Способ аттестации собственных s-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников свч

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при аттестации и контроле собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Техническим результатом является повышение точности измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ. Для повышения точности измерений предлагается способ, заключающийся в том, что измеряют эталонные согласованную нагрузку, нагрузку короткого замыкания и нагрузку холостого хода, присоединяя их один раз непосредственно к аттестуемому измерительному порту, а второй раз через линию передачи калиброванной длины, используя эталонные, измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок и расчетное значение коэффициента передачи линии передачи калиброванной длины получают зависимости остаточных S-параметров, характеризующих эквивалентный четырехполюсник погрешностей, через которые вычисляют истинные величины коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода, и согласованной нагрузки, которые затем используют для вычисления истинных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, которые используют при измерениях испытуемых четырехполюсников СВЧ. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при аттестации и контроле собственных S-параметров устройств для измерения комплексных (модуля и фазы) коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.

Такие устройства часто именуют анализаторами цепей. Так как четырехполюсник есть только элемент цепи с характеристиками, подлежащими измерению, то в дальнейшем, для краткости, устройства для измерения комплексных (модуля и фазы) коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ будем называть измерителями характеристик четырехполюсников СВЧ.

Известно, что собственные S-параметры измерительных портов измерителей характеристик четырехполюсников СВЧ входят составляющими в величины измеряемых с их помощью коэффициентов передачи и отражения и должны учитываться (Абубакиров Б.А., Гудков К.Г., Нечаев Э.В. «Измерение параметров радиотехнических цепей» М., Радио и связь, 1984, с.145). Измерительный порт включает в себя входной разъем и связанный с ним внутренний тракт измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ. Для определения (измерения и вычисления) собственных S-параметров применяют режим аттестации (калибровки). Аттестация измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ заключается в вычислении собственных S-параметров его измерительных портов как комплексных величин, характеризуемых модулем и фазой. Для аттестации применяют эталонные нагрузки короткого замыкания (КЗ), холостого хода (XX) и согласованную нагрузку (СН), зависимости модуля и фазы коэффициентов отражения которых от частоты известны, и занесены в их калибровочные таблицы (паспортные величины).

Все известные способы определения собственных S-параметров измерителей характеристик четырехполюсников СВЧ основаны на использовании известного уравнения, связывающего коэффициенты отражения одной пары полюсов четырехполюсника с коэффициентом отражения нагрузки, присоединенной к другой паре его полюсов через собственные S-параметры этого четырехполюсника (Фельдштеин А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. «Справочник по элементам волноводной техники» Изд. 2-е. М., Советское радио, 1967, с.17);

в котором Гвх - результат измерения, а Гн - величина коэффициента отражения нагрузки, присоединенной к зажимам четырехполюсника. Измеряя три эталонные нагрузки КЗ, XX, СН, поочередно присоединяемые к разъему аттестуемого измерительного порта измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ, на основании измеренных с его помощью коэффициентов отражений нагрузок , и , и используя паспортные, известные значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок , и , составляют три уравнения, для расчета трех неизвестных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта: S11 - его направленности, S22 - коэффициента отражения измерительного порта и произведения S12S21 - коэффициентов передачи измерительного порта, решая которые находят численные величины собственных S-параметров измерительного порта. В формулу (1) и ее модификации параметры S12 и S21 всегда входят в виде произведения S12S21, поэтому знание их порознь не принципиально, что позволяет составлять три уравнения для нахождения S11, S22 и S12S21.

