Устройство для измерения полной s-матрицы рассеяния четырехполюсника

 

Использование: измерительная техника , в частности измерение полной S-матрицы рассеяния четырехполюсника. Сущность изобретения: последовательно соединенные СВЧ-генератор и измерительный блок, к двум выходам которого подсоединен исследуемый четырехполюсник, а к остальным выходам - измерительные датчики мощности , соединенные последовательно через блок сопряжения с вычислителем, причем в качестве измерительного блока используется 2М-полюсный рефлектометр, выполненный в виде отрезка линии передачи с числом отводов, не менее 11, первый и второй отводы являются выходом и входом для подсоединения соответственно входа и выхода исследуемого четырехполюсника, третий отвод является входом для подсоединения выхода переменной нагрузки, а остальные отводы - информационными выходами многополюсного рефлектометра. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 27/06.ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДЦМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ПАТЕНТУ

С) > (21) 4689205/09 (22) 20.03.89 (46) 07,07.93. Бюл, М 25 (71) Особое конструкторское бюро при Саратовском заводе "Тантал" (72) Л.В.Галкина, Ю,Ю.Кудряшов, А.А.Львов и А,А,Моржаков (73) Товарищество "Волжские передовые технологии" (56) Адам С.Ф. Автоматические измерения в

СВЧ-цепях. — ТИИЭР, т. 66, 4, 1978, с.26, Авторское свидетельство СССР

М 1149183, кл. G Ol R 27/06, опубл. 1985.

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНОЙ S-МАТРИЦЫ РАССЕЯНИЯ ЧЕТЫРЕХПОЛ ЮСНИ КА (57) Использование: измерительная техника, в частности измерение полной S-матриИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения полной D-матрицы рассеяния

СВЧ-четырехполюсников.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит СВЧ-генератор 1; соединенный с 2N-полюсным рефлектометром 2. к одному из выходов которого подсовдинена нагрузка 3. к двум другим— исследуемый СВЧ-четырехполюсник 4, к остальным выходам 2N-полюсного рефлектометра подсоединяются измерительные

„„. Ж„„1827028 А3 цы рассеяния четырехполюсника, Сущность изобретения: последовательно соединенные СВЧ-генератор и измерительный блок, к двум выходам которого подсоединен исследуемый четырехполюсник, а к остальным выходам — измерительные датчики мощности, соединенные последовательно через блок сопряжения с вычислителем, причем в качестве измерительного блока используется 2N-полюсный ефлектометр, выполненный в виде отрезка линии передачи с числом отводов, не менее 11, первый и второй отводы являются выходом и входом для подсоединения соответственно входа и выхода исследуемого четырехполюсника. третий отвод является входом для подсоединения выхода переменной нагрузки, а остальные отводы — информационными выходами многополюсного рефлектометра, 1 ил. датчики мощности 5, и последовательно к ним — блок сопряжения с микроЭВМ 6, микроЭВМ 7.

Устройство работает следующим образом, При подключении исследуемого СВЧчетырехполюсника 4 к 2N-полюсному рефлектометру 2 с помощью измерительных дагчиков 5 снимаются сигналы с выходов . 2N-полюсного рефлектометра 2 (Up). Они связаны с комплексными амплитуда,и падающих а», are и отраженных b> . b2> волн на границах измеряемого устройства следующим соотношением:

1827028

Uy - lА11ан+ B1Ib11+ С11а21+ D;Ib21 l (1} (l =- 1, N — 4), (! 1, К; К = 2) где А11, By, С11, Qy — известные комплексные коэффициенты передачи 2N-пал1осного рефлектометра, определяемые при калибровке. При этом индекс I относится к случаю различных значений комплексного коэффициента переменной нагрузки, Для нахождения четырех неизвестных а11, Ь11, а11, b2I из системы (1) достаточно восьл и измерительных датчиков. Комплекс, ные амплитуды падающих a1i, 32i и ОТраКВНных b1 Ä b21 волн связаны с комплексными элементами волновой матрицы расссяния

S11, S12, S21, S22 измеряемого четырехполюсника 4 известными соотношениями:

j b1i = S11Bi1 + S12a2I !

b2i = з21311+ 522а21

Для определения всех четырех неизвестных параметров СВЧ-четырехпол1осника

311п1 S12, 521, S22 необходимо провести не менее двух измерений параметров а1ь Ь1Ь

a2i, b2; при различных значениях переменной нагрузки 3. После чего система (2) решается относительно искомых неизвестных

S11 S12i S21 S22

Таким образом назначение переменной нагрузки — обеспечить условие разрешимости системы уравнений (2), связываю1цих значения коэффициентов матрицы рассеяния с комплексными амплитудами пада ощих и Отраженных Волн, Относительно матрицы рассеяния. Это обеспечивается заданием набора значений амплитуд падающих волн посредством изменения комплексных коэффициентов передачи рефлектора с помощью изменения параметров переменной нагрузки.

Для оптимальной обработки измерительной информации по методу максимального правдоподобия в качестве вычислителя используется микроЭВМ 7.

