Измеритель комплексных параметров свч-четырехполюсника

 

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения комплексных параметров СВЧ-четырехполюсников и двухполюсников. Сущность изобретения: измеритель содержит СВЧ-генератор 1, направленные ответвители 2, 3, переключатели 4, 15, согласованные нагрузки 5, 16, сумматор 6, двоичный фазовращатель 7, блок обработки и индикации 8, вентиль 10, амплитудные модуляторы 11, 13, генераторы низкой частоты 12, 14. 3 ил.

СОК>З COB f. ) С КИ Х

СОЦИАЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУЬЛИК (si>s G 01 R 27/02

ГОСУДАР СТВ Е ННОЕ ПАТ Г t 1 Т Н ОГ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4890596/09 (22) 10.12.90 (46) 15.04.93. Бюл. N. 14 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) А.Н,Трушкин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1167537, кл. 6 01 R 27/28, 1985, Авторское свидетельство СССР

N 1433202, кл. G 01 R 27/28, 1986. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использбвано для измерения комплексных параметров сверхвысококачественных четырехполюсников и двухполюсников.

Цель изобретения — повышение точности измерения комплексных параметров сверхвысокочастотного устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема электрическая измерителя комплексных параметров СВЧ-устройства; на фиг. 2 приведена структурная электрическая схема блока обработки и индикации, на фиг. 3 приведена блок-схема программы калибровки измерителя, Измеритель содержит соединенные последовательно СВЧ-генератор 1 и первый направленный ответвитель 2, второй направленный ответвитель 3, первый переключатель 4, первым входом подключенный к выходу второго канала второго направленного ответвителя, первую согласованную нагрузку 5, соединенную с первым выходом переклЮчателя 4, сумматор 6, подключенный первым входом ко второму выходу переключателя 4, фазовращатель 7, выходом соединенный со вторым входом сумматора

„„ Ж„„1809395 Al (57) Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения комплексных параметров СВЧ-четырехполюсников и двухполюсников. Сущность изобретения, измеритель содержит СВЧ-генератор

1, направленные ответвители 2, 3, переключатели 4, 15, согласованные нагрузки 5, 16, сумматор 6, двоичный фазовращатель 7, блок обработки и индикации 8, вентиль 10, амплитудные модуляторы 11, 13, генераторы низкой частоты 12,.14. 3 ил, 6, блок обработки и индикации, подклю- 3 ченный СВЧ входом к выходу сумматора 6, исследуемое устройство 9, выходом соединенное со вторым входом переключателя 4, вентиль 10, включенный между выходом основного канала первого и входом основного канала второго направленных ответвителей

2 и 3 соответственно, первый амплитудный модулятор 11, включенный между выходом основного канала второго направленного ответвителя 3 и входом исследуемого уст- С ройства 9, первый генератор низкой часто- О ты 12, подключенный ко входу управления (д) модулятора 11, второй амплитудный моду 0 лятор 13, выходом соединенный со входом (Л фазовращателя 7, второй генератор низкой частоты 14, подключенный ко входу управления модулятора 13, второй переключатель

15, первым входом соединенный с выходом вторичного канала ответвителя 2, вторую согласованную нагрузку 16, подключенную к первому выходу переключателя 15, Блок обработки индикации 8 содержит

СВЧ квадратичный детектор 17, входом соединенный с аналоговым входом блока обработки и индикации 8, фильтры 18, 19, 20, настроенные на частоты соответственно И, 1809395

Uz =- K Kz К М1 Ео

2 2 2

Ul КдК1 К М1 Ео, 45

Я2, Q1 + Я, входами подключенные к выходу детектора 17, переключатель 21, сигнальными входами подключенный к выходам фильтров 18, 19, 20 соответственно, амплитудный низкочастотный детектор.

22, входом соединенный с выходом переключателя 21, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, входом подключенный к выходу детектора 22, блок сопряжения 24, микроЭВМ 25, блок индикации 26, 10

Измеритель комплексных параметров

СВЧ-устройства работает следующим образом.

Режиму измерения предшествует пять этапов калибровки, Первые три этапа калибовки предназначены для измерения 311, 22. Четвертый и пятый этапы необходимы для измерения S21, Siz.