Известны способы для определения собственных S-параметров, в которых используют одну из нагрузок XX или СН и нагрузку КЗ, присоединяя их поочередно к разъему аттестуемого измерительного порта один раз непосредственно, а другой раз через меру волнового сопротивления (МВС), представляющую собой линию передачи в четверть длины волны или кратную ее длине на частоте измерений с коэффициентом передачи, равным единице. В связи с тем, что коэффициент отражения нагрузки КЗ может быть рассчитан, а сама нагрузка изготовлена с точностью, превышающей влияние ее разъемного соединения, считают, что она имеет практически идеальный коэффициент отражения. Это позволяет в двух из трех уравнений для вычисления собственных S-параметров применить более точные величины эталонных коэффициентов отражений и тем самым снизить погрешность определения собственных S-параметров. Численные значения собственных S-параметров каждого из аттестуемых измерительных портов измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ используют в процессе его эксплуатации для коррекции результатов измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Наиболее близким аналогом заявленному способу является способ калибровки анализаторов цепей, заключающийся в измерении калибруемым анализатором цепей нагрузки короткого замыкания при ее непосредственном присоединении к одному из его входов и присоединении через отрезок регулярного волновода (по сути МВС), с помощью которого дополнительно измеряют произвольную нагрузку, присоединяя ее к входному разъему анализатора цепей один раз непосредственно, а другой раз через отрезок регулярного волновода. Полученные результаты измерений используют для расчета собственных S-параметров S11(l00), S21(l01), S22(l11) (а.с. СССР №943603, МПК G01R 27/32, Опубл. 15.07.82, Бюл. №26). В процессе калибровки производят дополнительные измерения для определения собственного коэффициента передачи: один раз непосредственно соединяя друг с другом его выходные разъемы (вход-выход), второй раз соединяя их через отрезок регулярного волновода, а третий раз в их разомкнутом состоянии, но нагруженными на согласованные нагрузки.

Однако применение произвольной нагрузки или одного из входов анализатора цепей в качестве таковой, электрические параметры которых до измерений неизвестны, приводит к большим ошибкам определения собственных S-параметров. При таких способах аттестации, как показано в работе Dong Rytting "Advances in microwave error correction techniques", Hewlett Packard, Santa Rosa, California 95401, 1987, р.34-37, возникают ошибки, связанные с отличием коэффициента отражения нагрузки XX от единицы, а коэффициента отражения нагрузки СН от нуля, и ошибки, связанные с погрешностью аттестации численных величин самих коэффициентов отражения этих эталонных нагрузок. Измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ определяет эти коэффициенты с погрешностями, которые вызваны погрешностью определения численных величин собственных S-параметров его измерительных портов, которые, в свою очередь, возникают из-за погрешности определения численных величин коэффициентов отражения эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, используемых для определения собственных S-параметров в процессе их аттестации. Известные способы определения численных величин собственных S-параметров измерительных портов устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ эти погрешности не устраняют, что снижает точность измерений.

