Способ измерения комплексных коэффициентов отражения и передачи свч четырехполюсников

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерению комплексных коэффициентов отражения и передачи СВЧ четырехполюсников. Решение содержит СВЧ генератор с присоединенным к его выходу делителем мощности, два амплитудных модулятора, четыре вентиля. При этом между выходами вентилей и входами исследуемого четырехполюсника в обоих каналах включены трехзондовые измерительные линии, а амплитудные модуляторы имеют разные некратные между собой частоты. Технический результат заключается в повышении производительности измерения комплексного коэффициента отражения и передачи СВЧ четырехполюсников. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Технической задачей изобретения является повышение производительности измерения комплексного коэффициента отражения и передачи СВЧ четырехполюсников.

Сущность способа заключается в том, что распространяющаяся от СВЧ генератора электромагнитная волна делится на две равные части, в первом и втором каналах падающие волны модулируются по амплитуде гармоническим напряжением с частотами Ω1 и Ω2 соответственно, отраженные от входов исследуемого четырехполюсника волны суммируются с падающими на трех емкостных зондах в каждом из каналов, каждая из суммарных волн детектируется своим СВЧ детектором, в первом и во втором каналах с помощью полосовых фильтров, настроенных соответственно на частоты Ω1 и Ω2, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U1…U3, несущие информацию о комплексном коэффициенте отражения со стороны первого входа четырехполюсника, аналогично из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U4…U6, несущие информацию о комплексном коэффициенте отражения со стороны второго входа четырехполюсника, прошедшие с первого канала во второй и из второго в первый через исследуемый четырехполюсник волны доходят до своих зондов, где суммируется с падающими волнами, суммарные сигналы детектируется СВЧ детекторами, с помощью полосовых фильтров, настроенных на частоту Ω312, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U7, U8 в первом и U9, U10 во втором каналах, несущие информацию о комплексном коэффициенте передачи четырехполюсника во взаимообратных направлениях, а модули коэффициентов отражения ГХ1, ГХ2, аргументы коэффициентов отражения ϕГх1, фГх2 от первого и второго входов четырехполюсника соответственно, аргументы коэффициентов передачи αКХ1, αКХ2 четырехполюсника; модули коэффициентов передачи КХ1 - от первого его входа до второго, КХ2 - от второго его входа до первого соответственно определяются по формулам:

где Uki - напряжения на выходах полосовых фильтров, полученные в режиме калибровки;

αi, βi - дифференциальные фазовые сдвиги в каналах СВЧ тракта измерителя, измеренные в режиме калибровки.

Известен способ измерения параметров четырехполюсников, с двумя рефлектометрами (Hoer С.А., A Network Analyser Incorporating two six-port Reflectometr-IEEE Trauson Microwave theory and technigues, 1997, vol. Mtt-25, №12, p. 1070-1074).

Измеряемое устройство по этому способу возбуждается с обоих входов одновременно СВЧ сигналами с разными фазовыми сдвигами. В каждом из трех режимов возбуждения рефлектометры фиксируют отношения комплексных амплитуд отраженных и падающих волн на входах измеряемого устройства. Однако известное устройство позволяет определить параметры только взаимных четырехполюсников.

Известен способ измерения параметров четырехполюсников (авторское свидетельство SU №1677669, кл. G01R 27/28, 15.09.91). Недостатком такого способа является ограниченный динамический диапазон измерений коэффициента передачи S21 в силу того, что определяется не S21, а произведением S12×S21, кроме того, для определения коэффициентов передачи S21 и S12≠S21 невзаимных четырехполюсников требуются специальные меры, усложняющие процесс измерений и снижающие точность измерений.

Известен способ измерения параметров СВЧ четырехполюсников (авторское свидетельство RU №2233454, кл. G01R 27/06, 02.09.2002). Недостатком такого способа является большая трудоемкость измерений, выраженная в двухэтапном цикле измерения и приводящая с снижению производительности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.

