Способ а.с.елизарова определения s-параметров

 

Изобретение относится к технике изложений на СВЧ и может быть использовано при определении S-параметров СВЧ-устройств. Цель: расширение частотного диапазона. При определении S-параметров СВЧ-устройств разделяют СВЧ-сигнал на две части, первую из которых подают на измеряемое СВЧ-устройство, модулируют НЧ - напряжением частоты Ω₂ прошедший или отраженный от него сигнал, модулируют вторую часть НЧ напряжением частоты Ω₁≠Ω₂ суммируют обе составляющие, выделяют сигналы разностной частоты и сигналы с частотами 2Ω₁ и 2Ω₂, измеряют их амплитуды, по которым определяют искомые S-параметры. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано при определении S-параметров СВЧ устройств.

Цель изобретения расширение частотного диапазона.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1, направленный ответвитель 2 опорного канала, направленный ответвитель 3 отраженной волны измерительного канала, направленный ответвитель 4 прошедшей волны измерительного канала, измеряемый четырехполюсник 5, первую и вторую согласованные нагрузки 6 и 7, переключатель 8, первый и второй амплитудные модуляторы 9 и 10, смеситель 11.

Способ А.С. Елизарова определения S-параметров реализуется следующим образом.

Выходной сигнал генератора 1 делится с помощью направленного ответвителя 2 на две части, одна из которых является опорным сигналом, а вторая - измерительным. В свою очередь, измерительный сигнал, частично отражаясь от измеряемого четырехполюсника 5 и распространяясь через него, преобразуется в выходные сигналы вторичных каналов направленных ответвителей 3 и 4. Эти сигналы с помощью переключателя 8 поочередно подаются вместе с выходным сигналом опорного канала на смеситель 11. При этом выходной сигнал опорного канала модулируется по амплитуде с помощью первого амплитудного модулятора 9 низкочастотным напряжением частоты Ω₁, а выходной сигнал переключателя 8 - напряжением частоты Ω₂ с помощью второго амплитудного модулятора 10.

Выходные измерительные сигналы могут быть записаны следующим образом: где α₁ и α₂ коэффициенты передачи детекторов амплитудно-фазового дискриминатора (АФД); М₁ и M₂ коэффициенты амплитудной модуляции сигналов в опорном и измерительном каналах соответственно; К₁.K₄ модули суммарных коэффициентов передачи каждого пути, по которому СВЧ сигнал от места разветвления опорного и измерительного каналов проходит к соответствующему детектору АФД; E_o амплитуда поля в месте разветвления опорного и измерительного каналов; K_yc1.K_yc4 коэффициенты усиления селективных усилителей напряжений U_1вых. U_4вых;
модуль и фаза измеряемого S-параметра;
ϕ_н фазовый сдвиг, учитывающий неидентичность фазочастотных характеристик опорного и измерительного каналов;
Δ фазовый сдвиг, учитывающий несинфазность и неквадратурность деления сигналов в АФД.

Дополнительное измерение U_4вых позволяет вычислить и ϕ_iк, зная только U_1вых, U_3вых и U_4вых. Отсюда следует, что АФД, который имеется в устройстве, реализующем способ (1), может быть заменен смесителем 11. Отпадает необходимость в квадратурном делении СВЧ сигнала, имеющем место в АФД, и применении для этой цели соответствующих гибридных соединений. Измерительный тракт анализатора цепей предельно упрощается.

Измерение амплитуд сигналов U_1вых, U_3вых и U_4вых сопровождается в современных анализаторах цепей аналого-цифровым преобразованием их для последующего вычисления с помощью микропроцессора значений S-параметров. Входными напряжениями АЦП являются, как правило, постоянные напряжения, полученные путем синхронного детектирования сигналов U_1вых, U_3вых и U_4вых. Поэтому будем оперировать с числовыми массивами данных, соответствующими следующим входным напряжениям АЦП:



Из сопоставления (1), (3) и (4) с (5) (7) видно, что в (5) (7) принято α₁=α. Кроме того, различие K_yc1, K_yc1 и K_yc4 может быть сделано пренебрежимо малым за счет предварительной калибровки анализатора и на суть способа не влияет. Поэтому в выражениях (5) (7) фигурирует результирующий коэффициент передачи К_y аналоговой части устройства обработки и вычисления анализатора. Эта обработка производится по следующему алгоритму.

1. Из исходных массивов данных, соответствующих напряжениям (6) и (7), формируется вспомогательный массив

2. Полученный массив (8) и исходный массив, соответствующий напряжению (5), позволяют сформировать два дополнительный массива


3. Если теперь разделить (10) на (9), то в соответствии с общеизвестным тригонометрическим соотношением
откуда сразу определяем

причем значение ϕ_н известно по результатам предварительной калибровки анализатора. Необходимо обратить внимание на знак функции tg(ϕ_iк+ϕ_н)/2,, чтобы не допустить неоднозначности при вычислении ϕ_iк. Наиболее простым способом является вычисление знака приращения напряжения (5) при переходе от одной частотной точки к другой в процессе качания частоты анализатора. Это вычисление осуществляется с помощью специальной подпрограммы и основано на однозначном соответствии знаков функций cosϕ и tgϕ/2..

4. Массивы данных (11) и (12) позволяют не только вычислить аргумент измеряемого S-параметра, но и сформировать, пользуясь известным тригонометрическим соотношением

еще один вспомогательный массив

5. Если теперь перемножить полученный массив (15) и исходный массив, соответствующий напряжению (5), получим массив данных, соответствующий сигналу (2). Действительно, массив (15) задает функцию (14), т.е. результат перемножения дает

Таким образом, получили массив данных (16), соответствующий квадратурному сигналу (2) и позволяющий вычислить то стандартному алгоритму

причем знаменатель (17) известен по результатам предварительной калибровки анализатора.

Формула изобретения

Способ определения S-параметра, заключающийся в разделении непрерывного СВЧ-сигнала на две части, первую из которых подают на измеряемый четырехполюсник, модулируют низкочастотным напряжением частотой Ω₁, прошедший или отраженный от него сигнал, модулируют вторую часть непрерывного сигнала низкочастотным напряжением частотой Ω₂≠ Ω₁, суммируют обе составляющие, выделяют сигналы разностной или суммарной частоты и измеряют их амплитуду, измеряют амплитуды сигнала частотой 2Ω₁, на которую нормируют амплитуду сигналов разностной или суммарной частоты, и путем вычислений определяют искомые S-параметры, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, дополнительно выделяют сигнал частоты 2Ω₂, измеряют его амплитуду, которую учитывают при определении искомых параметров.

РИСУНКИ

Рисунок 1