Технической задачей предлагаемого способа аттестации собственных S-параметров является повышение точности измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Для решения технической задачи предлагается способ аттестации собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, заключающийся в том, что дважды измеряют коэффициенты отражений трех эталонных нагрузок: короткого замыкания, холостого хода и согласованной нагрузки, присоединяя их один раз непосредственно к аттестуемому измерительному порту, а второй раз присоединяя каждую из них к аттестуемому измерительному порту через линию передачи калиброванной длины - меру волнового сопротивления с расчетными модулем и фазой ее коэффициента передачи. Используя измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через линию калиброванной длины, а также используя эталонные значения этих нагрузок и расчетное значение коэффициента передачи меры волнового сопротивления получают зависимости остаточных S-параметров, характеризующих эквивалентный четырехполюсник погрешностей, постоянно присутствующий между эталонным измерительным портом и нагрузкой. Путем приведения значений этих остаточных S-параметров к значениям параметров идеально согласованного по входу и выходу четырехполюсника без потерь находят расчетные зависимости величин коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки в диапазоне частот измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Выбирают значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок в окрестности частот, где электрическая длина меры волнового сопротивления кратна четверти длины волны, исключая окрестности особых точек ее кратности половине длины волны, и по выбранным значениям аппроксимируют амплитудно-частотные и фазочастотные зависимости коэффициентов отражений каждой из эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, В результате аппроксимации получают истинные величины коэффициентов отражений эталонных холостого хода и согласованных нагрузок, которые затем используют для вычисления истинных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, которые используют при измерениях испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что коэффициенты отражения трех эталонных нагрузок короткого замыкания, холостого хода и согласованной нагрузки измеряют дважды. Первый раз - непосредственно поочередно присоединяя их к аттестуемому измерительному порту устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Второй раз измеряют коэффициенты отражения трех эталонных нагрузок, присоединяя каждую из них к аттестуемому измерительному порту через линию передачи калиброванной длины - меру волнового сопротивления с расчетными модулем и фазой ее коэффициента передачи. Измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через линию калиброванной длины, а также эталонные значения этих нагрузок и расчетное значение коэффициента передачи меры волнового сопротивления используют для получения зависимости остаточных S-параметров, характеризующих эквивалентный четырехполюсник погрешностей, постоянно присутствующий между эталонным измерительным портом и нагрузкой. Путем приведения значений этих остаточных S-параметров к значениям параметров идеально согласованного по входу и выходу четырехполюсника без потерь, находят расчетные зависимости величин коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки в диапазоне частот измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Выбирают значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок в окрестности частот, где электрическая длина меры волнового сопротивления кратна четверти длины волны, исключая окрестности особых точек ее кратности половине длины волны, и по выбранным значениям аппроксимацией находят истинные величины коэффициентов отражений эталонных холостого хода и согласованных нагрузок, которые затем используют для вычисления истинных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ - измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ. Устройство содержит генератор СВЧ 1 испытательных сигналов, присоединенный к переключателям 2 и 3, к каждому из которых подсоединена одна согласованная нагрузка 4 и 5 соответственно, а также по одному рефлектометру 6 и 7 соответственно, один рефлектометр состоит из встречно включенных направленных ответвителей (НО) 8 и 9, а второй - из встречно включенных НО 10 и НО 11, сигналы с детекторов направленных ответвителей поступают на соответствующие входы 12, 13, 14, 15 векторного вольтметра 16, испытуемый четырехполюсник СВЧ 17, имеющий два разъема 18 и 19, подключается между двух рефлектометров 6 и 7.

С помощью такого устройства способ осуществляется следующим образом. Для измерения коэффициента передачи испытуемого четырехполюсника СВЧ 17 со стороны его разъема 18 переключатели 2 и 3 ставят в положение 2 их подвижных контактов, нагружая первичный канал НО 10 через переключатель 7 на согласованную нагрузку 5, а испытательный сигнал от генератора СВЧ 1 через переключатель 2 подают через первичные каналы НО 8 и НО 9, на входной разъем 18 испытуемого четырехполюсника СВЧ 17, с выхода 19 которого этот испытательный сигнал СВЧ через первичные каналы НО 11 и НО 10 и переключатель 3 поступает на согласованную нагрузку 5. Коэффициент передачи измеряют как отношение сигналов на входах 15 и 12 векторного вольтметра 16, которые поступают со вторичных каналов НО 11 и НО 8. Векторный вольтметр 16 реагирует на амплитуду и на фазу сигналов. Для измерения коэффициента отражения испытуемого четырехполюсника СВЧ 17 со стороны его разъема 18 векторным вольтметром 16 измеряют отношение сигналов на его входах 13 и 12, которые поступают со вторичных каналов НО 9 и НО 8.

Измерение коэффициента передачи и отражения испытуемого четырехполюсника СВЧ 17 со стороны его разъема 19 производят аналогично вышеописанному. Для этого переключатели 2 и 3 ставят в положение 1 их подвижных контактов, изменяя тем самым направление подачи испытательного сигнала на противоположное. Для измерения коэффициента передачи испытуемого четырехполюсника СВЧ 17 со стороны его разъема 19 измеряют отношение сигналов на входах 13 и 14 векторного вольтметра 16, а коэффициент отражения как отношение сигналов на его входах 15 и 14.

