Способ измерения @ -параметров многополюсника

 

Изобретение может быть использовано для измерения 3 -параметров антенных решеток и взаимных пассивных четырехполюсников. Цель изобретения - сокращение времени измерения . Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 ,делитель 2 мощноети,амплифазометр 3 с ортогональной обработкой сигнала, рефлектометр 4, линию 5 передачи, делители 6 и 13 мощности, амплитудные модуляторы 7 и 8, исследуемый многополюсник 9, низкочастотные генераторы 10 и 11 меандров, формирователь 12 разностной частоты, управляемый аттенюатор 14, управляемый фазовращатель 15, квадратурный делитель 16 мощности, аналоговые перемножители 17 и 18, полосовые фильтры 19-24, синхронные детекторы 25-30, сумматоры 31-34, регистратор 35, короткозс1мкнутую пере- 7Г i (Я IsD IND 4 СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G Ol R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3716498/24-21 (22) 26.03. 84 (46) 15.04.86. Бюл, К 14 (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (72) В.В. Бычков (53) 621.317.612(088.8) (56) Мельяновский П.А. и Инютин Г.А.

К исследованию взаимных связей широкодиапаэонных антенных решеток.

Сборник "Антенны", 1970, вып. 9, с. 13.

Iummins S.À. Pelletier М.I., Dalisle I.I. "Network parameter

measurements of antenna arrage"

IREE. Transaction, VAP-25, Р 6, )1977 r., стр. 760-766..(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ

МНОГОПОЛ10СНИКА

„„Я0„„1224745 (57) Изобретение может быть использовано для измерения о -параметров антенных решеток и взаимных пассивных четырехполюсников. Цель изобретения — сокращение времени измерения. Устройство, реализующее способ, содержит генератор l,делитель 2 мощнос. ти,амплифазометр 3 с ортогональной обработкой сигнала, рефлектометр 4, линию 5 передачи, делители 6 и 13 мощности, амплитудные модуляторы 7 и 8, исследуемый многополюсник 9, низкочастотные генераторы 10 и ll меандров, формирователь 12 разностной частоты, управляемый аттенюатор

14, управляемый фазовращатель 15, квадратурный делитель 16 мощности, аналоговые перемножители 17 и 18, полосовые фильтры 19-24, синхронные детекторы 25-30, сумматоры 31-34, ре гистратор 35, короткозамкнутую пере1224745 мычку 36 и ключ 37. В описании приведены математические выражения для определения действительной и мнимой части S-параметров многополюсника.

Достижению поставленной цели способствует то, что сигналы реакции на зажимах многополюсника модулируют по амплитуде меандрами некратных частот. Выделяют в квадратурных каналах

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения S-параметров антенных решеток и взаимных пассивных четырех полюсников.

Цель изобретения — сокращение

n(n+ l ) времени измерений в раз (где п — число пар зажимов многополюсника) .

На чертеже изображен вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения S-параметров многополюсника, ког. да многополюсник содержит пару входных и выходных клемм (случай n=2)

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, подключенный к входу делителя 2 мощности, первый выход которого соединен с первым опорным входом амплифазометра 3 с ортогональной обработкой сигнала, а второй с входом рефлектометра 4, линию 5 передачи, первый делитель 6 мощности, выходы которого соединены с сигнальными входами амплитудных модуляторов 7 и 8, исследуемый многополюсник 9, низкочастотные генераторы 10 и 11 меандров, формирователь 12 разностной частоты, второй делитель 13 мощности, управляемый аттенюатор 14, управляемый фазовращатель 15, квадратурный делитель 16 мощности, аналоговые перемножители 17 и 18, полосовые фильтры 19-24, синхронные детекторы 25-30, сумматоры 31-34, регистратор 35, короткоэамкнутую, перемычку 36 и ключ 37, первую 38 и вто рую 39 клеммы для подключения исследуемого многополюсника, синфазный канал 40 и квадратурный канал 41. гармонические составляющие с частота ми моцуляции и раэностными частотами и синхронно детектируют их в сигналы постоянного тока. По уровню этих сигналов с помощью математического выражения, приведенного в описании, определяют действительную и мнимую части S-параметров многополюсника.

1 ил.

При измерении в УКВ диапазоне в качестве высокочастотного генерато— ра 1 может быть использован генераs тор Г4-107.

Делители 2, 6 и 13 мощности могут быть выполнены в виде гибридных ! сумматоров трансформаторного типа на ферритовых кольцах. В частности, 10 делитель 6 выполнен с коэффициен1 том деления S> /S 1 и развязкой выходов 20 1giS,„I Sä„i -30с1Б, где

S; (i, j=l, 2., 3) — S-параметры делителя 6.

15 Рефлектомер 4 может быть выполнен в виде гибридного делителя.

