Способ калибровки автоматизированного импульсно- рефлектометрического свч-измерителя

 

Использование: в технике измерений на СВЧ и может быть использовано при измерении параметров цепей и сигналов с высокой точностью. Сущность изобретения: способ калибровки автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя включает подачу на вход измерителя постоянного напряжения и квантование его по уровню, затем подачу на вход измерителя синусоидального СВЧ-сигнала и квантование его по уровню и длительности, дискретное преобразование Фурье и определение коэффициента передачи по формуле, приведенной в тексте описания. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано при измерении параметров цепей и сигналов с высокой точностью.

Известен способ калибровки импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя, заключающийся в подаче прямоугольных импульсов с известной амплитудой на вход стробоскопического преобразователя (СП) и измерении отклонения луча индикатора рефлектометра с последующим вычислением коэффициента отклонения по формуле K=U/S, мВ/дел.

Известен также способ калибровки импульсного рефлектометра, заключающийся в подаче известного напряжения постоянного тока на вход измерителя и измерении отклонения луча индикатора рефлектометра с последующим вычислением коэффициента отклонения по формуле K=U/2, мВ/дел.

Наиболее близким к изобретению является способ, сущность которого заключается в следующем. Сигнал в виде напряжения постоянного тока известной амплитуды с выхода калибратора измерителя (либо от внешнего источника) подают на вход СП, нагруженного на согласованную нагрузку, с низкочастотного выхода которого преобразованный сигнал поступает на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки индикатора, имеющей на экране шкалу. При этом ручку плавной регулировки усиления в канале вертикального отклонения устанавливают в такое положение, чтобы луч индикатора отклонялся на две клетки шкалы, и определяют коэффициент отклонения по формуле K=U/2.

Такой способ калибровки позволяет измерять амплитуду исследуемых СВЧ-сигналов во временной области.

К недостаткам этого способа калибровки относятся: низкая точность измерений параметров сигналов, обусловленная визуальным отсчетом по шкале электронно-лучевой трубки индикаторa, отсутствие возможности определять абсолютные значения амплитуды спектральных составляющих сложных СВЧ-сигналов.

Целью изобретения является определение абсолютного значения амплитуды спектральных составляющих сигналов и повышение точности измерения коэффициента передачи в частотной области.

Это достигается тем, что при способе калибровки, заключающемся в подаче известного напряжения постоянного тока на вход измерителя, постоянное напряжение квантуют по уровню и запоминают в ЭВМ, затем на вход измерителя подают синусоидальный СВЧ-сигнал, устанавливают длительность временного окна анализа сигнала, равную периоду СВЧ-сигнала, производят его квантование по уровню и длительности, подают в ЭВМ и определяют коэффициент, соответствующий единичному значению гармоники сигнала в частотной области по формуле K_f= где U_п известное напряжение постоянного тока; n количество отсчетов, соответствующих U_п при его аналого-цифровом преобразовании; n₁ количество отсчетов, соответствующих амплитуде синусоидального сигнала; α- относительное значение, соответствующее гармонике синусоидального сигнала, полученной при ДПФ.

Сигнал в виде напряжения постоянного тока известной амплитуды U_п с выхода калибратора измерителя неоднородностей линии Р 5-15 (либо от внешнего источника) подают на вход СП через переключатель, с выхода СП сигнал поступает на вход индикатора и в интерфейсный блок. В интерфейсном блоке сигнал квантуется с помощью АЦП, а затем передается в ЭВМ, где запоминается количество отсчетов n, соответствующих U_п после его аналого-цифрового преобразования. Далее с помощью переключателя от входа СП отключают калибратор и подключают генератор гармонического сигнала. С выхода СП гармонический сигнал поступает на индикатор измерителя и в интерфейсный блок, где он квантуется по уровню и длительности. Длительность временного окна анализа гармонического сигнала выбирается равной его периоду. Из интерфейсного блока гармонический сигнал, представленный в виде массива дискретных значений, поступает в ЭВМ. ЭВМ вычисляет количество отсчетов n₁, соответствующих амплитуде гармонического сигнала, и преобразует массив дискретных значений сигнала по алгоритму дискретного преобразования Фурье из временной области в частотную, затем выделяет первую гармонику с относительным значением амплитуды α и определяет коэффициент преобразования тракта автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя, соответствующий единичному значению гармоники синусоидального сигнала по формуле K_f= При определении амплитуды любых спектральных составляющих сложных СВЧ-сигналов необходимо воспользоваться формулой
U_i=K_fα_i, где α_i относительное значение амплитуды i-й гармоники.