Аттестация измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ заключается в поочередном определении (измерении и вычислении) собственных S-параметров, как комплексных величин характеризуемых модулем и фазой, его измерительных портов включающих в себя входной разъем и связанный с ним внутренний тракт измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ. В основу аттестации измерительных портов положено уравнение (1). Для аттестации применяют эталонные нагрузки холостого хода (XX), короткого замыкания (КЗ) и согласованную нагрузку (СН), зависимости модуля и фазы коэффициентов отражения которых от частоты известны или находятся известным способом и занесены в их калибровочные таблицы (паспортные величины). Комплексные коэффициенты отражений для краткости называют просто коэффициентами отражений, имея в виду их комплексный характер. Истинные коэффициенты отражений для эталонных нагрузок XX и СН обозначают и соответственно. Паспортные коэффициенты отражений этих эталонных нагрузок и , которые отличаются от истинных на величину погрешности калибровки (на что указывает звездочка), получают путем их измерения на аппаратуре известными способами, а для нагрузки расчетным путем, считая для нее расчетное значение идеально точным, не требующим коррекции. Поэтому дальнейшая задача состоит в устранении погрешностей калибровки паспортных значений только эталонных нагрузок XX и СН. Эталонные нагрузки поочередно присоединяют к аттестуемому измерительному порту измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ и измеряют их коэффициенты отражений, которые обозначают как: для , для , для во всех частотных точках их калибровочных таблиц. В дальнейшем целесообразно рассматривать аттестацию только для одной частотной точки, имея в виду, что в остальных она аналогична. По формуле (1) составляют уравнения, связывающие измеряемые и измеренные коэффициенты отражений через собственные S-параметры: S11, S22, S12S21, аттестуемого измерительного порта измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ в виде:

Решая систему уравнений (2), (3), (4) относительно собственных S-параметров находят выражения для них в общем виде

Подставляя в них численные значения , , , , , находят численные величины , , . В связи с тем, что в калибровочных таблицах и определены с погрешностями калибровки, рассчитанные S*-параметры отличаются от идеальных (без погрешностей) тем, что в них заключены погрешности калибровки, в виде остаточных S-параметров, которые обозначают как Sост. Остаточные S-параметры характеризуют эквивалентный четырехполюсник погрешностей, являющихся результатом погрешностей калибровки паспортных значений коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, и, следовательно, постоянно присутствующих между ними и аттестуемым измерительным портом, влияя на точность определения собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта. Затем измеряют коэффициенты отражений этих же эталонных нагрузок КЗ, XX и СН, но присоединяя их поочередно к разъему аттестуемого измерительного порта через линию передачи калиброванной длины - меру волнового сопротивления (МВС), единую для всех рабочих частот и эталонных нагрузок. Геометрическую длину - L МВС выбирают так, чтобы она была кратна четверти длины волны на нескольких частотах рабочего диапазона измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ. В частности для диапазона 1÷18 ГГц длина МВС равна 73 мм, что кратно четверти длин волны на частотах 1, 3, 5, 7, 11, 13, 15, 17 ГГц. Фиксируют численные значения коэффициентов отражений этих эталонных нагрузок, измеренных совместно с МВС, которые в общем виде обозначают: для , для , для . Коэффициенты отражений эталонных нагрузок, соединенных совместно с МВС, обозначают как: ( с МВС) - , ( с МВС) - , ( с МВС) - . Для каждой эталонной нагрузки, используя уравнение (1), составляют уравнения, связывающие измеренные коэффициенты отражений эталонных нагрузок, соединенных совместно с МВС, с их коэффициентами отражений через собственные S-параметры в виде:

Из формул (9), (10), (11) получают выражения для нахождения коэффициентов отражений эталонных нагрузок, соединенных совместно с МВС, в виде:

Подставляют в выражения (12), (13) и (14) измеренные численные значения коэффициентов отражения , , и численные значения , , , находят численные значения эталонных коэффициентов отражения нагрузок КЗ, XX, и СН, соединенных вместе с МВС, - , и соответственно.