Линия 5 передачи может быть выполнена коаксиальной., Амплитудные модуляторы 7 и 8 мо20 гут быть выполнены в виде прерывателей с идентичными коэффициентами передачи в открытом состоянии, развязкой не менее 35-40 ds и с КСВН входов не ниже 1,1 в закрытом состоя нии. Кроме того, собственные коэффициенты отражения модуляторов 7 и 8 в открытом и закрытом состояниях долж ны быть одинаковыми.

Генераторы 10 и ll меандров могут

ЗО быть выполнены на основе кварцевого генератора с частотой 100 кГц и делителей частоты с кратностью деления

25 и 36.

Формирователь 12 разностной частоты может быть выполнен в виде перемно жителя аналоговых сигналов, на входе и выходе которого включены фильтры нижних частот.

Управляемый аттенюатор 14 может .

@ быть выполнен на основе резистивно—

ro делителя, в котором в качестве переменного резистора применен полевой транзистор.

4 cos(2m — 1) g,t

« „, 1 2m-1

Управляемый фазовращатель 15 может быть выполнен в виде фазовращателя емкостного типа.

Паласовые фильтры 19-24 могут быт выполнены в виде резонансных усилителей с полосой пропускания 57.

Синхронные детекторы 25-30 могут быть выполнены на палевых транзисторах по схеме, используемой в промышленных усилителях типа У2-8.

Сумматоры 31-34 могут быть выполнены на операционных усилителях типа 140УД8А. Коэффициенты передачи сумматоров 31-34 по неинвертирующему входу равны единице, а по инвертирующему — двум.

B качестве регистратора 35 может быть использован осциллограф.

Суммарные коэффициенты К,, К и К> передачи трактов, образованные соответственно паласовыми фильтрами

19-21 и синхронными детекторами 2527 квадратурного канала 41, связаны с суммарными коэффициентами К, К и К передачи трактов, образованными соответственно паласовыми фильтра ми 22-24 и синхронными детекторами

28-30 синфазного канала 40, следующими соотношениями:

Устройство работает следующим образом.

Формируют высокочастотный монохроматический сигнал с помощью генератора 1.

Разделяют этот сигнал по мощности на испытательный и опорный сигналы с помощью делителя 2 мощности.

Передают испытательный сигнал к первой 38 и второй 39 клеммам исследуемого многополюсника 9 с помощью рефлектометра 4, линии 5 передачи и первого делителя 6 мощности. При этом с помощью делителя 6 разделяют испытательный сигнал на два сигнала, с равными амплитудами и фазами. Эти сигналы поступают на входы модуляторов 7 и 8, включенных непосредственно перед клеммами 38 и 39 исследуемого многополюсника 9.

Сигналы, выходящие из многополюсника 9 через каждую клемму 38 и 39

-и представляющие собой сумму сигнала, отраженного на этой клемме, и сигнала, прошедшего с другой клеммы, модулируют с помощью амплитудных модуляторов 7 и 8 по амплитуде соответствующими меандрами низких

1224745 4 некратных частот й, и 7. При этом

2 уровень модулированного сигнала на первой клемме многополюсника 9 проь порционален (S„ +S„, ), а уровень модулированного сигнала на второй клемме многополюсника 9 пропорциом м М нален (S, +S ) где S; ду рованные S-параметры многополюсним ка 9. Параметры S; связаны с S-параметрами многополисника 9 соотношениями м 4 cos (2m-1) а, t л „,, 2ш — 1

J м ° 4 cos (2m — 1) а,t и m.1 2m 1 (1+ 4 cos(2m-I)é,t

m 1 2m-I где m — номер гармонических составляющих частот модуляции S?, и 52

Модулированные сигналы, выходящие с обеих клемм многополюсника 9, суммируют с помощью делителя 6 мощности и отделяют суммарный информационный сигнал, несущий информацию о

S-параметрах многополюсника 9, от испытательного сигнала, передаваемого многополюснику 9 с помощью рефлектометра 4. Уровень сигнала на инл формационном входе амплифазометра 3 пропорционален сумме модулированной

Г„ и немодулированной Г,, компонент коэффициента отражения Г, который имеет вид:

Г =Г +Г

2 О где Гц — несет информацию о S-параметрах измеряемого мнагополюсника, 40 а à — обусловлен собственными рассогласованиями в линии 5 передачи, делителе 6, модуляторах 7 и 8 и конечной развязкой второго выхода рефлектометра 4 относительно его входа. Математические выражения для коэффициентов Г„ и Г имеют вид: где S,",, S", S" — параметры линии

5 передачи;

1 I 1

S«, S«, S,> — параметры делителя 6 мощности;

D — развязка рефлек55 таметра 4, Ц вЂ” коэФфициент отражения модуляторов

7и8.

1224745

Одновременно формируют из опорного сигнала два монохроматических сигнала с равньгми амплитудами и фазами, отличающимися на Т /2 с помощью квадратурного делителя 16 мощности.