На первом этапе калибровки определяются сигналы, характеризующие модули коэффициентов передачи канала (ответвитель

2, переключатель 15, модулятор 13, фазоврэщатель 7) при двух положениях фазовращателя 7. Для этого измерительный канал (ответвитель 2, вентиль -10, ответвитель 3; модулятор 11, исследуемый элемент 9, модулятор 11, ответвитель 3, переключатель

4) разрывается с помощью переключателя

4, микроЭВМ 25 устанавливает генератор

1 на наименьшую частоту рабочего диапазо- 30 на F<, фазовращатель 7 в положении нулевого сдвига, а переключатель 21 в первое положение, С помощью генератора 1 модулятор 13 модулирует по амплитуде с частотой Q> проходящий через него СВЧ-сигнал.

Фильтр 18 выделяет сигнал с частотой 01, Детектор 22 детектирует этот сигнал, в результате на его выходе появляется напряжение где Кд — коэффициент преобразования детектора 17;

К1 — модуль коэффициента передачи опорного канала;

К - результирующий коэффициент передачи фильтра 18, переключателя 21, детектора 22;

Ео — амплитуда сигнала на выходе ответвителя 2;

М1 — коэффициент модуляции модулятора 13.

По сигналу с микроЭВМ 25 АЦП 23 преобразует U> в цифровой эквивалент N>, который через блок сопряжения 24 поступает в память микроЭВМ 25, По сигналу с микроЭВМ 25 фазовращатель 7 устанавливается в состояние 90 фазового сдвига и аналогично описанному выше, нэ выходе детектора

22 появляется напряжение где К2 — модуль коэффициента передачи опорного канала во втором положении фазовращателя 7, Сигнал Uz преобразуется в цифровой эквивалент Nz и запоминается, МикроЭВМ

25 определяет и запоминает также коэффициент у1 = И1/Nz. На других частотах указанные коэффициенты определяются аналогично, На втором этапе.калибровки определяется сигнал, характеризующий модуль коэффициента передачи измерительного канала, Для этого с помощью переключателя 4 восстанавливается измерительный канал, опорный канал с помощью переключателя

15 разрывается. К выходу модулятора 11 подключается короткозамыкатель. МикроЭВМ 25 устанавливает генератор 1 на частоту F>, а переключатель 21 во второе положение. Сигнал с генератора 1 проходит нэ ответвитель 3, где разветвляется на две составляющие. Первая составляющая ïàð из-за конечной направленности ответвителя 3 просачивается на первый вход сумма- . тора. 6, Вторая составляющая попадает на модулятор 11, где с помощью сигнала с частотой Я с генератора 12 модулируется по амплитуде, Отразившись от короткозамыкателя, СВЧ-сигнал снова модулируется по амплитуде в модуляторе 11, затем, попадает на ответвитель 3, где разветвляется на две части. Первая часть поглощается вентилем

10 и на ответвитель .2 не просачивается, другая составляющая проходит на четвертый вход сумматора 6. Фильтр 19 выделяет сигнал 0з с частотой Я..

Оз= КдКз К М2 Ео (1+ сов Р ), 2 2 2 2К4

Кз где Кз — модуль коэффициента передачи измерительного канала;

К4 — модуль коэффициента передачи паразитного канала;

Ф ф1 — сдвиг фаз между полезным и паразитным каналами;

М2 — коэффициент модуля ции модулятора 11, Напряжение Оз преобразуется в АЦП 23 в цифровой эквивалент Из и через блок сопряжения 24 этот цифровой код подается на блок индикации 26. Регулировкой положения короткозамыкателя оператор определя1809395

Nmax + Nmln

2 и запоминает

У = КдКЗ К M2 Ео, 2 2 2

55 ет максимальное и минимальное значения гчз, МикроЭВМ 25 реализует алгоритм

На остальных частотах калибровка осуществляется аналогично.

На третьем этапе калибровки оценивается неточность установки фаэовращателя

7, С помощью переключателя 15 восстанавливается опорный канал, МикроЭВМ

25 устанавливает переключатель 21 в третье положение, фазовращатель 7 в положение нулевого сдвига, а генерат6р 1 на частоту F<. Фильтр 20 выделяет сигнал частотой Q + Q. поэтому на выходе детектора 22 появляется напряжение., U4 = 2КдК1КзК» М1М2Ео сов +, где р — фазовый сдвиг, обусловленный неравенством длин электрических опорного и измерительного каналов.

