Устройство для измерения s-параметров многополюсников

 

Изобретение может быть использовано для измерения и настройки различных многополюсных СВЧ-устройств, например фазированных решеток. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений достигается за счет введения N многозондовых измерительных линий 5i5м. N блоков 6i,..., 6м амплитудных детекторов, N программно-управляемых .коммутаторов 7i,..., 7ы и делитель 2 мощности на N каналов . При работе устройства сигнал с генератора 1 качающейся частоты через делитель 2 мощности, блок 3 переключателей и многозондовые измерительные линии 5i,.... 5м поступает на входы объекта 8 измерения. Сигнал с отводов многозондовых измерительных линий 51. ..., 5м через блоки 6i,.... 6w амплитудных детекторов и программноуправляемые коммутаторы 7i, .... 7м поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9, а с его выхода - на входы вычислительно-управляющего блока 10. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4700104/21 (22) 05.06.89 (46) 23.03.92. бюл. М 11 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.А.Ананьев, П,Л.Асович, В.А. Николаев, В.В.Обровец, В.В.Полевой, В.Н.Стрелкин, Г.Г;Чавка и С;Б.Шостакович (53) 621.317.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1290204, кл. G 01 R 27/28, 1987.

Гунта К., Гардт.Р., Чадка Р. Машинное проектирование СВЧ-устройств, — М,; Радио и связь, 1987, с,178, рис.10.1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ МНОГОПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения и настройки различных многополюсных СВЧ-устройств, например фа„„5LI(„, 1721545 А1

2 зированных решеток. Цель изобретения— повышение точности и быстродействия измерений достигается за счет введения N многозондовых измерительных линий 51, ..., 5и, N блоков 6>, ..., 6д амплитудных детекторов, N программно-управляемых коммутаторов

7, ..., 7g и делитель 2 мощности íà N каналов. При работе устройства сигнал с генератора 1 качающейся частоты через делитель

2 мощности, блок 3 переключателей и многозондовые измерительные линии 51, ..., 5н поступает на входы объекта 8 измерения, Сигнал с отводов многозондовых измерительных линий 51, ..., 5н через блоки 61, ..., 6и амплитудных детекторов и программноуправляемые коммутаторы 71, ..., 7g поступает на вход аналого-цифрового Б преобразователя 9, а.с его выхода — на входы вычислительно-управляющего блока 10.

1 ил.

1721545

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения S-параметров (элементов матрицы рассеяния) различных пассивных и активных многополюсников (например, фазированных антенных решеток) в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты, выход которого через делитель 2 мощности подключен к входам блока 3 переключателей, к первой группе выходов которого подключены согласующие двухполюсники 41-4и, а к второй группе выходов. которого — соответствующая многозондовая измерительная линия 51-5g, выходы разрядов каждой из которых через блоки 6>-би амплитудных детекторов подключены к входам программно-управляемых коммутаторов 71-7н, а основные выходы многозондовых измерительных линий подключены к соответствующим входам измеряемого многополюсника 8, при этом выходы программно-управляемых коммутаторов 7>-7g через аналого-цифровой преобразователь 9 подключен к входу блока 10 вычисления и индикации, состоящего из вычиелительно-управляющего блока 11 и индикатора 12, а управляющие выходы .вычислительно-управляющего блока 11 подключены к управляющим входам генератора 1 качающейся частоты, блока 3 переключателей и программно-управляемых коммутаторов 7>-7й.

Устройство работает следующим образом.

От генератора 1 качающейся частоты синусоидальнцй сигнал конкретной частоты поступает на делитель 2 мощности, гдв делится на N синфазных равноамплитудных состзвляащих, поступающих в одном из пожжений блока 3 переключателей на подкаючеиллые переключателями блока 3 многвзаедовыв измерительные линии 5 -5д, ееедюнвниые с входами измеряемого многвммесника 8i-8g. При этом в качестве делчиюв раоглределения напряжения по лимит иопояьзуатся амплитудные детекторы бавюв 6л-бм, сигналы с которых поступают через программна-управляемые коммутатора 7>-7н и аналого-цифровой преобразоватеяь 9 в вычислительно-управляющий блок