Каждый из этих сигналов перемножается с суммарным информационным сигналом, несущим информацию о S-пара— метрах четырехполюсника. Для этого разделяют сигнал, поступающий на информационный вход амплифазометра 3„ на два сигнала с равными амплитудами и фазами с помощью делителя 13 мощности. С помощью аналоговых перемножителей 17 и 18 перемножаю" эти сигналы с соответствующими монохроматическими сигналами с равными амплитудами и фазами, отличающимися на гт/2. При этом амплитуда сигналов на выходах аналоговых перемножнтелей

17 и !8 пропорциональны соответственно

I Г ийеГ

Выделяют синусоидальные составляющие результирующих сигналов на частотах Q,, 52,/ й,-й -/ с помощью полосовых фильтров 19-24. Уровни сигналов на выходе фильтров 19-24

Пропорциональны соответственно

I Гр, 1. Гй, I Г)g-g /, ЕеГд, ЙеГа,, Rei (Я,- д,(, где Г,=(5, ) (S, ) 4- (S«+25, ) ., /=(s„}2 (s „) ã 1б

Поскольку величина развязки вых i-.

< дов делителя 6 S не хуже 30 r то слагаемыми, пропорциональными

S> можно пренебречь.

Преобразуют сигналы с выходов фильтров 19-24 в сигналы постоянного тока, уровни которых явпяются функцией S-параметров многополюсника 9, с помощью соответствующих синхронных детекторов 25-30. Сигналы !

14, Гу 1!, Б<4, Б, Б на выходах синхронных детекторов 25-30 равны

U, -I А(5„ +25, ), U) =I А 54

U4 =ReA (S«+25,< ), U< -ReA (5, +25„), U4, КеА 5,, где А — коэффициент пропорциональност ти, определяемой полным коэффициентом передачи пепи рефлектометра 4 — амплифазометр 3

5 А К К

Т 8 где К вЂ” постоянный коэффициент пе( редачи;

Кв — козффицие-." затухания аттенюатора 14; — фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 15.

По уровням сигна о.". с выходов синхронных детекторов 25-30 определяют S-параметры мпогоголюсника 9., Для

31 и 32. определяют разности уровней сил<;:алов !.,, U.;:. . 2,3 соответатв-.. нс.

С помощьк су,":

4 « и ZU соответственно. При этом уровни сигналов Ч,, Ч. V V и V, на соответс.:чую4 5 щих выходах амплифэзоме. ра «i-:lBHb« (,«« 5 1

< Iã., 2 V. =-): (А 5 г -,««, - 2z 1 «

Ч т

-. «г

Ч =Re(A „) „

Ч вЂ” «,:- / 5 )

К ззф ивиент пропорциональности А ,<сключается а счет калибровки устройства. Калибровку осуществляют следующим образом. Подключают корстказамкнутую перемычку 36 на первый

3g ..ход многополюсника 9 с номощью ключа 37. При этом уровень сигналов

Ч< и Ч4 на первом и четвертом выходах амплифазометрах 3 равны

V, -=.„(А Г„), 40 Ч4 В.е(А i „) ° !

Поскольку ?„Г„=О, а КеГ =-1, то перестройкой аттенюатора 14 и фазовращателя 15 коэффициент передачи

А устанавливается таким, чтобы т

,г, =-ОЬ, Ч,:=.- .Б, При этом значения

Ч,, Ч, V, V4, Ч, V< в вольтах чи пенно равны HopMHpGBBHHbM 5 па— раметрам многополюсника 9.

Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я

Способ измерения 5-параметров многополюсника, содержащий операции выделения суммарного ннформациочного сигнала, образованного суперпозицией сигналов реакции с зажимов многополюсника на испытательные сигналы равных амплитуд и фаз, и пере1224745

n1 где

10 ((V"

20

Составитель Л. Муранов

Редактор А. Ревин Техред Н.Бонкало Корректор M. Поко

Заказ 1947/45 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 множения в квадратурных каналах суммарного информационного сигнала с опорным сигналом, синфазным с упомянутыми испытательными сигналами, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, сигналы реакции на зажимах многополюсника модулируют по амплитуде меандрами некратных частот, выделяют в квадратурных каналах гармонические составляющие с частотами модуляции и раэностными частотами, которые синхронно детектируют в сигналы постоянного тока по уровням этих сигналов определяют действительную и мнимую части S-параметров многополюсника по математическим выражениЯм 1 17,. 2 - 7, ReS, =V ;;

i, jg (1, 2...nJ, число входов и выходов многополвсника, сигналы постоянного тока, пропорциональные сигналам на частотах / c2 - и /, (i, j 6 (1...nh, i ) в синфаэном канале; сигналы постоянного тока, пропорциональные гармоническим составляющим на частотах Q; (i=1...n) в синфазном канале; сигналы постоянного тока, пропорциональные сигналам на частотах / Д; -g /, (i, jC fl...nJ, i/j) в квадратурном канале; сигналы постоянного тока, иропорциональные гармоническим составляющим на частотах й1 (i=1...n) в квадратурном канале.