Способ панорамного измерения модуля коэффициента отражения свч двухполюсника

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании панорамных измерителей параметров СВЧ устройств. Технический результат изобретения - повышение точности измерения. Способ измерения модуля коэффициента отражения (МКО) СВЧ двухполюсника, обеспечивающий получение информации об измеряемом параметре в соответствии с выражением

заключающемся в двух калибровочных измерениях МКО: - холостого хода с коэффициентов отражения Г₁; - короткозамыкателя с коэффициентом отражения Г₂=-Г₁, а также в измерении МКО - СВЧ двухполюсника с коэффициентом отражения Г_х и вычисления измеряемой величины по формуле . Дополнительно измеряют (или задают) значение МКО - при согласованной нагрузке, а результат измерения пересчитывают в искомое значение по формуле:

где: a cosψ определяют по частотной зависимости величины , задаваемой выражением . 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании панорамных измерителей параметров СВЧ устройств.

Измерение частотных зависимостей модуля коэффициента отражения , определяющего наряду с коэффициентом стоячей волны (КСВ) входные параметры СВЧ устройств, относится к важнейшим задачам радиоизмерительной техники.

Исторически первым, с помощью измерительной линии [1], был реализован способ измерения КСВ и пересчета его в по известной формуле КСВ-1

Однако этот способ трудно реализовать в панораме частот. Поэтому в современной измерительной технике более широко используются способы измерения комплексного значения Г и квадрата модуля ² коэффициента отражения, из результатов измерения которых находят и при необходимости - значение КСВ по формуле

Известны [2, 3] способы измерения комплексной величины

где A_i - результат измерения комплексного коэффициента отражения Г_i;

К, d, ρ - комплексные коэффициенты передачи, направленности и отражения измерителя соответственно.

Из выражения (3) тем или иным путем находят значение Г_i, а значит, и модуль его . Но эти способы очень сложны в технической реализации, что ограничивает их применение.

Поэтому основными способами измерения сегодня являются способы измерения в панораме частот величины

где - результат измерения [4, 5].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, реализованный с помощью микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления (МПИКО) типа Р2-83 [5], принцип действия которого основан на измерении величины , согласно (4). Этот способ заключается в двух калибровочных измерениях модуля коэффициента отражения (МКО):

- холостого хода с коэффициентом отражения Г₁

- короткозамыкателя с коэффициентом отражения Г₂=-Г₁

с последующим измерением СВЧ устройства с коэффициентом отражения Г_х

и вычислением измеряемой величины и по формуле

значение которого принимается равным .

Подставляя (5)-(7) в (8) с учетом значений параметров микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, удовлетворяющих условиям [5]

легко найти зависимость результата измерения _х в (8) от параметров d, K, ρ

Из (10) следует, что известный способ измерения позволяет в результате проведения двух калибровочных измерений (холостого хода и короткозамыкателя) исключить влияние параметра К и погрешности рассогласования, вносимой в процесс калибровки влиянием параметров ρ и d в (5) и (6), но не исключает погрешностей рассогласования (влияние параметров ρ и d), вносимых непосредственно процессом измерения в соответствия с (7).

Таким образом, недостатком известного способа является недостаточная точность измерения, обусловленная тем, что он не исключает погрешностей рассогласования при измерении , вносимых влиянием параметров ρ и d.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения влияния параметров ρ и d на результат измерений .

Указанная цель достигается за счет того, что в способе измерения модуля коэффициента отражения СВЧ двухполюсника с помощью микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, обеспечивающего получение информации об измеряемой параметре в соответствии с выражением

заключающемся в двух калибровочных измерениях модуля коэффициента отражения;

- - холостого хода с коэффициентов отражения Г₁;

- - короткозамыкателя с коэффициентом отражения

Г₂=-Г₁.

а также в измерении модуля коэффициента отражения - СВЧ двухполюсника с коэффициентом отражения Г_х и вычисления измеряемой величины по формуле

дополнительно измеряют (или задают) значение модуля коэффициента отражения - согласованной нагрузки, а результат измерения и пересчитывают в значение по формуле

где

ψ - разность фаз между вектором эффективного коэффициента отражения ρ _э и измеряемого коэффициента Г_х; величина находится из анализа частотной зависимости отношения

при в (12), равном I, а значении , равном А₃. Величина cosψ определяется из анализа частотной зависимости величины , представленной выражением

принимая, что cosψ =1 при max и

cosψ =-1 при max

Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что дополнительно измеряют (или задают) модуль коэффициента отражения А₃ - согласованной нагрузки (с коэффициентом отражения Г₃=0), а результат измерения и пересчитывают в значение по формуле

где

ψ - разность фаз между векторами эффективного коэффициента отражения ρ _э и измеряемого коэффициента Г_х, величину находят из анализа частотной зависимости отношения

значение принимают равным А₃, а величину cosψ определяют по частотной зависимости величины представляемой выражением

принимая, что cosψ =1 при mах1 и cosψ =-1 при max.

На чертеже представлена структурная схема микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.