Измеритель содержит СВЧ генератор 1, делитель мощности 2, в первом канале первый ферритовый вентиль 3, амплитудный модулятор 4, второй ферритовый вентиль 5, трехзондовую измерительную линию с СВЧ детекторами 6, во втором канале первый ферритовый вентиль 7, амплитудный модулятор 8, второй ферритовый вентиль 9, трехзондовую измерительную линию с СВЧ детекторами 10, исследуемый четырехполюсник 11, блок аналоговой обработки 12, микроЭВМ 13 и ПЭВМ 14.

Измеритель работает следующим образом. СВЧ генератор 1 вырабатывает электромагнитную волну, которая распространяется к делителю 2. Делитель 2 делит эту волну на две равные части. С первого выхода делителя 2 по первому каналу волна распространяется к первому входу четырехполюсника 11 через, последовательно соединенные, ферритовый вентиль 3, амплитудный модулятор 4, ферритовый вентиль 5 и трехзондовую измерительную линию 6. Аналогично во втором канале волна распространяется ко второму входу четырехполюсника 11 через, последовательно соединенные, ферритовый вентиль 7, амплитудный модулятор 8, ферритовый вентиль 9 и трехзондовую измерительную линию 10. Отраженные от входов четырехполюсника 11 волны суммируются с падающими в плоскостях подключения зондов измерительных линий 6 и 10. Прошедшие во взаимообратном направлении через четырехполюсник 11 волны также суммируются с падающими в плоскостях подключения зондов измерительных линий 6 и 10.

Структурная схема блока аналоговой обработки 12 показана на фиг. 2

Блок аналоговой обработки 12 содержит: в первом канале - предварительные усилители 15…17; полосовые фильтры 18…24; блок синхронных детекторов 25;

во втором канале - предварительные усилители 26…28; полосовые фильтры 29…35; блок синхронных детекторов 36.

Режиму измерения предшествует режим калибровки.

Структурная схема измерителя в режиме калибровки показана на фиг. 3.

На первом этапе калибровки вместо четырехполюсника 11 в СВЧ тракт включаются согласованные нагрузки 15, 16. В режиме калибровки с первого выхода делителя 2 волна распространяется в сторону согласованной нагрузки 15 через последовательно соединенные ферритовый вентиль 3, амплитудный модулятор 4, ферритовый вентиль 5, трехзондовую измерительную линию 6 и полностью нагрузкой 15 поглощается. Аналогично во втором канале волна распространяется в сторону согласованной нагрузки 16 через последовательно соединенные ферритовый вентиль 7, амплитудный модулятор 8, ферритовый вентиль 9, трехзондовую измерительную линию 10 и полностью нагрузкой 16 поглощается. При этом на выходах полосовых фильтров 18, 21, 24 и 29, 32, 35 блока аналоговой обработки 12 появляются напряжения Uk1…Uk3 и Uk4…Uk6 от первого и второго каналов соответственно:

;

;

где Kd1…Kd3, Kd4…Kd6 - коэффициенты преобразования СВЧ детекторов измерительных линий 6, 10 в первом и втором каналах соответственно; ЕП1, ЕП2 - напряженности электромагнитного поля в плоскостях расположения зондов измерительных линий в 6 и 10 в первом и втором каналах соответственно.

С помощью специальной программы оператор осуществляет коррекцию неидентичности амплитудно-частотных характеристик коэффициентов Kd1…Kd3 и Kd4…Kd6 преобразования СВЧ детекторов измерительных линий 6, 10. После такой коррекции выполняются условия:

.

С учетом этого можно записать:

На втором этапе калибровки вместо четырехполюсника 11 в СВЧ тракт вместо согласованных нагрузок 15, 16 включаются эталонные короткозамыкатели. С учетом (1) для напряжений Uk1…Uk9 от первого и Uk10…Uk12 от второго каналов на выходах полосовых фильтров 18, 21, 24 и 29, 32, 35 блока аналоговой обработки 12 можно записать:

;

;

;

;

;

,

где β1…β6 - фазовые набеги в каналах в плоскостях подключения зондов измерительных линий 6, 10 соответственно.

