Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2n- полюсника

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для дистанционных измерений матриц рассеяния пассивных многополюсников, в частности, фазированных антенных решеток КВ- и УКВ-диапазонов. Целью изобретения является сокращение времени рассеяния 2 N-полюсника и снижение трудоемкости выполняемых при этом операций. Поставленная цель достигается введением в устройство формирователя 42 адреса, постоянного запоминающего устройства 41 и матричного переключателя (N<SP POS="POST">.</SP>2)11. Устройство также содержит высокочастотный генератор 2, измерительный блок 5, амплифазометр 3, блок 10 регистрации и линию 9 передачи. 4 ил.

СОЮЗ COKTCHMX

СОЦИАГИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ6ЛИН (1) G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4391763/24-21 (22) 10.03.88 (46) 30.05.90. Бюл, Ii - 20 (71) Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт (72) В.В.Бычков (53) 621,317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 224745, кл. С 01 R 27/28, 1985.

Гупта К., Гардж P., Чадха P. Машинное проектирование СВЧ-устройств.

М.: Радио и связь, 1987, с. 182, рис. 104. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТО В МАТРИЦИ РАССЕЯНИЯ 2N-IIOJIIOCНИКА (57) Изобретение относится к радио„,SUÄÄ 68000 А 1 измерительной технике и может быть использовано для дистанционных измерений матриц рассеяния пассивнъж многополюсников, в частности фаэированных антенных решеток KB и УКВ диапазонов. Целью изобретения является сокращение времени рассеяния

2N-rroaecawca и снижение трудоемкости выполняемых при этом операций. Поставленная цель достигается введением в устройство формирователя 42 адреса, постоянного запоминающего устройства 41 и матричного переключателя (N к 2) 11. Устройство содержит также высокочастотный генератор 2, измерительный блок 5, амплифазометр

3, блок 10 регистрации и линию 9 пере9 дачи. 4 ип.

1568000

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для дистанционных измерений матриц рассеяния пассивных многополюсников с общим числом И пар входных и выходных зажимов (N r)l), в частности для дистанционных измерений матриц рассеяния фазированных антенных рещеток

КВ и УКВ диапазонов °

Целью изобретения является сокращение времени измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2N-полюсника и снижение трудоемкости выполняемых при этом операций °

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2N-полюсника для частного случая, когда N= 2 +2n !8 (m=4, п=l); на фиг. 2 структурная схема ПЗУ; на фиг ° 3— структурная схема формирователя адреса; на фиг. 4а — принципиальная схема коммутатора (2 « 2); на фиг. 4б схема двух возможных состояний коммутаторов (2 х 2), соответствующих своим сигналам управления; на фиг.4вэквивалентная схема коммутатора (2«2), Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2N-полюсни30 ка (фиг. 1) содержит многополюсник

1, высокочастотный генератор 2, амплифазометр 3, линию 4 передачи, измерительный блок 5, состоящий из рефлектометра 6, коммутатора (2«2)

7 и аттенюатора 8, линию 9 передачи, блок 10 регистрации, матричный переключатель 11, состоящий из бинарных переключателей 12 и 13 и блока 14 коммутации. Бинарный переключатель 4п

12 состоит из коммутаторов (2 « 2)

15-21, бинарный переключатель 13

Hs коммутаторов (2 « 2) 22-28, Блок 14 коммутации состоит из коммутаторов 29-35 и коммутатора 45 (4 «4) 36, включающего в себя коммутаторы (2 2) 37-40. Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2N-полюсника содержит также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 41, формирователь 42 адреса, линию 43 передачи.

ПЗУ 41 (фиг. 2) выполнено на базе микросхем 556 РТ5, являющихся программируемыми ПЗУ емкостью 512 «8 бит«

При N=18 (m=4, и= l ) требуемая ем55 кость ПЗУ 171 « 26) бит обеспечивается четырьмя микросхемами 4, параллельно соединенные адресные входы которых подключены к выходам 9-канального мультиплексора 45, Каждый канал мультиплексора 45 содержит резонансный усилитель 46 с резонансной частотой Р„ Р +КйР (К1...8), амплитудный детектор 47 и транзисторными ключ 48.

