .делителя 1.7 напряжения имеет вид
8
-")+sin q cos ((-«) . (8)
8К Д 6 1-1а U и
«
Это напряжение подается на инди- 20 мерения зависит только от частотного, катор 18, шкала которого калибрует- коэффициента и определяется формуся в значениях 1Г1 . Погрешность из-, лой д1г1 2 — =1--1г I (9) В 5ОХ-ной полосе (приЧ =«/2) эта погрешность на краях диапазона составляет 2,0-3,3Х. .Одновременно напряжение с выхода полосового фильтра 15 поступает на вход измерителя 19, на выходе которого напряжение имеет вид (10) 2
КуЯ«
К2,11«
31 « при 0<Сс T/4> при T/4 t T/2; при Т/2 t 3T/4; при 3T/4 t,<Т (12) где К вЂ” коэффициент передачи измерителя 19.
Это напряжение подается на индикатор 20, шкала которого калибруется в значениях q .
Режиму измерения предшествует режим калибровки, при котором исследуемым двухполюсником 2 служит согласованная нагрузка, с модулем коэффициента отражения 1ГI =О. При этом в четырехзондовом датчике 3 устайавливается режим бегущей волны и сигнал U воспроизводит собственную амплитудно-частотную характеристику четырехзондового датчика 3, коммутатора 8 и квадратичного детектора 10 для каждого из зондов 4-7 полосе изменяется в пределах 2,052,08, т.е. мало зависит от частоты.
Для исключения составляющей погреш"
5 ности, связанной с коэффициентом, сигнал U подается на управляемый делитель 17 напряжения, коэффициент передачи которого рассчитывается по формуле
В режиме калибровки переключатель
11 переключает блок 12 в режим "3a30 лись", в котором блок 12 записывает выходной код реверсивного счетчика
21 в массив памяти, соответствующий включенному в данный момент времени одному из зондов 4-7. Цифроаналоговый
35 преобразователь 13 преобразует выходной код блока 12 в сигнал U
Дальнейшую работу в режиме калибровки рассмотрим на примере формирования сигнала U2 на интервале време40 ни О<1(Т/4, соответствующем включению зонда 4 на 1-й частоте генератора 1.
Компаратор 22 сравнивает сигнал
U2 с опорным сигналом U . При выполВ
45 нении условия U > U компаратор 22
2 переключается в состояние единицы и открывает первый элемент И 23„ кото рый пропускает импульсы с выхода генератора 24 на вход вычитания ре50 версивного счетчика 21. С приходом каждого импульса на вход вычитания реверсивного счетчика 21 его выходной код уменьшается на единицу. При этом сигнал U уменьшается на величину
AU . В результате сигнал U уменьша55 ется на величину hU К,; U
I
Указанные изменения сигналов происходят до тЕх пор, пока при поступлении rn-ro импульса на вход вычита1350622 ния реверсивного счетчика ll не окажется выполненным условие U U
При выполнении условия U, U компаратор 22.переключается в состояние
5 логического нуля. Инвертор 25 инвертирует выходной сигнал компаратора
22 и открывает второй элемент И 26, который пропускает импульсы с выхода генератора 24 на вход сложения ре- 10 версивного счетчика 21. С приходом, (m+1)-го импульса на вход сложения реверсивного счетчика-21 его выходной код увеличивается на единицу, В резульTaTe cHrHa U> увеличивается 15 на величину 6U а сигнал U — на величину аБ К,; U„, что приводит к
z выполнению условия 0 Б
В дальнейшем устройство для измерения модуля и.фазы комплексногo Ко эффициента отражения двухполюсника на интервале 0(1сТ/4; работает аналогично. В установ,вшемся режиме калибровки сигнал U колеблется относительно опорного сигнала U с ампли2 тудой 6U К„; U„.
Аналогично происходит работа на других интервалах времени, соответветствующих включению зондов 5-7, и на других рабочих частотах генератора 1.
В режиме калибровки индикатор
18 индицирует значение, близкое к нулевому, соответствующее модулю коэффициента отражения согласованной д5 нагрузки.
Период повторения импульсов, вырабатываемых генератором 24, выбирается большим времени, необходимого для однократного срабатывания компа- 40 ратора 22, инвертора 25, элементов
И 23 и 26, реверсивного счетчика 21, блока 12 и цифроаналогового преобразователя 13.
Выражение (4) показывает, что в 45 режиме измерения сигнал обеспечивает коррекцию погрешности измерения модуля и фазы коэффициента отражения, обусловленную неидентичностью характеристик зондов 4-7 четырехзондового 50 датчика 3 и каналов коммутатора 8, а также неравномерностью частотных характеристик зондов 4-7, коммутатора
8 и квадратичного детектора 10.
Такое выполнение устройства для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника обеспечивает автоматическую коррекцию погрешности измерения, обусловленную неидентичностью и неправомерностью частотных характеристик зондов связи, коммутатора и квадратичного детектора, в результате чего повышается точность измерения в диапазоне частот.
Формула изобретения
Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала и четырехзондовый датчик с зондами связи, выход которого является входом для подсоединения исследуемого пвухполюсника, коммутатор, сигнальные входы которого соединены с зондами связи четырехзондового датчика, управляющий вход — с первым выходом блока управления, а выход— с входом квадратичного детектора, последовательно соединенные полосовой фильтр, линейный амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подсоединен к выходу синхронизации генератора сигнала, и индикатор модуля, последовательно соединенные фазометр, измерительный вход которого подключен к выходу полосового фильтра, а управляющий вход — к второму выходу блока управления, и индикатор фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности из-. мерений в диапазоне частот, введены последовательно соединенные блок умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратичного детектора, компаратор, первый элемент
И, реверсивный счетчик, блок памяти и аналого-цифровой преобразователь, подсоединенный к второму входу блока умножения, а также последовательно соединенные инвертор и второй элемент И, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу введен|гого генератора импульсов,выходы первого и второго элементов И подсоединены соответственно к входам вычитания и сложения реверсивного счетчика, второй вход блока памяти подключен к введенному переключателю, третий вход — к первому выходу блока управления, а четвертый вход— к выходу синхронизации генератора сигнала,