Микропроцессорный панорамный измеритель КСВ и ослабления (МПИКО) (см. чертеж) содержит модулированный по амплитуде СВЧ генератор 1, уровень выходной мощности которого регулируется блоком 2 автоматической регулировки мощности (АРМ).

Кроме того, МПИКО содержит ответвитель 3 падающей волны, измеряемое СВЧ устройство 4, детекторную головку 5, мостовой рефлектометр 6, управляемые делители напряжения 7 и 8, измеритель отношений 9, включающий микропроцессор, и аттенюатор 10. При этом выход СВЧ генератора 1 через первичный тракт ответвителя 3 падающей волны подключен ко входу мостового рефлектометра 6, другой вход которого соединен с клеммой Zx для подключения измеряемого СВЧ устройства 4. Вход детекторной головки 5 через аттенюатор 10 подключен к выходу вторичного тракта ответвителя 3 падающей волны, выход детекторной головки 5 подключен ко входу управляемого делителя 7 напряжения, выход которого соединен со входом блока 2 АРМ и опорным входом измерителя отношений 9, измерительный вход которого через управляемый делитель напряжений 8 соединен с выходом мостового рефлектометра 6.

В данном микропроцессорном панорамном измерителе КСВ и ослабления управление процессам измерения, обработки избирательной информации и вывода результатов измерения на экран ЭЛТ осуществляется с помощью микропроцессора, встроенного в измеритель отношений 9. Однако цепи управления и обработки результатов измерения на приведенном чертеже не показаны, как не существенные для заявляемого способа.

Процесс измерения в предлагаемом способе состоит из следующей последовательности операций;

- измерения модуля коэффициента отражения холостого хода

- измерения модуля коэффициента отражения короткозамыкателя (к клемме Zx подключен короткозамыкатель)

- измерения (или введения в память микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления) модуля коэффициента отражения согласованной нагрузки (Г₃=0) (к клемме Zx подключена согласованная нагрузка)

- вычисление (с помощью микропроцессора микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления) частотной зависимости величины

- анализа частотной зависимости отношения

с целью определения частот f, на которых

где

- определения значения по формуле

при f_k≥f≥ f_i и величины ρ (f) по формуле

ρ (f)=ρ _э(f)-А₃(f),

- измерения модуля коэффициента отражения СВЧ устройства (к клемме Zx подключено измеряемое СВЧ устройство), вычисления величины

где

и анализа частотной зависимости величины в (22) с целью определения частот, на которых

Далее путем линейной интерполяции частотной зависимости ψ определяется функция cosψ для всего диапазона частот, в котором измеряется . Модуль коэффициента отражения определяется из формулы

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что за счет введения новых, по сравнению с прототипом, операций:

- измерения модуля коэффициента отражения согласованной нагрузки :

- определения значения из анализа частотной зависимости отношения (13);

- определения cosψ по частотной зависимости, представленной выражением (14), принимая, что cosψ =1 при max и cosψ =-1 при max и, позволяет с некоторой степенью приближения определить частотные зависимости собственных параметров микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления , и разность фаз ψ и, подставляя их в выражения (14), уменьшить погрешность рассогласования, обусловленную влиянием параметров ρ и d на результат измерения (7) и являющуюся основной погрешностью измерения в микропроцессорном панорамном измерителе КСВ и ослабления, вследствие чего повышается точность измерения.

Экспериментальные исследования заявляемого способа доказали, что точность измерения повышается не менее чем в 1,5-2 раза.

Литература:

1. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения. - Минск: Высш. шк., 1986, с.271.

2. А.с. СССР 951181 кл. G 01 R 27/04, 1980.

3. а.с. СССР N 1322199, Кл. G 01 R 27/32, 1985.

4. Техника средств связи, сер. РИТ, 1980, вып.4, с.34-40.

5. Техническое описание прибора Р2-83, ЦЮ1.400.288 ТО.

Способ панорамного измерения модуля коэффициента отражения СВЧ двухполюсника основанный на подаче на вход измеряемого СВЧ двухполюсника падающего СВЧ сигнала, выделении отраженного СВЧ сигнала, квадратичном детектировании этих сигналов в постоянные напряжения, определении их отношения предварительном проведении указанных операций при подключении вместо исследуемого СВЧ двухполюсника нагрузки холостого хода, при этом определяют и при подключении вместо исследуемого СВЧ двухполюсника короткозамыкателя, при этом определяют и вычислении искомого параметра и по формуле:

отличающийся тем, что предварительно задают известной или определяют величину аналогично величине подсоединяя вместо исследуемого СВЧ двухполюсника согласованную нагрузку, а уточненное значение искомого параметра вычисляют по формуле:

где:

ρ_э и ψ_э - модуль и фаза вектора погрешности при измерении соsψ₃ определяют из анализа частотной зависимости величины задаваемой выражением

ρ - приближенное значение модуля вектора погрешности ρ_э при определении величин и значение ρ определяется из анализа частотной зависимости отношения принимаемого равным где ψ - фаза вектора погрешности р.