В созданном макете установки в качестве ганератора 1 использовался генератор

СВЧ ГЧ-79. 2N-полюсный рефлектометр 2 выполнен в виде о резка волновода сечение

45 х 90 с коаксиально-волноводным переходом для соединения с генератором 1 и фланцем для подсоединения переменной нагрузки 3. Вдоль широкой стенки волновода на расстоянии 54,5 мм дру1 от друга размещены остальные десять выходов

2N-полюсного рефлектометра, первые два из которых предназначены для подсоединения исследуемого четырехполюсника 4, а к остальным выходам подсоединяются измерители мощности 5, выполненные в виде емкостных зондов, соединенных с детекторными головками. Переменная нагрузка в исполнении авторов — зто кассета различных по фазе несогласованных нагрузок. Значение истинных значений модуля и фазы не требуется. Единственное условие — повторяемость значений комплексного коэффициента отражения при многократных переключениях. Для обработки измерительной информации используется микроЭВМ

"Электроника-60" 7. Блок сопряжения 6 включает в себя коммутатор и АЦП, которые смонтированы на встраиваемой в микроЭВМ "Электроника-60" унифицированной плате интерфейса И5.

Заявляемое устройство значительно проще в конструктивном исполнении по сравнению с аналогом и прототипом, При . этом точность измерений полной S-матрицы рассеяния СВЧ-четырехполюсников повышается за счет устранения ошибок направленных ответвителей и за счет опти- мальной обработки измерительной информации с датчиков мощности, В прототипе подобная оптимальная обработка невозмо>кна, так как для Определения величин ап и Ьц используется только четыре датчика

З0 мощности (один двенадцатиполюсник), а для нахождения а21 и b2i — другие четыре датчика (второй двенадцатиполюсник), Оставшиеся два датчика в рефлектометре падающих волн используются для нахождения разности фаз между ан и а21, В заявляемом устройстве для определе1гия каждой из величин а11, Ьгь a2i, b21 используется информация со всех датчиков мощности, а искомые величины находятся все одновременно, Ес40 ли в заявляемом устройсгве использовать

28-полюсный рефлектометр, то есть десять измерителей мощности (столько же, сколько и в прототипе) то точность измерения параметров а11, Ьп, a2l..b2I, а значит и S11. S12, S21

45 S22 увеличится по сравнению с прототипом примерно в Т. без учета в прототипе погрешностей направленного ответвителя, Докажем этот факт, Если исходная дисперсия ошибок измерения сигналов на выходе измерителей 0, то в случае организации

2 оптимальной обработки по методу максимального правдоподобия данных сигналов в прототипе для определения параметров

la1! . 1b1l и pi (разность фаз между а1и ь1)

55 используется 4 датчика мощности, для определения параметров la2l, Ib2l и <щ (разность фаз между а2 и 02) — 4 других датчика, а для определения О(разность фаз между а1 и а2) — оставшиеся два датчика. Поэтому

i827O28

2N-полюсного рефлектометра, что учитывает все погрешности изготовления измерительного устройства.

Составитель A,Ëüaoâ

Техред М. Моргентал Корректор М.Андрушенко

Редактор С,Кулакова

Заказ 2332 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по йзобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 дисперсии параметров lail, lail, lbil, lb I, р1, щ будут обратно пропорциональны числу используемых измерений, то есть г g(O будут 4 a дисперсия параметра 0 2

В заявляемом устройстве для определе.ния искомых параметров используются сразу все датчики, поэтому дисперсия параметров lail. аг1, Ib>I, (Ь21. р1, pz, 1О

0 будет

Из этого факта авторы делают вывод, что беэ учета погрешностей направленного ответвителя точность оценивания S-параметров в прототипе, которая обычно характеризуется весом оценки (обратной величиной корня квадратного из дисперсии}, будет примерно в /3 ниже, чем в заявляемом устройстве. В реальных системах измерения параметров 4-полюсников основная погрешность определяется неидеальностью СВЧ-компонент (направленных ответвителей, фазовращателей и т.д.). В заявляемом решении погрешности такого ро- 25 да принципиально отсутствуют, поскольку процесс измерений может быть начат только после определения комплексных коэффициентов Ар, Bli, Сл, Dii передачи

Формула изобретения

Устройство для измерения полной Sматрицы рассеяния четырехполюсника, содержащее СВЧ-генератор с подсоединенным к его выходу измерительным блоком, к двум выходам которого подсоединен исследуемый четырехполюсник, а к остальным выходам-измерительные датчики мощности, соединенные последовательно через блок сопряжения с вычислителем, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, в качестве измерительного блока используется 2N-полюсный рефлектометр, выполненный в виде отрезка линии передачи с числом отводов, не менее 11, причем первый и второй отводы являются выходом и входом для подсоединения, соответственно входа и выхода исследуемого четырехполюсника, третий отвод является входом для подсоединения выхода переменной нагруз-. ки. а остальные отводы являются информационными вых:дами многополюсного рефлектометра.