Применяют формулу (1) для каждого типа эталонных нагрузок, подставляя в нее вместо результата измерения коэффициента отражения , и ; вместо - выражения для этих же коэффициентов отражений в виде произведения коэффициентов отражения эталонных нагрузок на частоте измерений на комплексный коэффициент передачи МВС - М, а вместо S-параметров - остаточные Sост-параметры, получают выражения:

В идеальном случае отсутствия погрешностей калибровки и должны быть равны нулю, а произведение должно быть равно единице и тогда (15), (16) и (17) превращаются в тождества. Решают уравнения (15), (16), (17) относительно остаточных Sост-параметров и получают выражения:

Подставляя в них численные значения , , , значения эталонных коэффициентов , из калибровочных таблиц, и расчетные значения комплексного коэффициента передачи , который вычисляют по формуле:

в которой AG - потери испытательного сигнала СВЧ в MBС за счет скин-эффекта, который рассчитывают по эмпирической формуле:

Fa - частота измерений в [МГц], φ - сдвиг фаз, вносимый геометрической длиной МВС - L, на частоте измерения, рассчитывающийся по формуле

λ - длина волны испытательного сигнала на частоте измерений Fa, в свою очередь, определяемая по формуле

в которой 1,000649 - диэлектрическая проницаемость воздуха, F - частота испытательного сигнала в Гц.

В результате получаем численные значения , , . При получении формул (15), (16), (17) считается, что в идеальном случае , , . Следовательно, Sост - это параметры, отличающиеся от S-параметров идеально согласного по входу и выходу четырехполюсника без потерь (у которого в общем виде S11 и S22 равны нулю, а произведение S12S21 равно единице) на величину погрешностей аттестации, включающую: как величины погрешностей калибровки коэффициентов отражения эталонных нагрузок , и отличие расчетного коэффициента передачи МВС - М* от реального. Таким образом, величины, на которые параметры и отличаются от нуля, a от единицы, являются погрешностями аттестации, которые в сложном виде содержатся в S-параметрах.

Если погрешности калибровки отсутствуют, то и должны быть равны нулю, а произведение должно быть равно единице, что соответствует идеальному случаю отсутствия погрешностей калибровки.

На этом основании в формулы (12), (13) и (14) вместо S11, S22 и S12S21 подставляют их общие выражения (5), (6) и (7), выражая из которых , , , получают уравнения:

В формулах (18), (19) и (20) и приравнивают к нулю, а произведение приравнивают к единице (что эквивалентно минимизации погрешностей калибровки) и одновременно заменяют коэффициенты отражений , , их выражениями из формул (24), (25) и (26), в результате чего получают системы уравнений:

в которых , , представляют собой выражения согласно формулам (24), (25) и (26). В этой системе уравнений, согласно вышесказанному, присутствуют только следующие коэффициенты , , , , , , , , , М, из которых принимают за известные все, кроме , и М. Если решать эту систему аналитически относительно трех неизвестных , и М, то в результате решения, исключая особые точки, получится двадцать четыре набора решений для каждой частотной точки. Только единственный из этих вариантов содержит истинные значения коэффициентов - отражений эталонных нагрузок , и коэффициента передачи МВС - М.

Для упрощения расчетов и сокращения времени определения искомых параметров численные значения , и М находят, решая систему уравнений (27), (28), (29), численными методами в окрестностях их эталонных значений , , , взятых из калибровочных таблиц и расчетных величин модулей коэффициентов передачи и сдвигов фаз, вносимых МВС на частотах измерений.

Таким образом, находят расчетные истинные, численные значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, в которых отсутствуют погрешности калибровки коэффициентов отражений эталонных нагрузок , , и погрешности вычислений коэффициентов передачи МВС - .

В зависимости от ширины рабочего диапазона частот конкретного измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ и количества частотных точек калибровки все вышеизложенные измерения и вычисления производят, например, для диапазона (1÷40) ГГц в 1700 точках; в результате получают зависимости расчетных численных значений истинных коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки от частоты, но в которых присутствуют погрешности, связанные с переходом фазы сигнала на частоте измерений через ноль. Каждая из этих зависимостей состоит из двух зависимостей амплитудно-частотного и фазочастотного сомножителей.