Конкретные значения частот F опрек деляются быстродействием используемых коммутаторов (2 2 ). В конкретной реализации Р— 15 кГц и 4Р а 4 кГц. Присутствие иа входе мультиплексора 45 сигнала частоты F „ приводит к появлению на выходе К-го канала напряжения логической "1", его отсутствие — логического "0". Нагрузками микросхем 44 являются транзисторные ключи 49, в коллекторные цепи которых включены обмотки реле коммутаторов (2 х 2). Формирователь 42 адреса предназначен для формирования адреса (в двоичном коде), соответствующего измеряемому коэффициенту матрицы рассеяния. В конкретной реализации формирователь 42 адреса (фиг. 3) содержит восемь генераторов 50 частоты Р„, восьмнканальный аналоговый ключ 51 и сумматор 52.

Восьмиканальный ключ 51 выполнен на микросхеме 543 КНЗ, на входах управления которой устанавливается требуемый двоичный адрес (в напряжениях

ТТЛ-логики). Сумматор 52 выполнен на операционном усилителе, 157 УД1 с повышенной нагрузочной способностью, обеспечивающей уровни напряжений частот F „ Hà входе мультиплексора

45 ПЗУ 41 порядка единиц вольт при соединении ПЗУ 41 с выходом формирователя коаксиальной линии длиной до нескольких сотен метров. Первые выходы всех коммутаторов бинарных переключателей 12 и 13 соединены с соответствующими согласованными нагрузками. Первые выходы коммутаторов 29-36 блока !4 коммутации подключены к входам коммутаторов 18-21 бинарного переключателя 12 попарно, т ° е. первые выходы коммутаторов 29 и 30 — к входам коммутатора 18, первые выходы коммутаторов 31 и 32 — к входам коммутатора 19, первые выходы коммутаторов 33 и 34 — к входам коммутатора 29, первые выходы коммутаторов 35 и 36 — к входам коммутатора 21, Вторые выходы коммутаторов

29-36 блока 14 коммутации подключены к входам коммутаторов 25-28 бинарного переключателя 13 попарно, т.е.

156))QQQ d вторые выходы коммутаторов 29 и 30— к входам коммутатора 25, вторые выхо— ды коммутаторов 3) и 32 — к входам коммутатора 36, вторые выходы коммутаторов 33 и 34 — к входам коммутатора 27, вторые выходы коммутаторов

35 и 36 — к входам коммутатора 29, Входы коммутаторов 29-38 являются входами матричного переключателя 11 с первого по девятый соответственно и соединены с соответствующими выходами многополюсника !. Первые выходы коммутаторов 18-21 подключены к согласованной нагрузке, а вторые выходы попарно (18 и 19, 20 и 21) — к входам коммутаторов 16 и 17, первые выходы которых подключены к согласованной нагрузке, первые выходы коммутаторов 25-28 подключень к согласованной нагрузке, а вторые выходы попарно (25 и 26, 27 и 28) — к входам коммутаторов 23 и 24, первые выходы которых подключены к согласованной нагрузке, Генератор 2 своим выходом соединен с вторым (опорным) входом амплифазометра 3. Выход генератора 2 через линию 4 передачи соединен с первым (сигнальным) входом (по падающей волне) измерительного блока 5, который является входом рефлектометра 6 по падающей волне. Вход рефлектометра

6 по отраженной волне является вторым (измерительным) входом измерительного блока 5. Выход рефлектометра 6 по отраженной волне подключен к первому входу коммутатора (2 ° 2) 7.

Второй вход коммутатора (2 х 2) 7 через аттенюатор S соединен с третьим (измерительным) входом измерительного блока 5. Первый выход коммутатора (2 2) 7 соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход является выходом измерительного блока 5 и через линию 9 передачи подключен к первому(измерительному ) входу амплифаэометра Э. Выходы амплифаэометра

Э соединены с входами блока 10 регистрации, Выходы многополюсника 1 являются его входами по падающей вол не. Выходы многополюсника 1 соединены с входами матричного переключателя 11 N 2, где N=2m+2 (m=1 2..., n=0,l 2 ). Входы матричного переключателя 11 являются одновременно его выходами по падающей волне.