Сигнал 04 пре6брэзуется в N4 и запоминается. Далее микроЭВМ 25 сообщает фазовращателю 7 дополнительный фазовый сдвиг, равный hp= 5 — 7, В результате на выходе детектора 22 появляется напряжение

06 = 2КдК1КЗК М1М2Ео cos(pz + Л p) При этом ввиду малости Лу К1 практически не изменяется. Сигнал 06 преобразуется в

N6, микроЭВМ 25 реализует алгоритм

N4 N5

2, = 7, и в соответствии с блок-программой (фиг,3) однозначно определяет значение ц и запоминает его.

Аналогично, при сообщении 90 фазового сдвига фазовращателю 7 на выходе детектора 22 появляется напряжение

06 = 2КдК2КЗК М1М2Ео Sin(+ PS) где рз — сдвиг фазы из-за неточности установки фазовращателя 7 в состояние 90 сдвига.

Сигнал U6 преобразуется в N6 и фазовращателю 7 сообщается сдвиг Л р, В резуль5

45 тате на выходе детектора 22 появляется сигнал

07 = 2КдК2КЗК М1М2Ео Si (P2 +P3+ Лф), который преобразуется в Мт. МикроЭВМ 25 реализует алгоритмы и по блок-программе, аналогичной приведенной на фиг. 3, определяет значение р4 = рг +ps. B итоге становится известен рз =p4 — р2, Значение р запоминается. На других частотах измерителя р2, р определяются аналогично.

На четвертом этапе калибровки вместо исследуемого устройства в измеритель включается отрезок волновода и определяется модуль коэффициента передачи измерительного канала (ответвитель 2, вентиль

10, ответвитель 3, модулятор 11, отрезок волновода, переключатель 4). При этом опорный канал с помощью переключателя

15 разрывается. МикроЭВМ 25 устанавливает генератор 1 на частоту F<, а переключатель 21 во второе положение. Сигнал с генератора 1 проходит по измерительному каналу и модулируется по амплитуде в модуляторе 11. Сигнал на выходе детектора 22 имеет вид

06 = Кдк4 К М Ео, 2 2 2. где К4 — модуль коэффициента передачи измерительного канала.

Напряжение U6 преобразуется в N6 и запоминается. На других частотах N6 определяется аналогично.

На пятом этапе калибровки с помощью переключателя 15 восстанавливается опорный канал и определяется фазовый сдвиг О6, обусловленный неравенством электрических длин опорного и измерительного каналов, МикроЭВМ 25устанавливает генератор 1 на частоту FH, фазовращатель 7 в состояние нулевого фазового сдвига, а переключатель 21 в третье положение. Фильтр

20 выделяет сигнал с частотой И1 + Я и на выходе детектор 22 появляется сигнал

0э = 2КдК1КФ М1М Ео cos р6, 2 который преобразуется e Ng и запоминается. Далее микроЭВМ 25 сообщает фазовращателю 7 дополнительный сдвиг hp. Ha выходе детектора 22 появляется сигнал

010 = 2КдК1К4К1 М1М2Ео cos(p6+ h p)> который преобразуется в N1o. В соответствии с блок-программой, аналогичной приведенной на рис. 3, микроЭВМ 25 реализует алгоритмы

1809395

+ <Р5+ QP), 30

+ф+Дф), 50

$»1= ч»»

VN») cosр„ 1= )Ф=

Й9 Nm

N1 Na N1 Ne определяет значение ф5 и запоминает его.

На других частотах процедура определе- 5 ния ф5 аналогична.

На этом калибровка заканчивается, к измерителю подключается исследуемое устройство, переключателем 4 подключается второй выход ответвителя 3 к первому входу 10 сумматора 6, переключателем 15 второй выход ответвителя 2 соединяется со входом модулятора 13. При этом измеритель готов к измерению $»».- $гг. МикроЭВМ 25 устанавливает генератор 1 на частоту FH 15 переключатель 21 в третье положение, а фазовращатель 7 в состояние нулевого сдвига, На выходе детектора 22 появляется сигнал

U» = 2К„К»Кз$»»К М»МзЕ, cps(p»»+ щ), где 𻻠— измеряемый фазовый сдвиг.