В связи с тем, что электрическая длина МВС содержит несколько полных периодов длин волн в рабочем диапазоне измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ, амплитудные зависимости имеют разрывы функции в точках, когда электрическая длина МВС относительно длины волны становится равной , где λ - длина волны на частоте измерений. Известно, что амплитудно-частотные зависимости истинных коэффициентов отражений эталонных нагрузок, холостого хода и согласованной нагрузки, описываются гладкими функциями.

Поэтому выбирают значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок в окрестности частот, где электрическая длина МВС кратна четверти длины волны, исключая окрестности частот точек разрыва, где электрическая длина МВС кратна . По выбранным значениям аппроксимируют амплитудно-частотные зависимости модулей коэффициентов отражений каждой из эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, подобно, но учитывая периодичность фазы, аппроксимируют фазочастотные сомножители.

Таким образом, получают окончательные значения истинных величин модуля и фазы коэффициентов отражений эталонных нагрузок XX и СН в каждой частотной точке калибровки измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ, в которых отсутствуют рассмотренные ранее погрешности. Эти окончательные значения истинных величин модуля и фазы коэффициентов отражений эталонных нагрузок XX и СН, вместе с вычисленной истинной величиной комплексного коэффициента отражения эталонной нагрузки КЗ используют (вместо , , соответственно) в формулах (5), (6), (7) для вычисления истинно собственных S-параметров в каждой частотной точке аттестуемого измерительного порта измерителя характеристик четырехполюсников СВЧ, которые затем заносят в память его контроллера и используют при измерениях испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Используя измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых поочередно к разъему аттестуемого измерительного порта и через линию калиброванной длины, а также вычисленные истинные собственные S-параметры повторно вычисляют зависимости остаточных S-параметров аттестуемого измерительного порта, которые затем заносят в память его контроллера и используют при вычислении погрешностей измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Если аттестация производится с помощью волноводного тракта, то все вышеописанное справедливо и для него, за исключением того, что значения МВС - рассчитываются для каждого типа волновода по соответствующей формуле.

Таким образом уменьшаются погрешности определения численных величин комплексных коэффициентов отражения эталонных нагрузок, холостого хода и согласованной нагрузки, используемых при определении собственных S-параметров измерительного порта устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, что, в свою очередь, повышает точность измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ.

Способ аттестации собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, заключающийся в том, что измеряют нагрузку короткого замыкания и согласованную нагрузку один раз непосредственно, присоединяя их к аттестуемому измерительному порту, а второй раз через меру волнового сопротивления, отличающийся тем, что измеряют эталонные согласованную нагрузку, нагрузку короткого замыкания и нагрузку холостого хода, присоединяя их один раз непосредственно к аттестуемому измерительному порту, а второй раз присоединяя каждую из них к аттестуемому измерительному порту через меру волнового сопротивления с расчетными модулем и фазой ее коэффициента передачи, используя измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через линию калиброванной длины, а также, используя эталонные значения этих нагрузок и расчетное значение коэффициента передачи меры волнового сопротивления, получают зависимости остаточных S-параметров, характеризующих эквивалентный четырехполюсник погрешностей, постоянно присутствующий между эталонным измерительным портом и нагрузкой, путем приведения значений этих остаточных S-параметров к значениям параметров идеально согласованного по входу и выходу четырехполюсника без потерь, находят расчетные зависимости величин коэффициентов отражений эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки в диапазоне частот измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, выбирают значения коэффициентов отражений эталонных нагрузок в окрестности частот, где электрическая длина меры волнового сопротивления кратна четверти длины волны, исключая окрестности особых точек ее кратности половине длины волны, и по выбранным значениям аппроксимируют амплитудно-частотные и фазочастотные зависимости коэффициентов отражений каждой из эталонных нагрузок холостого хода и согласованной нагрузки, в результате чего получают истинные величины коэффициентов отражений эталонных холостого хода и согласованных нагрузок, которые затем используют для вычисления истинных собственных S-параметров аттестуемого измерительного порта измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, которые используют при измерениях испытуемых четырехполюсников СВЧ, используя измеренные значения коэффициентов отражений трех эталонных нагрузок, присоединяемых непосредственно к аттестуемому измерительному порту и через линию калиброванной длины, а также вычисленные истинные собственные S-параметры, повторно вычисляют зависимости остаточных S-параметров аттестуемого измерительного порта, которые используют при вычислении погрешностей измерений испытуемых четырехполюсников СВЧ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве.