В конкретной реализации N 18 (m=4, и 1) матричный переключатель 11 образован из бинарных переключателей

12, 13, выполненных на основе коммутаторов (2 2) и блока 14 коммутации, Бинарный переключатель 12 включает

5 коммутаторы 15-21 бинарный переклюФ чатель 13 — коммутаторы 22-28. Блок

l4 коммутации включает (2 -и) коммутаторов (2 2), в конкретной реализации — коммутаторы 29-35. Блок 14 коммутации включают также п коммутаторов (4 4), состоящих иэ коммутаторов (2 2), в конкретной реализации — коммутатор 36, состоящий иэ коммутаторов 37-40. Первый выход коммутатора 37 и выход коммутатора

38 подключены к входам коммутатора

39, первый выход которого соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход является первым выходом комму20 татора 36 ° Второй выход коммутатора

37 соединен с входом коммутатора 40, первый» выход которого соединен с согласованной нагрузкой коммутатора 36.

Входы коммутаторов ряда 14 являются

25 входами матричного переключателя 1)

Вторые выходы коммутаторов )6 и 17 соединены с входами коммутатора 15, первый вход которого соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход представляет собой выход бинарного переключателя 12. Вторые выходы коммутаторов 23 и 24 соединены с входами коммутатора 20, первый выход которого соединен с согласованной нагруз35 кой, а в орой вьход предс а вля е1 собой выход бинарного переключателя

13. Выходы бинарных переключателей

12 и 13 являются соответственно выходами матричного переключателя )1

4р пО Отраженной и прошедшей вОлнам и соединены с измерительными входами измерительного блока 5, Выход бинарного переключателя 12 является одновременно его входом и выходом матрич45 ного переключателя по падающей волне. ,Управляющие входы всех коммутаторов (2 2), начиная с 15 и кончая 40, а также коммутатора 7 подключены к соответствующим выходам ПЗУ 41 и представляют собой управляющий вход матричного переключателя 11. Адресный вход ПЗУ 41 через линию 43 передачи .соединен с формирователем 42 адреса, Коэффициенты передачи между любым

ВхОДОм H любым ВыходОМ матричнОгО пе реключателя 1) идентичны. Это обеспечивается идентичностью коммутаторов и тем, что коммутаторы соединены между собой отрезками кабеля равной г

I -.68! 00

1О пряжение другой волны через коммутатор 1 поступает иа согласованную нагрузку. Напряжения волн, прошедших с 3-го нхода на все остальные выходы многополюсника 1 (кроме выхода 9), поступают через соответствующйе коммутаторы (2 ° 2) на согласованные нагрузки матричного переключателя 11 ..

Таким образом, в измерениях каждого из коэффициентов S. актинно уча!

1 ствуют лишь те коммутаторы (2"2) через которые передается напряжение падающей волны к i-му выходу измеря!

5 емого 2N-полюсника I с выхода по подаклцей волне рефлектометра 6 и напряжение прошедшей волны с j-го выхода

2N-полюсника на выход измерительного блока 5. Все остальные коммутато- 20 ры матричного переключателя 11, не участвующие в передаче к третьему выходу и с девятого выхода 2N-полюсника 1 напряжений падающей и прошедшей волн, могут находиться в произ- ?С вольном состоянии. В состоянии "0" коммутатор 7 соединяет выход рефлектометра 6 по отраженной волне с согласованной нагрузкой, а выход матричного переключателя 11 по прошедшей волне — через аттенюатор 8 и линию 9 передачи — с измерительным входом амплифазометра 3. В состоянии

"1" коммутатор 7 соединяет измерительный вход амплифазометра 3 с выходом рефлектометра Ь по отраженной волне, 35 а выход по прошедшей волне матричного переключателя I! — с согласованной нагрузкой. В результате в состоянии "0" коммутатора 7 на измерительный вход амплифазометра 3 передается с i-го ныхода ?N-полюсника

1 напрчжение прошедшей волны, а напряжение отраженной волны с 1-го выхода 2N-полюсника поступает н согла45 сованную пагруз ку; и, наоборот, в состоянии !" на измерительный вход амплифазометра передается напряжение отраженной волны, а в согласованную нагрузку, включенную на одном из выходов коммутатора 7, поступает напряжение прошедшей волны. Режим измерения коэффициента матрицы рассеяния Я;, реализуемый н предлагаемом устройстве, состоит н возбуждении j-ro выхода 2N-полюсника напряжением ладан>щей волны комплексной амплитуды П „ . и поочередном измерении комплексных амплитуд U, расходящихся от 2N-полюсника волн (отраженных на выходе j или прошедших с выхода 1 на выход i) при этом линии передачи, соединяющие все выхо l 2N-полюсника с измерительной установкой, должны быть нагружены согласованными нагрузками.

Выбор каналов i, 1 рассеянной и падающей волн производится в предлагаемом устройстве матричным переключателем 11 и коммутатором 7, которые построены так, что все выходы измеряемого 2N-полюсника одновременно подключены к согласонанным нагрузкам для любой пары индексов i,j

Напряжения, поступающие на измерительный вход амплифазометра, пропорциональны соответствующему коэффициенту S, матрицы рассеяния. Ампли1! 1 фазометр формирует постоянное напряжение, пропорциональное амплитудам и разности фаз сигналов, поступающих на его входы. Регистрирукчцее устройство регистрирует напряжения, пропорциональные модулю (S; ) и фа-! р! зоному сдвигу q..коэффициейтов мат-! рицы рассеяния °

Для регистрации нормированных коэффициентов матрицы рассеяния с плоскостью отсчета фазы, приведенной к выходним зажимам измеряемого многополюсиика, проводится предварительная калибровка измерительной схемы, для чего вместо одного Hs выхоцов измеряемого многополюсника к измерительной схеме подключается двухполк.сник с известным импедансом, например Z„« co(IS !!«1, U „ «0. В момент калибровки выходные напряжения амплитудного и фазового каналов амплифазометра, пропорциональные соответственно 5 и р устанавливаются к к

11 11 соответственно ранными, например, 1 и 0 V !при коэффициенте передачи фазового канала, составлявшем шу/град ), После проведения калибровки ре гистрируемые в процессе измерения напряжения (в вольтах) амплитудного и фазового каналов численно равны модулю и фазоному сдвигу измеряемого нормированного коэффициента матрицы рассеяния S «S . /S =IS . П" (е 1 j !!1

t! г! 1! «1! fl

Цикл измерения коэффициентов матрицы рассеяния на одной частоте ! определяется быстродействием коммутаторов матричного переключателя и регистрирующего устройства ° Характерное время коммутации матричного пере1568000

12 ключателя составляет около IO мс. В случае, например, 16-плюсника (N-8) измерение всех 36 коэффициентов матрицы рассеяния составит около 0,4 с.

При использовании s качестве регистрирующего устройства термопечатающего устройства указанного в описании типа, которое обеспечивает скорость регистрации около 100 символов/с, время регистрации 36 пятизначных комплексных чисел составит около 4 с.

Время измерения матрицы рассеяния на Y фиксированных частотах составит

M ° (t+4)с, где t (с) - время, затрачиваемое на перестройку частоты генератора, составляющее при ручной перестройке частоты около 10 с. В результате суммарное время, затраченное на измерение матрицы рассеяния

16-полюсника на 10 фиксированных частотах диапазона, не превьппает 2 мин.

При осуществлении ручного переключения при измерении 36 коэффициентов матрицы рассеяния цикл измерений на одной частоте диапазона составил бы 144 переключения, т.е ° при средней длительности переключения оператором 5 с — 12 мин, в M точках рабочего диапазона частот - 12 M мин, Следовательно, исключением из процесса измерения ручных операций многократного переключения выходов измеряемого многополюсника с измерительной схемой и согласованными нагрузками сокращается время измерения коэф-!

35 фициентов матрицы рассеяния 2N-по1 люсника, а также трудоемкость воспроизводимых операций. формула изобретения

Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2N-полюсника, содержащее высокочастотный генератор, через первую линию передачи соединенный с первым входом измерительного блока, последовательно соединенные амплифазометр и блок регистрации, выход измерительного блока через вторую линию передачи соединен с первым измерительным входом амплифаэометра, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения трудоемкости, в него введены последовательно соединенные через третью линию передачи формирователь адреса и постоянное запоминающее устройство, а также матричный переключатель N""2, входы матричного переключателя соединены с клеммами для попарного подключения соответствующих выходов 2N-полюсника, первый и второй выходы матричного переключателя соединены соответственно с вторым и третьим входами измерительного блока, выход высокочастотного генератора соединен с опорным входом амплифазометра, выходы постоянного запоминающего устройства соединены с управляющими входами матричного переключателя.!

568000

Фиг.2

+$0V с «г

Составитель P.,Минкин

Редактор А.Маковская Техред Л. Олийнык Корректор М. Максимишинец

Заказ 1321 Тирах 549 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ухгород, ул. Гагарина, 101