Способ измерения s-параметров 2n-полюсника

 

Изобретение относится к СВЧ-технике, к измерениям активных, реактивных и полных сопротивлений или производных от них величин, и может быть использовано при автоматизации измерений параметров СВЧ-устройств. Целью изобретения является обеспечение измерений S-параметров 2N полюсника без переключения каналов 2N полюсника, Устойство для измерения S- параметров содержит амплифазометр 1, в составе которого имеется СВЧ-генератор, соединенный с первым каналом исследуемого 2N полюсника 2, остальные каналы 2N полюсника погружены на короткозамыкатели 3. Особенностью изобретения является нагружение всех каналов исследуемого 2N полюсника 2, кроме первого, на короткозамыкатели 3, которые фиксируют не менее трех положений короткого замыкания. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4634829/21 (22) 09.01.89 (46) 30.06.91. Бюл. N. 24 (72) А.С.Батанов, В.Л.Зубков и Ю.А.Карцев (53) 621.317(088.8) (56) Доброхотов Б.А. Измерения в электронике. М.-Л,: Энергия, 1965, т.1, с, 152. (54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ 2N-ПОЛ ЮСНИКА (57) Изобретение относится к СВЧ-технике, к измерениям активных, реактивных и полных сопротивлений или производных от них величин, и может быть использовано при автоматизации измерений параметров

„„5U„„1659902 А1

СВЧ-устройств. Целью изобретения является обеспечение измерений S-параметров

2N полюсника без переключения каналов

2N полюсника. Устойство для измерения Sпараметров содержит амплифазометр 1, в составе которого имеется СВЧ-генератор, соединенный с первым каналом исследуемого 2N полюсника 2, остальные каналы 2N полюсника погружены на короткозамыкатели 3. Особенностью изобретения является нагружение всех каналов исследуемого 2N полюсника 2, кроме первого, на короткозамыкатели 3, которые фиксируют не менее трех положений короткого замыкания. 1 ил.

1659902

Изобретение относится к измерению активных, реактивных и полных сопротивлений или производных от них величин и может быть использовано при автоматизации измерений параметров СВЧ-устройств.

Целью изобретения является обеспечение измерений без переключения канаг)ов

2N-полюсника, На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения S-параметров 2N-полюсника, реали. зующего способ измерений S-параметров

2N-полюсника.

Устройство для измерения S-параметров

2N-полюсника включает амплифаэометр 1, :имеющий в своем составе СВЧ-генератор, испытуемый 2N-полюсник 2, короткозамы катель 3.

Амплифаэометр 1 подключен к первому каналу исследуемого 2И-полюсника 2. Остальные каналы 2N-.ïoëþñíèêà нагружены на .короткозам ы кател и.

Устройство для измерения S-парамет ров 2N-полюсника работает следующим образом.

Матрицу рассеяния испытуемого 2N-полюсника можно записать, выделив элементы, относящиеся к одному иэ его входов, обозначенному 0-м номером:

5 кгО н О1

I (1) 51о

5 5+

Модель измерительной системы выберем в виде соединения двух многополюсников, один из которых — испытуемый 2N-полюсник, а другой 2(N-1)-полюсник с матрицей рассеяния (н) е С

° ) О ---е (2) 2(N-1)-полюсник с такой матрицей рассеяния может быть реализован в виде системы короткозамыкатег ей, подключенных ко всем входам испытуемого многополюсника, кроме О-ro, при этом р -фазовый сдвиг, вносимый короткозамыкателем I-го плеча 2N-полюсника в и-й серии измерений.

Коэффициент отражения на О-м входе испытуемого 2N-полюсника в выбранной модели имеет вид: )ае Soo+ < -у о) (йп S ) Sko > (3)

Каждому набору фазовых сдвигов короткозамыкателей (каждой матрице Ro) соответствует определенное измеренное на

О-м входе 2N-полюсника значение коэффициента отраженииия Г ", Продифференцируем обе части уравнения (3) по фазе К-ro короткозамыкателя:

5 5о (n 5") е4("))-5 "Г ко), 10 где Š— матрица, имеющая только один отличный от нуля элемент, расположенный в (-й строке и (-м столбце: ... „, И-1

О., О

15 E< - "- +1 t (5)

0 О

N-{

В уравнении (4) величина производной

go)

20 — определяется путем интерполяции по Пу измеренным значениям коэф ициента отрахгениа на О-м входе Р" (gп) как функции фазового сдвига короткозамыкателя k-го входа при рв") =Щ, где -M S mS Ы и фиксированным фазовым сдвигам остальных короткозамыкателей фаэовращателей

) )

° =фь при i 7 k, совпадающим для всех

30 групп и-й серии измерений. Измерения значении Гвв) = г(") (уеи) ) как функции фавового сдвига k-ro короткозамыкателя при фиксированных n, k будем считать k-й группой и-й серии измерений, причем в наших

35 обозначениях справедливо тождество ((ч) ) п) у(п)ифз)

Если ввести обозначения:

Ь " (В п — Я*) Slo.> (6) то иэ системы уравнений (3) полу гим:

$, «(=P Г,) о (7) 45 а иэ системы уравнений (4) ь(п)2= е >pi a. " п) )п) (а) 1-(и) 50

Записав систему (N-1)-го уравнения (6) в виде одного матричного уравнения и найдя

его решение, получим:

1659902 (10) Sæ F,B — 1

10

10 где B = (b()> ... b()>); F = (Р > ... 1 " >)

"Г 3 я 4 (ут1 „) 7 (11) =- Ь, ех Я," ;0

Как следует из проведенного анализа, компоненты векторов b "" >можно определить лишь с точностью д 7 знака, т.е. известные нам величины (7 > выражаются