На третьем этапе калибровки модулятор 4 первого канала находится в закрытом состоянии, а модулятор 8 второго канала в режиме амплитудной модуляции. Электромагнитная волна через регулярный волновод, подключенный вместо исследуемого четырехполюсника 11, проходит из второго канала в первый и воздействует на первые два зонда измерительной линии 6. Для напряжений на выходах полосовых фильтров 19, 22 от первого канала, настроенных на частоту Ω2, с учетом (1) можно записать:

;

,

где ЕПР1 - напряженность электромагнитного поля в плоскостях расположения зондов измерительной линии 6.

Аналогично на четвертом этапе калибровки модулятор 8 второго канала находится в закрытом состоянии, а модулятор 4 первого канала в режиме амплитудной модуляции, электромагнитная волна через регулярный волновод, подключенный вместо исследуемого четырехполюсника 11, проходит из первого канала во второй и воздействует на первые два зонда измерительной линии 10. Для напряжений на выходах полосовых фильтров 30, 33 от второго канала, настроенных на частоту Ω1, с учетом (1) можно записать:

;

,

где ЕПР2 - напряженность электромагнитного поля в плоскостях расположения зондов измерительной линии 8.

На пятом этапе калибровки оба канала открыты (модуляторы 4, 8 работают в режиме амплитудной модуляции), электромагнитные волны через регулярный волновод, подключенный вместо исследуемого четырехполюсника 11, проходят во взаимообратных направлениях, воздействует на первые два зонда измерительной линии 6 в первом канале и на первые два зонда измерительной линии 10 во втором канале. При этом для напряжений на выходах полосовых фильтров 20, 23 от первого канала, настроенных на частоту Ω312, с учетом (1) можно записать:

;

,

а на выходах полосовых фильтров 31, 34 от второго канала, настроенных на частоту Ω312 с учетом (1) можно записать:

;

.

Измерительная информация, полученная при калибровке, обрабатывается и запоминается в виде констант, которые используются при измерении параметров исследуемого четырехполюсника 11.

В режиме измерения в первом и втором каналах падающие волны модулируются по амплитуде гармоническим напряжением с частотами Ω1 и Ω2 соответственно, отраженные от входов исследуемого четырехполюсника 11 волны суммируются с падающими на трех емкостных зондах измерительных линий в каждом из каналов, каждая из суммарных волн детектируется своим СВЧ детектором, в первом и во втором каналах с помощью полосовых фильтров 18, 21, 24 от первого канала и 29, 32, 35 от второго канала, настроенных соответственно на частоты Ω1 и Ω2. Из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U1…U3 от первого и U4…U6 от второго каналов:

;

;

;

;

;

,

где αXi - аргумент коэффициента отражения исследуемого четырехполюсника 11.

Прошедшая со второго канала в первый через исследуемый четырехполюсник 11 волна доходит до зондов измерительной линии 6, где суммируется с падающими волнами. Суммарные сигналы детектируется СВЧ детекторами этой линии. С помощью полосовых фильтров 20, 23, настроенных на частоту Ω312, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U7, U8.

Прошедшая с первого канала во второй через исследуемый четырехполюсник 11 волна доходит до зондов измерительной линии 10, где суммируется с падающими волнами. Суммарные сигналы детектируется СВЧ детекторами этой линии. С помощью полосовых фильтров 31, 34, настроенных на частоту Ω312, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U9, U10.

При этом для напряжений U7…U10, несущих информацию о комплексных коэффициентах передачи четырехполюсника 11 во взаимообратных направлениях можно записать:

;

;

;

.

При этом модули коэффициентов отражения ГХ1, ГХ2, аргументы коэффициентов отражения ϕГх1, ϕГх2 от первого и второго входов четырехполюсника соответственно, аргументы коэффициентов передачи αКХ1, αКХ2 четырехполюсника; модули коэффициентов передачи КХ1 - от первого его входа до второго, КХ2 - от второго его входа до первого соответственно определяются по формулам:

;

;

;

;

;

;

;

.

Таким образом, измерительный цикл по предлагаемому способу осуществляется в один этап. При этом одновременно измеряются все восемь параметров исследуемого четырехполюсника, что увеличивает производительность измерений по сравнению с прототипом. Измерители, основанные на предлагаемом способе, найдут применение при панорамных измерениях параметров взаимных и невзаимных СВЧ устройств, например, ферритовых вентилей и других СВЧ четырехполюсников.

