Устройство для измерения коэффициента отражения двухполюсника свч
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения модуля и-фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсников СВЧ. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерений. Устройство содержит генератор СВЧ-сигнала, многофазовый датчик, коммутатор, синхронный детектор, интегратор, синхронизатор, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управления. Повышение точности достигается благодаря выбору расстояния между зондами датчика, кратного 2М-части длины волны, где N-число зондов, а сокращение времени измерений - за счет введения синхронного детектора, интегратора и синхронизатора . 1 ил.
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕЯЮЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4810990/09 (22) 04.04.90 (46) 30.03.93, Бюл, М f2 (71) Особое конструкторское бюро при Производственном обьединении "Тантал" (72) А.В.Жуков, Ю.IO.Êóäðÿøoâ, А.АЛьвов и А.А. Моржа ков (56) Авторское свидетельство СССР М 1133564, кл. G 01 R 27/06, 1985. Авторское свидетельство СССР N. 985751; кл. 6 01 8 27/06, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ДВУХПО ЛЮСНИКА СВЧ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения в СВЧ-трактах, а также может применяться в электронной промышленности для автоматизации процесса измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧнагрузки. Цель изобретения — повышение точности измерения и сокращение времени измерения. Предлагаемое устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения в СВЧ-трактах отличается от прототипа следующими конструктивными признаками: 1. Оптимальным расположением датчиков, при котором расстояния между сосед.ними датчиками прямо пропорциональны, длине волны в СВЧ-тракте и обратно пропорциональны числу датчиков..БЫ«1805407 А1 для измерения модуля и. фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсников CBЧ. Цель иэобретения— повышение точности и сокращение времени измерений, Устройство содержит генератор СВЧ-сигнала, многофазовый датчик, коммутатор, синхронный детектор, интегратор, синхронизатор, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управления, Повышение точности достигается благодаря выбору расстояния между зондами датчика, кратного 2N-части длины волны, где N-число зондов, а сокращение времени измерений — за счет введения синхронного детектора, интегратора и синхронизатора, 1 ил. 2. Введением измерителя-преобразователя, В измерительной линии устройства, используемого для измерений полных сопротивлений и коэффициента стоячей волны в широком диапазоне частот, имеется признак, сходный с первым признаком заявляемого устройства: часть датчиков измерительной линии расположена на произвольных одинаковых расстояниях друг от друга, Расширение динамического и частотного диапазона достигается за счетустановления двух дополнительных датчиков в плоскостях присоединения измерительной линии к СВЧ-генератору и к исследуемой нагрузке, Однако данная измерительная линия не позволяет производить измерения с максимально возможной точностью в смысле минимума среднеквадратической ошибки ни на одной частоте из рабочего диапазона. По1805407 4 интегратор 8 и АЦП 10 соединены последовательно, а к управляющим входам каждого иэ них подсоединены выходы синхронизатора 9. Измеритель-преобразователь 6 соединен также с блоком управления 11, выключателем 12 и генератором СВЧ сигналов 1. Блок управления 11 соединен с коммутатором 5, а АЦП 10 с вычислителем 12. 