Измеритель комплексного коэффициента отражения

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических анализаторах цепей и приборах встроенного контроля и. диагностики параметров вол новодных'трактов радиотехнических систем. Цель изобретения - повышение точности измерения Модуля комплексного коэффициента отражения.-Измеритель реализует коммутационный метод измерения, основанный на фильтрации первой гармоники из выходного сигнала СВЧ-преобразователя с последующим измерением ее амплитуды и фазовым сдвигом между выделенной гармоникой и опорным сигналом. При работе в диапазоне частот в измерителе осуществляется коррекция. Частотно-зависимого множителя ctg -%— при измерении фазы, частотно-зависимых множителей sin -^ и f i-cos2^cos^"P"изменении модуля, где <5, ^ - частотные коэффициенты. Коррекция частотно-зависимых членов осуществляется путем введения в измеритель управляемых делителей напряжения, коэффициенты передачи которых изменяются по сигналам с синхронизирующего выхода СВЧ-генератора обратно пропорционально названным множителям.уИИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических анализаторах цепей, приборах встроенного контроля и системах для настройки радиотехнических объектов.Цель изобретения - повышение точности измерения модуля комплексного коэффициента отражения.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя комплексного коэффициента отражения.Измеритель комплексного коэффициента отражения содержит СВЧ-генератор 1,четырехэлементный датчик 2, исследуемый двухполюсник 3. Элементы 4-7 связи четырехэлементного датчика 2, СВЧ-коммутатор 8, квадратичный детектор 9, полосовой фильтр 10, линейный амплитудный детектор 11, первый управляемый делитель 12 н^шряжения, индикатор 13 модуля, фазометр 14, блок 15 управления, формирователь 16 функции тангенса, второй управляемый делитель 17 напряжения, формирователь 18 функции арктангенса, индикатор 19 фазы, удвоитель 20 напряжения, первый формирователь 21 функции косинуса, второй форми-VJОю го со00>&ьо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. 09) 00 ($1)э G 01 R 27/06

ГОСУДАРСТВЕН.АЛЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (61) 1518803 (21) 4761685/09 (22) 22.11.89 (46) 30.01,92. Бюл.-М 4 (71) Севастопольский приборостроительный институт

P2) И.Л. Афонин, И.К. Бондаренко и Ю.Б. Гимпилевич (53) 621.317.343 (088.&) (56) Авторское свидетельство СССР, М 1318934, кл, G 01 и 27/06, 1985.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1518803, кл. G 01 R 27/06, 1988. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТАА ОТРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических анализаторах цепей и приборах- встроенного контроля и.диагно-! стики параметров вол новодных трактов ра. диотехнических систем. Цель иэобретения— повышение точности, измерения модуля комплексного коэффициента отражения.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических анализаторах цепей, приборах встроенного контроля и системах для настройки радиотехнических объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерения модуля комплексного коэффициента отражения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя комплексного коэффициента отражения.

Измеритель комплексного коэффициента отражения содержит СВЧ-генератор 1, Измеритель реализует коммутационный метод измерения, основанный на фильтрации первой гармоники из выходного сигнала

СВЧ-преобразователя с последующим измерением ее амплитуды и фазовым сдвигом между выделенной гармоникой и опорным сигналом. При работе в диапазоне частот в измерителе осуществляется коррекция. Частотно-зависимого множителя ctg — при

8 измерении фазы, частотно-зависимых множд жителей sin 2 и 1 со$2 10 со$ при

4 изменении модуля, где д, g — частотные коэффициенты. Коррекция частотно-зависимых членов осуществляется путем ч введения в измеритель управляемых делителей напряжения, коэффициенты пере-. дачи которых изменяются по сигналам с синхронизирующего выхода СВ Ч-генератора обратно пропорционально названным множителям, M четырехэлементный датчик 2, исследуемый (Д двухполюсник 3. Элементы 4 — 7 связи четы- СО рехэлементного датчика 2, СВЧ-коммутатор

8. квадратичный детектор 9, полосовой ., р фильтр 10, линейный амплитудный детектор

11, первый управляемый делитель 12 напряжения, индикатор 13 модуля, фазометр 14, блок 15 управления, формирователь 16 функции тангенса, второй управляемый делитель 17 напряжения. формирователь 18 функции арктангенса, индикатор 19 фазы, удвоитель 20 напряжения. первый формирователь 21 функции косинуса, второй формирователь 22 функции косинуса, блок 23 умножения, блок 24 вычитания, источник 25 опорного напряжения, блок 26 извлечения квадратного корня и измеритель 27 отношений. 5

Измеритель комплексного коэффициента отражения работает следующим образом.