1. Способ измерения комплексных коэффициентов отражения и передачи СВЧ четырехполюсников, основанный на амплитудной модуляции СВЧ сигналов в двухканальном устройстве, отличающийся тем, что распространяющаяся электромагнитная волна от СВЧ генератора делится на две равные части, в первом и втором каналах электромагнитные волны модулируются по амплитуде гармоническим напряжением с частотами Ω1 и Ω2 соответственно, отраженные от входов исследуемого четырехполюсника волны суммируются с падающими на трех емкостных зондах в каждом из каналов, каждая из суммарных волн детектируется своим СВЧ детектором, в первом и во втором каналах с помощью полосовых фильтров, настроенных соответственно на частоты Ω1 и Ω2, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U1…U3, несущие информацию о комплексном коэффициенте отражения со стороны первого входа четырехполюсника, аналогично U4…U6, несущие информацию о комплексном коэффициенте отражения со стороны второго входа четырехполюсника, прошедшие с первого канала во второй и из второго в первый через исследуемый четырехполюсник волны доходят до своих зондов, где суммируются с падающими волнами, суммарные сигналы детектируются СВЧ детекторами трехзондовых измерительных линий, с помощью полосовых фильтров, настроенных на частоту Ω312, из спектра продетектированных сигналов выделяются гармонические составляющие U7, U8 в первом и U9, U10 во втором каналах, несущие информацию о комплексном коэффициенте передачи четырехполюсника во взаимообратных направлениях, а модули коэффициентов отражения ГХ1, ГХ2, аргументы коэффициентов отражения ϕГх1, ϕГх2 от первого и второго входов четырехполюсника соответственно, аргументы коэффициентов передачи αКХ1, αКХ2 четырехполюсника; модули коэффициентов передачи КХ1 - от первого его входа до второго, КХ2 - от второго его входа до первого соответственно определяются по формулам:

где Uki - напряжения на выходах полосовых фильтров, полученные в режиме калибровки;

αi, βi - дифференциальные фазовые сдвиги в каналах СВЧ тракта измерителя, измеренные в режиме калибровки.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее СВЧ генератор с присоединенным к его выходу делителем мощности, два амплитудных модулятора, четыре вентиля, отличающееся тем, что между выходами вентилей и входами исследуемого четырехполюсника в обоих каналах включены трехзондовые измерительные линии, а амплитудные модуляторы имеют разные некратные между собой частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано измерения S-параметров четырехполюсников. Способ измерения S-параметров четырехполюсников СВЧ, предназначенных для включения в микрополосковую линию, заключается в том, что четырехполюсник включают в анализатор, далее измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе при двух различных относительных сдвигах входного и выходного зондирующих сигналов.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано для адекватного измерения S-параметров транзисторов, предназначенных для включения в микрополосковую линию.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении абсолютных комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей и СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерениях комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх (СВЧ-смесителей), когда промежуточная частота лежит выше частоты входного преобразуемого сигнала.
Изобретение относится к способам определения передаточных функций (ПФ) линейных радиоэлектронных и радиотехнических систем, включая естественные и искусственные радиоканалы различных диапазонов.

Изобретение относится к калибровке инструментов, используемых для измерения поведения сигналов. Технический результат – получение характеристики сети и выполнение калибровки сети с неподдерживаемыми типами разъема, которые не отслеживают в соответствии с известными стандартами.

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.

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).

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.).

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерению комплексных коэффициентов отражения и передачи СВЧ четырехполюсников. Решение содержит СВЧ генератор с присоединенным к его выходу делителем мощности, два амплитудных модулятора, четыре вентиля. При этом между выходами вентилей и входами исследуемого четырехполюсника в обоих каналах включены трехзондовые измерительные линии, а амплитудные модуляторы имеют разные некратные между собой частоты. Технический результат заключается в повышении производительности измерения комплексного коэффициента отражения и передачи СВЧ четырехполюсников. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх