Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения двухполюсника свч
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G О! R 27/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Г,х i -„il (.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ П.1НТ СССР (21) 4603000/09 (22) 09. 11, 88 (46) 07. 02. 91, Бюл. 1Ф 5 (71) Горьковский политехнический институт (72) А.H.Çàéöåí и С.В.Логанов (53) 621.317.041 (088.8) (56) Приборы и техника эксперимента. 1988, Ж 5, с. 89 91.
Техника средств связи. Сер.Радиоизмерительная техника, 1988, вып.4, с. 82-94, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКА СВЧ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения— упрощение реализации. Устройство содержит СВЧ-генератор !, направленные ответвители 2 и 3, вентиль 4,исследуемый двухполюсник 5 СВЧ, согласованные отключатели 6 — 8, синфазные
„„Я0„„1626193 A 1
2 сумматоры 9 и 10, квадратурный делитель 11, согласованную нагрузку 12 н индикатор 13 ° Перед началом измерений проводят калибровку путем подключения вместо исследуемого двухполюсника 5 двух образцовых нагрузок. Измерение проводят при различных соотношениях режимов согласованных отключателей 6 — 8 "Включено", "Выключено" и измерении при этом амплитуды п1с тояннсй составляющсй выходного напряжения квадратичного детектора 14 с помощью вольтметра 15, входящего в состав индикатора 13. После этого путсм вычислений определяют искомый комплексный коэффициент отраже шя двухполюсника 5 ° Неидеальность СВЧузлов, входящих в состав устройства, интегрально учитывается в процедуре калибровки, sa счет чего обеспечивается высокая точность измерений без использования прецизионных дорогостоящих СВЧ-узлов. 1 з.п ° ф-лы,1 ил.
i о ы иа
Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линейных и нелинейных двухполюсников СВЧ.
Целью изобретения является упрощение реализации.
На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения ККО двухполюсника СВЧ.
Устройство содержит генератор 1
СВЧ с регулируемым уровнем выходного сигнала, первый и второй направ1 ленные ответвители (НО) 2 и З,вентиль
4, исследуемый двухполюсник 5 СВЧ, первый 6, второй 7 и третий 8 согласованные отключатели, первый 9 и второй 10 синфазные сумматоры, квадратурный делитель 11, согласованную нагрузку 12 и индикатор 13, состоящий из квадратичного детектора 14 и вольтметра !5, Устройство работает !ледующим образом.
Гармоническое колебание генератора
1 через первый НО 2, вентиль 4,второй НО 3 поступает на вход исследуемого двухполюсника. Колебание,пропорциональное амплитуде падающей волны, с ответвляющего выхода первого HO 2 поступает на вход квадратурного делителя 11, выходные колебания которого через согласованные отключатели 7 и
8 и первый син<Ьазный.сумматор 9 поступают на первый вход второго синфазного сумматора 10.
Колебание, пропорциональное амплитуде отраженной волны, с ответвляющего выхода второго НО 3 через согласованный отключатель 6 поступает на второй вход второго синфазного сумматора 10, выходное колебание которого поступает на вход квадратичного детектора 14. Выходи! е постоянное напряжение квадрат чного детектора
14 измеряется вольт!!етром 15.
На вход квадратичного детектора
14 поступают слепуюшие колебания в зависимости от поло> н!!й согласованных отключателей 6 — 7 (примем,что положение О соотне ствует состоя!
1 I! нию "Выключено", пол !:е!п ю "1" — противоположное сост;:. ! .) .
Согласованный I!..чатель 8 находится в положении "1 "„ i ° гласов анные отключатели 6 и 7 — в положении "0"
9 тогда
Х <(t) = С ° cosset, (!) где С, Я вЂ” амплитуда и частота соответственно.
5 Согласованный отключатель 7 находится в положении 1, согласованные отключатели 6 и Я вЂ” в положении
"0", тогда
1р Х, (!.) = qC cos(G3t + y), (2) Y(t) = Эсоз(Яс + (P) +
+ Э сов(!.Я + (1!, ), )=2 (4) где П, (— амплитуда и фаза первой гармоники соответствен35 но;
D Ц вЂ” амплитуды и фазы высших гармоник, порожденных исследуемым двухполюсником, соответственно;
40 N — количество высших гармоник.
Согласованные отключатели 8 и 6 находятся в положении "1", согласованный отключатель 7 — в положении "0", 45 т огда
Z,(г) = Х (t) + Y(t). (5) Согласованные отключатели 6 и 7 находятся в положении 1", согласованный
50 отключатель 8 — в положении "О",тогда
Z<(t) = Х (а) + Y(t) . (6)
Вольтметр 15 измеряет амплитуду
55 постоянной составляющей выходного напряжения квадратичного детектора
14 при подаче на его вход сигналов (1) — (6). Эти напряжения соответственно .равны
rp e q — амплитудный множитель, учитывающий неравномерность деления амплитуд сигналов квадратурного делителя 11; !
1 — фазовый сдвиг, вносимый им по отношению к сигналу
X((t).
Согласованные отключатели 7 и 8 находятся в положении "1", согласованный
20 отключатель 6 — в положении О, тогl! !! да
Х () = Х1(а) + X<(t). (3)
Согласованный отключатель 6 находит1
25 ся в положении 1, согласованные !
1 !! отключатели 7 и 8 — в положении
"0", тогда
1626 !93 6 ровк 1, С этой целью нмс сто нс1 леду<.."
МСГО ДВУХПСЛЮСНИК;1 1 ПСС .ЕРС;абис П Дключаются две обр задовые нагрузки
\ с известными ККО Г и Г<1 драч ;сотсрых по выражению (18) рассчнтывэютсэ отношения (D/C)< и (Р/С)...
При поочередном подключении сбразцовых,нагрузок состнсшение (17) порождает два линейных уравнения с двумя неи=-вестными К1 и К .
r< = К, (D/C), — К, =- K1(D/ C), — К„
U, = С, z
V,=PqC, U3 =PC + (tq C +
+ 2(0qC cosQ, (7) (8) (9) откуда
à — Г (5/С), — (Б/С)2 (!9) (20 ) браэ цовой нагрузки вычисляются по формуле ()8) с учетом того,„что величина с! находится Н3 соотношения (9) по Формулс (22) 4 (10)
Б = 1(С + П +
1О
+ 7CDcos(f) + U
=Pjq С+ D +
2qCDcos ((p - Q ) j + у
М P (i(Q)D, — вклад в пос12 тоянную составляющую выходного напряжения квадратичного детектора )4;
P = P (Q) — коэффициент передачи на основной частоте;
p(iЯ) — коэффициент передачи на
i-й гармонике. 25
Из соотношений (7), (!О) и (11) выразим величину h l =Q(u Dcosg а из (8), (10) и (12) — величину
h > =Pp Ds i ng
30 (U — — U+) /2 Г, (13) 11 = (Б 6 — Uz - П 4 — 2Д 111 сов ) /
/2+U< s in/, (l 4)
Амплитуда колебания Х1(t) пропорциональна амплитуде падающей волны а
° I ,С=La, (15) а амплитуда гармоники Y(t) из-за рассогласования СВЧ-тракта является линейной комбинацией падающей (а) и ! первой гармоники отраженной (b) волн
D = II а + Ъ. (16)
Поделив (16) на (15), выразим искомый
ККО: °
Г=К, D/С- К2, (17) ,1,. где K,, =- С/ /P, К2 $ /j3 кали вочные частотно-з ависимые константы, а отношение 6/C вычисляется из (13) (14) и (7):
О/С = (h< + jhow)/41I1J,r, (18) 55 где j
Для определения калибровочных констант К1 и К2 производится калиб
Г (D/Ñ) у Г (D/Ñ) 1
2. (D/Ñ), — (6/ ), где (D/Ñ),< — -,для каждой о
Ы = Тarccos (U — U - U )/
3 2
=2 U,U2 (2!) где знак выбирается по приблнъецно . известному значению 11 .
При измерении ККО нелинейных СВЧ объектов требуется знать уровень паI дающей волны /а/. С этой целью определяется третья калибровочная константа К при подключении вместо исследуемого объекта образцового ваттметра. Показание образцового ваттметра Р11 "вязано с уровнем норми1 рованной падающей вслны /à J соотношением. где ККО образцового ваттметра Г определяется иэ соотношения (li) по вычисленному значению D/C.
Из соотношения (16) с учетом (7) получаем
/в! -gU,/Ê„ (23, где K> = /р(1.
Подставляя в. (23) вместо /а1 величи-. ну I а 1, определим величину Кэ,позво
1626193 ляющую по показанию Ulвольтметра 23 контролировать уровень падающей волHbl e
Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона.
После определения. калибровочных констант присоединяется исследуемый двухполюсник, измеряются напряжения (7) — (12), рассчитываются величины (13), (14), (18), откуда по формуле (17) вычисляется искомый ККО при уровне падающей волны, определяемом по формуле (23).
Неидеальность СВЧ-узлов, входящих в состав устройства для измерения
ККО двухполюсника СВЧ, интегрально учитывается в процедуре калибровки, обеспечивающей высокую точность измерений беэ использования прецизионных и дорогостояших СВЧ-узлов.
Составитель М. Кромин
Редактор И. Горная Техред А.Кравчук Корректор И,Муска
Заказ 276 Тираж 408 Подписное
BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101
Формула из обре т ения 25
l. Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения двухполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор с регулируемым уровнем выходного сигнала, первый направленный ответвитель и вентиль, первый и второй согласованные атключатели, второй направленный ответвитель, к выходу лервичного канала которого подсоединяется исследуемый двухполюсник СВЧ, первый сумматор, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а выход последнего — с входом индикатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения реализации, выход вентиля соединен с входом второго направленного ответвителя, к ориентированному на падающую волну выходу вторичного канала которого подсоединена согласованная нагрузка, а ориентированный на отраженную волну выход вторичного канала соединен с вторым входом сумматора через первый согласованный отключатель, первый выход делителя соединен с первым входом первого сумматора через второй согласованный отключатель, а второй выход делителя соединен с вторым входом первого сумматора через введенный третий согласованный отключатель, при этом, делитель выполнен квадратурным, а сумматоры — синфаэными.
2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что индикатор выполнен в виде последовательно соединенных квадратичного детектора и вольтметра.