Напряжение О»» преобразуется в N»», МикроЭВМ 25 сообщает фазовращателю 7 25 сдвиг Др. На выходе детектора 22 появляется сигнал

0»2 = 2КдК»Кэ$»»1 » М»М2Ео сов(р11+ который преобразуется а Й»г. МикроЭВМ

25 анализирует соотношения между сигналами N»», N»z по программе, аналогичной 35 приведенной на рис. 3, определяет квадрант, -в котором находится р»», устанавливаетт фэзоврэш(атель 7 в состояние 90 сдвига

» на выходе детектора 22 появляется напряжение

0»3 2КдК2Кэ$»»К М»М2Ео sin(p»» +

+ pz+ фэ), 45 которое преобоаэуется в К»э. МикроЭВМ 25 реализует алгоритм — — sin y

N»2

* N»» ф»» = arc»:g соэрэ и, учитывая йнфгрмацию о квадранте, окончательно определяет «р»». $»» определяется по алгоритму

На других частотах $»», р»» определяются аналогично. Процедура определения

Sn, рц не отличается от описанной выше, Для измерения Sz», yz» переключатель 4 переводится в положение, при котором выход четырехполюсника 9 соединяется с первым входом сумматора 6. МикроЭВМ 25 устанавливает генератор 1 на частоту F<, фазовращатель 7 в состояние нулевого сдвига, переключатель 21 в третье положение. Фильтр 20 выделяет сигнал с частотой

Я» + Я, и на выходе детектора 22 появляется сигнал

U»4 = 2КдК»К4$2»Q M»Ì2Åî cos(» + у.5), который преобразуется в й»4. МикроЭВМ 25 сообщает фазовращателю 7 сдвиг Ду. На выходе детектора появляется сигнал

U»5 = 2КдК»К4$г» .; М»М2Ео соз(Р2» + который преобразуется в N»5. Анализируя соотношения между сигналам микроЭВМ

25 определяет квадрант, в ко lupuM находится ф2» и устанавливает фээоврэщэтель 7 в состояние 9Г сдвига, На выходе детектора

22 появляется сигнал

0»6 = 2КдК2К4$2»К М»М2Ео sin(» 4 1/>5+ (Щ, которы преобразуется в й»5. МикроЭВМ 25 реализует алгоритм ф 2» = arctg((N»a y»/Й»4 sin ф з)/cos i/zj - ф5 и, учитывая информацию о кв.- рант», окончательно определяет ipse». Sz»:>пределяется по алгоритму

S21 = N14/ 1 Й1 NB СОЯ PZ1): .

На других частотах Sz», » определяются аналогично. Процедура определения S»2, p»z не отличается от описанной выше. Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет повысить точность измерения за счет исключения погрешностей, обусловленных конечной направленностью ответвителей, При этом снижается себестоимость производства измерителя эа счет снижения требований к качеству изготовления направленных ответвителей.

Формула изобретения

Измеритель комплексных параметров

СВЧ-четырехполюсника, содер>кащий последовательно соединенные СВЧ-генера1809395

20 тор и направленный ответвитель падающей волны, вторичный канал которого подключен к входу первого переключателя, второй переключатель, первый вход которого соединен с выходом вторичного канала направленного ответвителя отраженной волны, первый выход — с первой согласованной нагрузкой, второй выход — с первым входом сумматора, а второй вход является входом для подсоединения выхода исследуемого

СВЧ-четырехполюсника, вторую согласованную нагрузку, соединенную. с первым выходом первого переключателя, двоичный фазовращатель, соединенный с вторым входом сумматора, выход которого подключен к входу блока обработки и индикации, при этом управляющие входы СВЧ-генератора и двоичного фазовращателя соединены с управляющими выходами блока обработки и индикации, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью повышения точности, введены первый амплитудный модулятор с генератором

5 первой низкой частоты, вход которого подсоединен к выходу первичного канала направленного ответвителя отраженной волны, а выход является выходом для подсоединения входа исследуемого СВЧ-четы10 рехполюсника, второй амплитудный модулятор с генератором второй низкой частоты, включенный между вторым выходом первого переключателя и входом двоичного фазовращателя, а также вентиль, включен15 ный между выходом первичного канала направленного ответвителя падающей волны

- и входом направленного ответвителя отраженной волны.

1809395

1809395

Составитель А. Грушкин

Техред М.Моргентал

Редактор В. Трубченко

Корректор И, Шмакова

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

Заказ 1284 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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