На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа калибровки автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя.

Устройство состоит из генератора гармонического сигнала 1, выход которого соединен с переключателем 2 и измерителем неоднородностей Р-15 3. К второму входу переключателя 2 подключен калибратор измерителя неоднородностей, выход переключателя 2 соединен с СП 4. СП 4 нагружен на согласованную нагрузку 5, а его низкочастотный выход соединен с входом измерителя неоднородностей 3. Измеритель неоднородностей 3 соединен с интерфейсным блоком 6, управление которым производится с помощью ЭВМ 7.

Калибровка производится следующим образом.

Вход СП 4 отключается от переключателя 2 и сигнал с выхода СП 4, соответствующий нулевому уровню, поступает на вход индикатора Р5-15 и затем в интерфейсный блок 6, где преобразуется в цифровой код и запоминается в ЭВМ в виде средней величины А. Затем переключатель 2 соединяют с СП 4 и на его вход подают постоянное напряжение калибратора Р5-15, равное 0,2 В, которое также преобразуется в цифровой код и среднее значение А1 запоминается в ЭВМ. По известным значениям А и А1 вычисляется количество отсчетов n, соответствующее постоянному напряжению 0,2 В. Далее переключатель 2 устанавливается в положение, в котором на вход СП подается синусоидальный сигнал, при этом часть сигнала поступает на индикатор Р5-15 для его синхронизации. С выхода СП 4 гармонический сигнал поступает на индикатор и затем в интерфейсный блок, где он квантуется по уровню и длительности и затем в цифровом виде передается в ЭВМ. Длительность временного окна анализа гармонического сигнала выбирается равной его периоду. ЭВМ по заданной программе вычисляет количество отсчетов n₁, соответствующее амплитуде синусоиды, преобразует массив дискретных значений гармонического сигнала по алгоритму ДПФ из временной области в частотную, затем выделяет первую гармонику с относительным значением амплитуды α и определяет коэффициент передачи тракта автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя, соответствующее единичному значению гармоники синусоидального сигнала по формуле
K_f=
При определении амплитуды спектральных составляющих сложных СВЧ-сигналов необходимо воспользоваться формулой
U_i= Kf α_i где α_i относительное значение i-й гармоники исследуемого сигнала.

Достоверность положительного эффекта подтверждается также результатами экспериментального исследования, приведенными в таблице. Измерялась мощность гармонических составляющих сигнала, теоретический спектр которого хорошо известен прямоугольного импульса.

Формула изобретения

Способ калибровки автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя, включающий подачу заданного значения постоянного напряжения на вход измерителя, отличающийся тем, что данное напряжение квантуют по уровню, затем на вход измерителя подают синусоидальный СВЧ-сигнал, устанавливают продолжительность времени анализа, равную периоду синусоидального СВЧ-сигнала, производят его квантование по уровню и длительности, осуществляют дискретное преобразование Фурье, определяют относительное значение амплитуды, соответствующее первой гармонической составляющей, и определяют коэффициент передачи автоматизированного импульсно-рефлектометрического СВЧ-измерителя по формуле

где U_n заданное значение постоянного напряжения;
n количество отсчетов, соответствующее квантованию постоянного напряжения;
n₁ количество отсчетов, соответствующее квантованию по уровню синусоидального СВЧ-сигнала;
a относительное значение амплитуды, соответствующее первой гармонической составляющей синусоидального СВЧ-сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2