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве.

Изобретение относится к способам определения передаточных функций линейных радиоэлектронных систем. .

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для регистрации и оценки отклонения фазового сдвига земного излучения в двух разных пространственных точках.

Изобретение относится к способу и прибору для характеризации линейных свойств электрического многопортового компонента. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерениях амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников СВЧ. .

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Сущность изобретения: в устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, содержащее двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов, испытуемый четырехполюсник СВЧ, двухканальный супергетеродинный приемник, имеющий первый и второй СВЧ смесители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, управляющий компьютер, индикатор отношений, первый дискретно регулируемый операционный усилитель, состоящий из первого усилителя, первого переменного и первого постоянного резисторов, второго дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из второго усилителя и второго переменного и второго постоянного резисторов, дополнительного генератора, переменного аттенюатора, равноплечного делителя, вольтметра, блока управления и шести переключателей, дополнительно ввести первый и второй ампервольтметры, вычислитель и четыре переключателя. Технический результат заключается в повышении точности измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик СВЧ-устройств. Способ заключается в том, что в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящем из двухчастотного источника первого и второго когерентных испытательных сигналов СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, включающего два входных полупроводниковых СВЧ-смесителя и индикатор отношений уровней сигналов, в первом и втором его каналах измеряют сумму и разность фазовых сдвигов двух полупроводниковых СВЧ-смесителей, включенных на входах двухканального супергетеродинного приемника. Определяют фазовые сдвиги каждого из аттестуемых смесителей на рабочих частотах их испытательных сигналов СВЧ и в рабочих точках их вольтамперных характеристик. Затем, используя аналитические выражения, связывающие фазовый сдвиг каждого СВЧ-смесителя с емкостью p-n-перехода его полупроводникового диода, вычисляют эту емкость для каждого из двух аттестуемых СВЧ-смесителей. Применяя равенство, связывающее дифференциальное изменение величины абсолютного фазового сдвига аттестуемого СВЧ-смесителя в зависимости от величины тока, протекающего через смесительный диод с его электрическими параметрами и емкостью p-n-перехода, вычисляют амплитудно-фазовую погрешность полупроводникового диода аттестуемого СВЧ-смесителя на его рабочей частоте и в рабочей точке его вольтамперной характеристики в зависимости от изменения амплитуды испытательного сигнала СВЧ. Технический результат заключается в повышении точности измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. 1 ил.