11, входящий в блок 10 вычисления и индикации, в котором данные, полученные путем оя роса коммутаторов 71-7м по всем блокам

6>-6ц, амплитудным детекторам от всех йзлого-цифровой или графический дисплей и т.п

Полученное в блоке 10 от каждой из измерительных линий 51-5Iq распределение напряжения обрабатывается следующим образом. В вычислительно-управляющем

20 блоке 11 для каждого значения расстояния

l-ro датчика m-й измерительной линии 5m "

-1 - 1, 2, ..., Мдп (m 1-N) от m-ro входа

25 многополюсника 8-xml вычисляется значеwe модуля напряжения íà l-м детекторе

m-й измерительной линии

lUmil - lUt(mal (ch (ôä +) .) Xm()+

m е3 з

+ ., ° зь(ф4+) ) Хф.

Далее формируется целевая функция для m-й измерительной линии согласно следующему равенству:

Целевая функция минимизируется одним из методов нелинейного программирования с использованием в качестве варьируемых параметров I Sm I; Psm, l Uvml: фа, Qm, гдв Npm — количество датчиков в m-й измерительной линии 5m;

Um> — комплексная амплитуда напряжения на l-м датчике m-й измерительной линии

5п, Umi" ".— измеренное напряжение на I-u

50 датчике m-й измерительной линии 5п, Uam — комплексная амплитуда напряжения на m-м входе многополюсника 8; . /4- потери в m-й измерительной линии

5а;

Qm — электрическая длина m-й измерительной линии Sm, . мерительных линий 51 5N, обрабатываются

s соответствии с нижеизложенным алгоритмом, а затем устанавливается следующая комбинация переключателей в блоке 3. По5 сле перебора всех комбинаций, необходимых для измерения S-параметров на данной частоте. происходит под управлением вычислительно-управляющего блока 11 первход на следующую частотную точку в

10 генераторе качающейся частоты 1 вплоть до реализации всей частотной характеристики, после чего полученные частотные зависимости S-параметров обрабатываются и в требуемой форме выводятся на индикатор 12, 15 представляющий собой осциллограф, ана1721545

Lm — геометрическая длина m-й измери- ции переключателей блока 3 (m - 1, 2, „., N; тельной линии 5п, m k).

Хпii — геометрическое расстояние от m- Таким образом, за (И+1) комбинацию го входа многополюсника 8 до I-го датчика переключателей блока 3 определяются все, m-й измерительной линии 5, ISm

5 элементы матрицы рассеяния многополюсSm - I SmIl — комплексный коэффи- ника 8, значения которых после соответстциент отражения по гп-му входу многопо- вующей обработки выводятся в требуемом люсника 8 (l Sm I- модуль Cm, Ism — фаза)., виде на индикатор 12.

Параметры ISmI; Ism, IUkm I; Pm; В предлагаемом устройстве постоянно

Qm полностью описывают процессы в m-й 10 контролируются значения согласующих измерительной линии 5 и совпадение из- двухполюсников 4. меренного и расчетного распределения на- Отличие значений двухполюсников пряжения вдоль m-й измерительной линии 41-4N, а также все паразитные параметры

5m позволяет определить истинные значе- соединителей от эталонных вносят ощутиния коэффициента отражения по m-.ìó входу 15 мую погрешность в результаты измерений в многополюсника 8m (m - 1-N) при одной известном устройстве по мере увеличения комбинации переключателей блока 3. частоты и полностью контролируются и уве-.

Определяют минимально необходимое личиваются в предлагаемом устройстве, поколичество таких комбинаций. Начальная вышая его точностные характеристики. В комбинация заключается s измерении коэф- 20 предлагаемом устройстве при переключефициентов отражения по всем входам при нии с комбинации на комбинацию в целях включении всех генераторов, что позволяет высокочастотногосигнала происходятперепри равноамплитудности и синфазности ключения только двух переключателей бловозбуждения на выходе делителя 3 мощно- ка 3, а в известном устройстве происходит сти получить для коэффициента отражения 25 (N-1}-кратное переключение в рамках заданпри 0-й комбинации: ной комбинации для измерения сигналов, S о - Sml E1+ $ы Е2+ ... + SmN ÅN = Sm1+ прошедших через измеряемый многопо+$m2. + ." + SmN. люсник.