15 30 50 вышение точности достигается только в среднем по диапазону, Размещение в измерительной линии заявляемого устройства всех датчиков на укаэанных расстояниях позволяет производить измерения с минимально вазмо>кнай среднеквадратической ошибкой на заданной частоте. Известно устройство, имеющее признак, сходный со вторым признаком, отличающим заявляемое устройство от прототипа. Устройство содержит последовательнО соединенные аналоговый перемна>китель и интегратор и применяется для оценки амплитуды сигнала известной формы. В заявляемом устройстве измеритель-преобразователь состоит из последовательно соединенных синхронного детектора, интегратора и АЦП, управляемых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществляет амплитудную модуляцию генератора. В качестве аналогового перемнажителя здесь используется син. хронныйй детектор. Применение в заявляемом устройстве измерителя-преобразователя состоит из последовательно соединенных синхроннога детектора, интегратора и АЦП, управляемых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществляет амплитудну а модуляцию генератора. B качестве аналогового перемнажителя здесь используется синхронный детектор. Применение в заявляемом устройстве измерителяпреабразавателя одновременно с оценкой амплитуды сигнала г1озволяет устранить переходные процессы при последовательном опросе датчиков, чта сокращает время измерения. Анализ свойств заявляемого и известных решений показывается, чта у заявляемого устройства появляется новое свойство, не совпадающее со свойствами известных решений, — возможность проведения измерений с максимально возмо>кнай точностью на заданной частоте и одновременным сокращением времени измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ нагрузки. На черте>ке представлена блок-схема заявляемого устройства. Устройства .содержит генератор СВЧ сигналов 1, соединенный с измерительным трактом 2, вдоль которого расположены измерительные датчики 3. К выходу измерительного тракта 2 падкл ачена нагрузка 4, Выходы измерительных датчиков 3 через коммутатор 5 соединены с измерителем- 55 преобразователем 6. Измеритель-преобразователь 6 состоит из синхронного детектора 7, интегратора 8, синхронизатора 9 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, причем синхронный детектор 7, Устройство работает следующим образом. Генератором СВЧ 1 и нагрузкой 4 создается стоячая волна в измерительном тракте 2. Синхронизатор 9 осуществляет амплитудную модуляцию генератора 1. Сигналы с выходов датчиков, пропорциональные квадратам напряжений стоячей волны в местах их расположения, поступают через управляемый блоком управления 11 коммутатор 5 на измеритель-преобразователь 6, где преобразуется с помощью синхронного детектора 7, интегратора 8, синхронизатора 9 и АЦП 10 следующим образом. После команды начала преобразования. поступающей отблока управления 11 s течение времени Т1, производится сброс интегратора 8, затем в течение времени Т2 производится интегрирование сигнала с выхода синхронного детектора 7, после чего выход синхронного детектора отключается от входа интегратора, и сигнал с выхода интегратора преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП 10. На вычислитель 12 передается результат измерения и уведомления об окончании преобразования. Вычислитель производит обработку измерительной информации по формулам, Синхронизатор 9 формирует сигнал амплитудной модуляции СВЧ-генератора, опорное напряжение синхронного детектора и сигналы управления интегратором. Макет установки выполнен на базе микраЭВМ "Электроника-60", используемой в качестве блока управления 11 и вычислителя 12. В качестве генератора 1 используется генератор СВЧ Г4-79. Измерительный тракт 2 выполнен на ос- нове волновода сечением 45 х 90 с коаксиально-волновым переходом для соединения с генератором 1 и фланцем для присоединения нагрузки 4, Восемь датчиков 3 (¹8) размещены вдоль широкой стенки волновода на расстоянии 54,5 мм друг от друга {что соответствует К=6, il-14,53 см) и содержат элемент ..связи — погруженный в волновод штырь, аттенюатор и детекторный диод М33402-7. Коммутатор 5 и измеритель-преобразователь 6 смонтированы на встраиваемой в микроЭВМ "Электроника — 60" унифицированной плате интерфейса И5, с 1805407 1+28 G2-|.Ä {1 62)2 (1 62)2P R - =— О 2G2Р2 40 Коммутатор 5 и синхронный детектор 7 выполнены на аналоговых ключах микросхем серии К590, в интеграторе 8 используется операционный усилитель серии К140 и аналоговые ключи серии К590, АЦП выполнен 5 на микросхеме К572, синхронизатор 9 состоит из тактового генератора и таймеров, выполненных на микросхемах серии К155. Связь коммутатора 5 и измерителя-преобразователя 6 с интерфейсом "Общая шина" 10 микроЗВМ осуществляется через унифицированный интерфейс И5 "Электроника-60". Устройство позволяет: 1. Обеспечить требуемую точность из- 15 мерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-нагрузки на заданной частоте выбором необходимого числа N оптимально расположенных датчиков, При этом, за счет подбора параметра расположения датчиков 20 К, можно провести удобный для технической реализации выбор расположения датчиков. Используемое расположение датчиков минимизирует детерминат матри.цы R=E((Z-Z*)(Z-Z*)T) ошибок измерения 25 амплитуды стоячей волны, модуля и фазы коэффициента отражения нагрузки, которая для предлагаемого устройства имеет вид: др+@ 2 2 (1+6)Р 2(1 — 6}Р Z-(р, 6, р) — вектор рассчитанных значений т параметров; 2*=(р*, 6*, p*) — вектор их истинных значений; Р— квадрат амплитуды напряжения датчиков; G, p- модуль и фаза . 45 коэффициента отражения нагрузки; N — число датчиков; oÐ-дисперсия ошибок измерения амплитуд сигналов датчиков; Е (...)— оператор математического ожидания. Рас- 50 положение, минимизирующее детерминат матрицы ошибок, пропорциональный квадрату эллипсоида ошибок измерения, пред-. ставляет собой 0 — оптимальный план эксперимента в методе наименьших квад- 5 ратов и обеспечивает независимость ошибок измерения модуля и фазы, что является важным достоинством предлагаемого расположения датчиков по сравнению с анало- " .гом и прототипом, Сравнительный анализ матрицы R ошибок заявляемого устройства с соответствующими матрицами ошибок аналога и прототипа дает увеличение точности измерений модуля и фазы коэффициента отражения в СВЧ трактах в N/3 рэз относительно аналога и на 10 — 12/ по сравнению с прототипом, 2, Увеличить скорость измерений в 4,5— 8 раз по сравнению с прототипом в зависимости от требуемой точности измерения напряжения датчиков. Сокращение времени измерения достигается за счет исключения переходных процессов, имеющих место в применяемых в аналоге и прототипе преобразователях, Для одинаковых дисперсий ошибок измеряемых напряжений датчиков постоянная времени Т должна равняться времени интегрирован ия. Т2 и нтегрэтора, при этом время переходного процесса Тп составляет Т =-Т(п я, где я — относительная точность измерения. Для заявляемого устройства, содержащего измеритель-преобразователь, время измерения сигнала датчика равно: Т=Т1+Т2+Тдцп, где Тдцп— время аналого-цифрового преобразователя, Обычно Т1 «Тдцц «Т2, при этом увеличение скорости опроса датчиков составляет К=-(и е раз, Например. при 7-разрядном АЦП е 10 и К=4,5 при 12-разрядном АЦП я -3 х 10, К=8. При отношении сигнал/шум в блоке обработки менее 10-14 дБ в прототипе применение измерителя-преобразователя позволяет получать несмещенные оценки амплитуд сигналов с датчиков, что улучшает точность измерения модуля и фазы коэффициента отражения, Формула изобретения. Устройство для измерения коэффициента отражения двухполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-сигнала и многозондовый датчик, выход которого является выходом для подсоединения исследуемого двухполюсника, а выходы зондов соединены с входами коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управления, первый управляющий выход которого соединен . с управляющим входом коммутатора, о т л ич а ю щ е е с я тем,,что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя через введенные последовательно соединенные синхронный детектор и интегратор, опорные входы синхронного детектора, 1805407 Составитель Ю; Кудряшов Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М, Андрушенко Редактор Заказ 940 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 г интегратора и аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами введенного синхронизатора, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу генера- 5 тора СВЧ-сигнала, а вход — к второму дополнительному выходу блока обработки и управления, при этом расстояния hL между зондами многозондового датчика выбраны из соотношения hL=A, К/2N, где N — число зондов, N>4 3,— длина волны в многозондовом датчике, К вЂ” целоечисло, не кратное N/2.