Сигнал постоянной амплитуды Utt от

СВЧ-генератора 1 поступает чеоез четы- 10 рехэлементный датчик 2 к исследуемому двухполюснику3 с комплексным коэффициентом отражения

Г=- }Г(е т а uï (1+!П + 2 ln со4(— — +- — Р}}, О < < т/4;,40

k Оп (1 + IF I + 2 } П cos (— — - y - ф}} . т/4 < t < T/2, Вол (1+ II I +2 !Г} сов(— о — — -о-у+ф),2 /2 < t<37/4;

k U< (1+! Г(+2 IГ(соа (— p+-о-} + рЦ,ÇT/4 < t < т. (2} где k — коэффициент пропорциональности;

Д, у- частотные коэффициенты, Коэффициент д зависит от разноса элементов 4, 5, 6, 7 вдоль тракта и определяется формулой д =4р/Я1, (3) где Ясо — средняя линия волны диапазона; ((— дискретное значение текущей длины волны в канале. где (Г! — модуль коэффициента отражения;

p — фаза коэффициента отражения.

Отраженная волна U»p интегрирует с падающей. Анализ распределения поля осу- 20 ществляется с помощью четырех элементов

4-7, размещенных таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны

2т/4 на сРеДней Длине волны 1ср, СВЧ-коммутатор 8 по сигналу с первого 25 выхода блока 15 периодически коммутирует с частотой Я каждый из выходных сигналов элементов 4-7 в общий канал, При этом на выходе СВЧ-коммутатора 8 получается сигнал в виде периодической последователь- 30 ности радиоимпульсов.

Выходной сигнал СВЧ-коммутатора 8 детектируется квадратичным детектором 9, выходной сигнал которого является периодической функцией, которая на интервале, 35 равном периоду коммутации Т = 22т/Q имеет вид

Коэффициент g зависит от разворота элементов 4 — 7 и для коаксиального канала определяется формулой

> = arctg - — то Рс>

1 (4) ср р где,Вср — фазовый сдвиг за счет разворота на средней длине волны.

8 диапазоне частот волновода (427;) коэффициентд изменяется в пределах

0,63 — 1,37, коэффициент удля угла поворота Pt:p =- ж/8 изменяется в пределах

1,47-0,73. Таким образом, эти коэффициенты имеют значительную частотную зависимость, что приводит к погрешности измерения молекул и фазы при работе в полосе частот. Зто обьясняется тем, что расстояние между элементами 4 — 7 фиксировано, поэтому фазовые сдвиги между ними будут равны л/4 только нэ средней длине волны (д = 1, 1/= 1) а на других частотах они становятся отличными от л/4, что приводит к возникновению погрешности в измерениях, Полосовой фильтр 10 выделяет первую гармонику из выходного сигнала Ое квадратичного детектора 9

О7- — kkiUn }Г(3!и — р— лд х CO3 (Qt+OfCtg (tgpgtgg--8/1, где k1 — коэффициент передачи полосового фильтра 10 на частоте 0; ; — суммарный частотный коэффициент.

Напряжение с выхода полосового фильтра 10 поступает на вход линейного амплитудного детектора 11, выходное напряжение которого UB имеет вид и- — "

Us — Ь ЬЮ. !I I ф Г, "" Л <щ соз 1 с 4 где к2 — коэффициент передачи линейного амплитудного детектора 11.

Для исключения частотной составляющей погрешности измерения модуля, обусловленной множителем sin лд/2 сигнал UII подается на сигнальный вход первого управляемого делителя 12, на управляющий вход которого подается сигнал с синхронизирующего выхода С8Ч-генератора 1, при этом в зависимости от частоты меняется коэффициент передачи первого управляемого делителя 12 по закону

k i = (7)

sin 2ф где к o — коэффициент передачи первого управляемого делителя 12 при Я1 =- Я,р, 1709238

Тогда сигнал на выходе первого управляемого делителя 12 будет иметь вид

8 2 — ä "" a»lt2V lIl 1-сое21»соеф —, (8)

Таким образом, благодаря применению коррекции частотно-зависимого члена жд

s 1п 2 получено уменьшение погрешности измерения модуля комплексного коэффици- 10 ента отражения в 4 раза.

Одновременно напряжение От с выхода полосового. фильтра 10 подается на вход фазометра 14, на опорный вход которого поступает опорное напряжение от второго 15 выхода блока 15, напряжение на выходе фазометра 14 имеет вид

01о-Мз агст9 (tg рс19 ф-ф, (9) где ks — коэффициент передачи фазометра. 20

Абсолютная погрешность измерения фазы комплексного. коэффициента отражения определяется по формуле

Ь1а =y — arctg (tg rpс19 ф ), (10) где 1ъ — истинное значение фазы.