Индекс (о) означает номер комбинации; Наличие дополнительных переключеm = 1 — N, принимают, что ввиду равноампли- 30 ний в известном устройстве также приводит тудности и синфазности Е = 1 (! -. 1-N), где к снижению точности измерений, поскольку

Š— нормированная безразмерная амплиту- каждый раз подключаются неконтролируеда. мые параметры переключающих и соединиСледующая комбинация переключате- тельных элементов,, которые могут лей в блоке 3 осуществляет отключение пер- 35 изнашиваться и случайным образом отказывого выхода делителя 3 мощности от входа вать во время работы, что делает необходипервой многозондовой измерительной ли- мым многократную калибровку. В нии 51 и подключение этого входа через предлагаемом устройстве на каждой частосогласующий двухполюсник к земле, что эк- те в каждом блоке измерения комплексных вивалентно реализации Е1 = О. При такой 40 коэффициентов отражения измеряется íåкомбинации можно определить столбец сколько десятков точек (равное числу датчиматрицы рассеянияI (m =, 3, ..., N) по форму- ков), характеризующих распределение

\ я вдоль измерительной линии, по ним вычисляется одно значение комплексного коэф. где $у — коэффициенты отражения по m- 45 фициента отражения, му входу многополюсника 8 при первой ком- Большое число переключений в цепях бинации. ВЧ-сигнала в известном устройстве неизСледующая комбинация(номер 2) пере- бежно приводит к увеличению времени изключателей в блоке 3 реализует Ez - 0 и мерений. Так, вобщем случае, в известном позволяет найти столбец Smz матрицы рас- 50 устройстве необходимо провести N пересеяния (m=.1.3, 4, ...„N) по Оормулв: ключвиий в блоквЭ. осуществляющих N комkm2 >m — om - бинаций, подключающих генератор 1 к

)Ь ) где Sm — коэффициент отражения по m-му одному из N входов измеряемого многоповходу многополюсника 8 при второй комби- люсника 8, и в рамках каждой комбинации нации. 55 (N-1) переключений делителя мощности для

Р общем случае измерения сигнала, выходящего из неподключенных к генератору входов многополюсгде $ — коэффициент отражения по m-му ника 8, и одно переключение для измерения входу многополюсника 8 при k-й комбина- отраженного сигнала по генераторному вхо. ду. В предлагаемом устройстве необходима

1721545 всего (N+1) комбинация, т.е. (И+1) переключение. Выигрыш в числе переключений можно оценить отношением

Ф

N+1

При N 4 выигрыш составляет д 3,2; при N- 10- д-9,1, а при N>20 предлагаемое устройство практически в N раз уменьшает количество переключений и соответственно сокращает время измерений.

Составитель H. Михалев

Редактор А. Мотыль Техред M.Moðråíòàë Корректор Л. Бескид

Заказ 951 Тираж 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

Формула изобретения

Устройство для измерения S-параметров многополюсников. содержащее генератор качающейся частоты высокочастотного сигнала, блок переключателей с N парами выходов, первый выход каждой пары KQToporo соединен с входом соответствующего согласующего двухполюсника, аналогоцифровой преобразователь, выход которого подключен к входу блока вычисления и индикации, первый управляющий выход кеторого подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты, а второй— к управляющему входу блока переключателей и клеммы для подключения измеряемого многополюсника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия, в него введены N

5 многозондовых измерительных линий, N блоков амплитудных детекторов, и программно-управляемых коммутаторов и делитель мощности на N каналов, вход которого соединен с выходом генератора

10 качающейся частоты, а выходы подключены к соответствующим входам блока переключателей, второй выход каждой пары выходов которого подключен к соответствующему входу измеряемого многополюсника

15 через многозондовую измерительную линию, к отводам которой через блок амплитудных детекторов подключены входы программно-управляемого коммутатора, выход которого подключен к соответствующе20 му входу аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы программно-управляемых коммутаторов соединены с третьим управляющим выходом блока вычисления и индикации, а выходы согласующих двухпо25 люсников заземлены.