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты предназначен для определения фазовой погрешности преобразователей частоты, предназначенных для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Измеритель состоит из последовательно соединенных управляемого источника испытательных сигналов, первого управляемого делителя напряжения, исследуемого преобразователя частоты, второго управляемого делителя напряжения, управляемого коммутатора сигналов, первого усилителя ограничителя, фазового детектора, микроконтроллера, жидкокристаллического индикатора, управляемого компенсатора фазового сдвига, соединенного своим входом с выходом управляемого источника испытательных сигналов, а выходом - с управляемым коммутатором сигналов и вторым усилителем-ограничителем, выход которого подключен ко входу фазового детектора. Введение в устройство второго управляемого делителя напряжения с соответствующими циклами управления стабилизировало уровень выходного сигнала исследуемого преобразователя частоты и позволило повысить точность измерения фазоамплитудной характеристики. Для исключения собственной фазовой погрешности введенного делителя напряжения использован в цепи сигнала промежуточной частоты управляемый компенсатор фазового сдвига, идентичного второму управляемому дополнительному делителю напряжения. Введение соответствующих связей и их временная коммутация с другими элементами устройства исключает собственную фазовую погрешность делителя напряжения, изменяющего уровень входного измерительного сигнала преобразователя частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерения фазоамплитудных характеристик преобразователей частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (СВЧ-смесителей). Устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, первого, второго, третьего, четвертого направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого СВЧ-смесителя, опорного СВЧ-смесителя, СВЧ-генератора. В устройство дополнительно введены смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, первый и второй смесители промежуточной частоты, второй, третий, четвертый переключатели, генератор опорных частот, компаратор и компьютер, образующие вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник. Связи вновь введенных элементов между собой и общими с прототипом элементами в совокупности образуют устройство, позволяющее определять абсолютные комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемого СВЧ-смесителя без выполнения переключений и переподсоединений в СВЧ-трактах. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, оно может быть применено в пищевой промышленности для измерения концентрации водно-спиртовых растворов. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение реализации устройства и повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем отрезок коаксиальной длинной линии, два чувствительных элемента, рабочий и эталонный, в виде отрезков коаксиальной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, электронный блок и подсоединенный к его выходу регистратор, каждый чувствительный элемент подсоединен в качестве оконечной нагрузки к соответствующему концу отрезка коаксиальной длинной линии, к которому подключен электронный блок, причем центральный проводник и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на одном конце отрезка коаксиальной длинной линии, а наружная поверхность внутреннего цилиндра и наружный цилиндр подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на другом конце отрезка коаксиальной длинной линии. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении группового времени запаздывания и для определения действительного значения сдвига фаз устройств с преобразованием частоты (смесителей). Устройство содержит испытуемый преобразователь частоты, гетеродин, генератор испытательных сигналов, опорный преобразователь частоты. Дополнительно в устройство введены управляемый фазовращатель, управляющее устройство, первый и второй фазовращатели, первый и второй синхронные детекторы, измеритель временных интервалов. Выход генератора испытательных сигналов одновременно соединен с первым входом опорного преобразователя частоты, с первым входом первого синхронного детектора и с первым входом управляемого фазовращателя. Второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства. Выход управляемого фазовращателя одновременно соединен с входом первого фазовращателя и первым входом испытуемого преобразователя частоты, выход которого соединен с входом второго фазовращателя. Второй вход испытуемого преобразователя частоты соединен одновременно с выходом гетеродина и со вторым входом опорного преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора. При этом выходы первого и второго фазовращателей соединены со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно. Выходы первого и второго синхронных детекторов соединены с первым и вторым входами измерителя временных интервалов соответственно. Технический результат заключается в расширении диапазона частот, на которых могут осуществлять измерения, и в повышении точности измерения группового времени запаздывания преобразователей частоты с промежуточной частотой, лежащей в диапазоне СВЧ. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. Измеритель содержит генератор качающейся частоты (ГКЧ) 1, измеряемый объект (ИО) 2, амплитудный детектор (АД) 3, делитель (Дл) 4, формирователь опорного сигнала (ФОС) 5, индикатор (ИД) 6, преобразователь частоты в напряжение (ПЧН) 7, первый дифференциатор (ДФ) 8, компаратор (КП) 9, согласующий блок (СБ) 10, масштабный усилитель (МУ) 14, амплитудный селектор (АС) 15, первый временной селектор (ВС) 16, первый декадный счетчик (ДС) 17, второй дешифратор (ДШ) 18. Формирователь опорного сигнала (ФОС) 5 содержит преобразователь частоты в код (ПЧК) 11, первый дешифратор (ДШ) 12, блок хранения и выборки (БХВ) 13. В измеритель дополнительно введены второй дифференциатор (ДФ) 19, первый триггер (Тр) 20, инвертор (ИВ) 21, генератор счетных импульсов (ГСИ) 22, второй триггер (Тр) 23, второй временной селектор (ВС) 24, схема совпадения (СС) 25, генератор нониусных импульсов (ГНИ) 26, второй декадный счетчик (ДС) 27, третий дешифратор (ДШ) 28. Технический результат заключается в повышении точности цифрового измерения полосы пропускания амплитудно-частотных характеристик. 4 ил.
Наверх