Для 42 -ного диапазона частот волновода при измерении коэффициента (от 2 до 2,1 абсолютная погрешность измерения составляет h,(p »»,K, = 2,25 (при уъ = 45 ) 30 и Аф»»о(»с -2,25о (пРи Р» =. 135о).

Для исключения частотной составляющей погрешности измерения фазы, обусловленной множителем ctg ф- - сигнал 01о 35

Ю подается на вход формирователя 16. Сигнал на выходе формирователя 16 имеет вид Utt k4 (tggtctg» 8), (()

40 где k4 — коэффициент передачи формирова-.

-теля 16.

Это напряжение подается на сигнальный вход второго управляемого делителя

17, на управляющий вход которого подает- 45 ся сигнал с синхронизирующего выхода

СВЧ-генератора 1. В зависимости от частоты СВЧ-генератора 1 меняется коэффициент передачи второго управляемого делителя 17 по закону 50

k1- "—- (12)

ctg ф—

8 где k(»" — коэффициент передачи второго 55 управляемого делителя напряжения 17 при

Л(Ас)»

Тогда сигнал на выходе второго управляемого делителя 17 будет иметь вид

Uiz-k)" tg p, (13)

Напряжение 01 с выхода второго управляемого делителя 17 подается на вход формирователя 18, выходное напряжение которого пропорционально фазе коэффициента отражения

013 к5 (1(», (14) где К5- коэффициент передачи формирователя 18.

Напряжение 01з подается на индикатор

19 фазы, шкала которого градуируется непосредственно в значениях 1((», что позволяет применять линейную градуировку шкалы.

Это дает возможность снизить требования по точности ее изготовления по сравнению с нелинейной шкалой, градуировка которой ведется в учетом частотной составляющей

ctg ф .

Ж

Напряжение 01з подается одновременно с индикатором 19 на удвоитель 20. Таким образом; сигнал на выходе удвоителя 20 имеет вид

014-2К5 Р. (15)

Выходной сигнал удвоителя 20 014 подается на первый формирователь 21, на выходе которого формируется сигнал 015 вида . 015 кбсо$2 (Р, (16) где ks — коэффициент передачи первого формирователя 21.

Второй формирователь 22 формирует из управляющего сигнала генератора 1, несущего информацию о частотной расстройке. сигнал 015, который поступает на второй вход блока 23

k7 cos 4

Еж (17) где kr- коэффициент передачи второго формирователя функции косинуса 22.

Блок 23 умножает сигнал U15 на сигнал

016, при этом сигнал 01т на выходе блока 23 имеет вид

017 = ks cos cos 2p.

Ел (18) где ks- kakv — коэффициент передачи блока 23.

Блок 24 формирует из напряжения 01 блока 23 и напряжения 018 источника 25 напряжения 01g вида

019 к9 (1 — cos 2ô cos ), (19) йzc где К1() — коэффициент передачи блока 24.

Напряжение U1g подается на вход блока

26, который извлекает квадратный корень из напряжения 019. При этом сигнал Uz() имеет вид

1709238

"- " " Р: - ) где k>p — коэффициент передачи блока 26, Напряжение Ug с выхода первого управляемого делителя 12 подается на первый выход измерителя 27, на вход делителя которого подается выходное напряжение Uzo с блока 26. Тогда в соответствии с выражениями (8) и (20) выходной сигнал 13р1 измерителя 27 имеет вид

Ог1- k» — = k)1 Un 1П, (21) и>

Ого где k» -—

8, МЪ k> k 44

k

Напряжение U$1 подается непосредственно на индикатор 13, шкала которого калибруется непосредственно в значениях !

Г!.

Предлагаемый измеритель комплексного коэффициента отражения позволяет полностью исключить погрешность измерения модуля комплексного параметра, Измеритель может широко применяться во встроенных системах контроля и диагностики параметров СВЧ-трактов. а также в приборах для настройки радиотехнических объектов.

5 Формула изобретения

Измеритель комплексного коэффициента отражения по авт,св. N. 1518803, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения модуля

10 комплексного коэффициента отражения, выход первого управляемого делителя напряжения соединен с входом индикатора модуля через введенный измеритель отношений, выход формирователя функции арк15 тангенса через введенные последовательно соединенные удвоитель напряжения, первый формирователь функции косинуса, блок умножения, блок вычитания и блок извлечения квадратного корня подключен к второму

20 входу измерителя отношений, выход синхронизации СВЧ генератора через введенный второй формирователь функции косинуса соединен с вторым входом блока умножения, а второй вход блока вычитания

25 соединен с входом введенного источника опорного напряжения.