" п через истинные в виде b ")> = Db(") >, где

D — диагональная матрица с диагональными элементами +. 1. Отсюда находим, что входящие в данные соотношения и определяемые в результате измерений матрицы Р, В, Г связаны с их истинными значениями соотношениями вида:

P = P f3 = !313;F = l3F. (12) Подставляя эти выражения в расчетные соотношения, получаем связь между полученными и истинными значениями искомыхвеличин:

Spj > = 0Яы >; S* = DS*D. (13)

Следовательно, изобретение позволяет определить недиагональные элементы искомой матрицы рассеяния лишь с точностью до знака, 8 некоторых случаях неопределенность в знаке может быть устранена путем использования априорной информации об испытуемом 2N-полюснике, Погрешности определения элементов матрицы рассеяния испытуемого 2N-полюсника, как это видно из соотношений (7), (10), являются погрешностями решения системы линейных алгебраических уравнений, правые части которых совпадают с измеренными значениями Ю или с элементами матрицы F, а матрицы коэффициентов этих уравнений — с матрицами P или В.

Погрешности измерения амплитуды и. фазы коэффициентов отражения заранее известны и совпадают с погрешностями амплифазометра. Погрешности элементов матриц Р, 8 и F, как видно из соотношений (8), (9), (11), порядка погрешностей производных д Гт" тlо рт"7 . путем интерполяции с использованием, например, многочленов наилучшего среднеквадратического приближения можно получить эти производные в виде: д Г ") 1 3 тйа= i Т х „ Г" п1 Арп), (14) m = — M причем шаг и число точек интерполяции равны соответственно Лр и 2M+ 1. Из выражения для производных следует. что погрешности их определения приблизительно равны погрешностям амплифазометра при достаточном числе точек интерполяции.

Таким образом, оценка погрешностей элементов матрицы рассеяния испытуемого

2N-полюсника дает величину порядка погрешности амплифазометра, если матрицы P и В не являются плохо обусловленными.

В противном случае существует возможность выбором новых фазовых сдвигов

7 сделать эти матрицы хорошо обусловленными, Таким образом, анализ предлагаемой

20 модели измерений позволил установить закономерности, связывающие искомые элементы матрицы рассеяния с коэффициентами отражения на одном из входов 2Nполюсника.

25 Для определения S-параметров исследуемого 2N-полюсника при помощи амплифазометра 1 измеряют коэффициенты отражения на выделенном О-м входе при различным состояниях короткозамыкателей

30 3. Для этого проводят группы измерений, в каждой из которых фазы (N-2)-х короткозамыкателей 3 фиксированы в своих центральных положениях и варьируется около своего центрального значения фаза только одно35 го короткозамыкателя 3. Число таких групп измерений в серии равняется числу нагруженных входов 2N-полюсника, причем центральные значения фаз любого короткозамыкателя 3 совпадают для всех

40 групп данной серии измерений (эти значения могут отличаться для различных короткозамыкателей 3).

По значениям коэффициентов отражения, измеренным при известным значениях варьируемых фаа уае, путем интерполяции согласно (14) находят производные д Г(") п и ф т =улет, а пеним с помощью(11) величины о " i (с точностью до знака). Затем переходят к следующей серии измерений, изменяя центральные значения фаз короткозамыкателей 3, осуществляя поочередное варьирование фазы каждого короткозамыкателя 3 и измерения соответствующих коэффициентов отражения, как описано выше, Общее число измерений равно N(N-1)(2М+1), где N — число серий, 2М+1 — число измерений в группе.

1659902

После того, как проведены все N серий измерений, по найденным величинам Г(")и

Ь(п) с помощью соотношений (7) — (11) находят матрицы Р, В, F и искомые элементы матрицы $ (8).

Все измерения, являясь одноканальными, легко поддаются автоматизации, для чего необходимо амплифазометр и короткозамыкатели 3 связать с ЭВМ и состаЙить программу работы комплекса, Формула изобретения

Составитель В,Ежов

Редактор Т,Лошкарева Техред M.Moðãeíòàë Корректор А,Осауленко

Заказ 1842 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Способ измерения Я-параметров 2Nполюсника, включающий подачу СВЧ-сигнала на первый вход 2N-полюсника, измерение комплексного коэффициента отражения падающей и отраженной волн в канале подачи СВЧ-сигнала при нагруже нии остальных 2(N-1) каналов 2N-полюсника на образцовые меры комплексного сопротивления и расчете искомых параметров по результату измерения, о т л и ч а «о шийся .тем, что, с целью обеспечения измерений без переключения каналов 2N-полюсника, в качестве образцовых мер комплексного ,сопротивления используют регулируемые короткозамыкатели, которые фиксируют не менее трех положений короткозамыкателей, а измерение комплексного коэффициента от3 ражения проводят в функции положения коPOTKO3BMblKBTBhll rt = rt (fPf! ) где 1 < n< N; 1< k <(N-1), изменяя значение р, в одном из каналов и фиксируя значения р в остальных каналах, à S-параметры 2N-полюсника определяют по формуле боо 5t 5оо i 5o (1 б, 5» 5;, I 5" ь„=(p г,)., ) ((Н ()

15 5+ = F.(,-

) где компоненты вектора Го и матричные элементы матриц Р, B u F определяются как

p(Bl()(»i

20 Р=(Р;61; В-(В;(); Г=(Г,В1 )

Р;,-(1

Р(Е В, J (ЕН

l, ч ; ", аг"1 (2

3;е еер(-1Й -()(щ й3; С(И-1) .

25 ;(, (Bi(! xp(5(((е)1+5) п) — комплексный коэффициент отражения;

y(") — фазовый сдвиг, вносимый короткозамыкателем,