Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников

 

Изобретение относится к радиоизмерениям . Пель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов. Измеритель содержит г-р СВЧ 1, дели тель мощности 2, два ферритовых вентиля 3 и 4, шесть направленных ответвителей (НО) 5,6,11,12,13 и 14, два Y-циркулятора 7 и 8, два подвижных короткозамыкателя (КЗ) 9 и 10, четыре детекторные секции 15, 16 17 и 18, четыре у-ля 19, 20, 21 и 22, измеритель отношений 23, три пе- . реключателя 24, 28 и 29, аттенюатор 25, исследуемый невзаимный четырехполюсник (НЧП) 26 и отрезок 27 регулярной линии передачи. Измерение фазовых сдвигов, производимых исследуемым НЧП 26, для противоположных направлений распространения волны, осуществляется при внесении НЧП 26 в кольцевой измерительный тракт и с помощью изменянения положения подвижсл ных КЗ 9 и 1-0 при настройке в резонанс относительно исходных положений при резонансе и замещении НЧП 26 отрезком 27 регулярной линии передачи. Цель достигается введением НО 5 и 6 ,Y -циркуляторов 7 и 8,КЗ 9и10 иаттенюатора 25. 1 ил. ND 4°f О INS О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Sg4G 0l R 27 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьй(1 J! ё;1 >:, ;

I ю (а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3832081/24-09 (22) 25.12.84 (46) 15.11.86. Бюл. № 42 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (72) E.Ë.Áàðòàøåâñêèé, В.В.Лысоконь и В.Н.Скубицкий (53) 621.3!7.341(088.8) (56) Елизаров А.С. Автоматизация измерений параметров линейных невзаимных СВЧ четырехполюсников.

M.: Сов. радио, 1978. Авторское свидетельство СССР

¹ 277029, кл. G 01 R 15/00, 1969. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ. ПАРАМЕТРОВ НЕВЗАИМНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов.

Измеритель содержит r-p СВЧ 1, дели„„SU„,, 1270726 А1 тель мощности 2, два ферритовых вентиля 3 и 4, шесть направленных ответвителей (НО) 5,6,11,12,13 и 14, два Y-циркулятора 7 и 8, два подвижных короткозамыкателя (КЗ) 9 и 10, четыре детекторные секции 15, 16

17 и 18, четыре у-ля 19, 20, 21 и

22, измеритель отношений 23, три переключателя 24, 28 и 29, аттенюатор

25, исследуемый невзаимный четырехполюсник (НЧП) 26 и отрезок 27 регулярной линии передачи. Измерение фазовых сдвигов, производимых исследуемым НЧП 26, для противоположных направлений распространения волны, осуществляется при внесении НЧП 26

И в кольцевой измерительный тракт и с ф помощью изменанения положения подвиж- ных К3 9 и 1-Опри настройке в резонанс от Ц ф носительно исходных положений при peso- С нансе и замещении НЧП 26 отрезком 27 регулярной линии передачи. Цель достигает-Я ся введением НО 5 и 6, Y — циркуляторов 7 и

8,К3 9 и10 иаттенюатора 25. 1 ил.

К) i 270726

Изрбретение относится к радиоиэмерениям, в частности к технике измерения на СВЧ параметров линейных невэаимных двуплечих устройств, имеющих эквивалентное представление н виде четырехполюсников.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов.

На чертеже показана структурная схема измерителя параметров невзаимных четырехполюсников.

Измеритель параметров невэаимных четырехполюсников состоит из генератора СВЧ 1, к выходу которого подключен делитель 2 мощности, к первому и второму выходу которого подключены первый и второй ферритовые вентили 3 и 4 соответственно, к выходам которых подключены входы пятого 5 и шестого 6 направленных ответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены соответственно входы первого 7 и второго 8 Y-циркуляторов, а к вторым выходам — первый 9 и второй 10 подвижные короткозамыкатели, соответственно, к первым вьгходам Y" öèðêóëÿторов 7 и 8 подключены входы первого

11 и второго 12 направленных ответвителей соответственно„ к первым выходам которых подключены первые выходы третьего 13 и четвертого 14 направленных ответвителей соответственно, к вторым вьгходам первого 11, второго 12, третьего 13, четвертого

14 направленньгх ответвителей подключены соответственно последовательно соединенные первая 15, вторая 16 третья 1?, четвертая 18 „детекторные секции и первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22 усилители, выходы первого 19 и четвертого 22 усилителей и второго 20 и третьего 21 усилителей попарно подсоединяются с первым и вторым выходами измерителя 23 отношений посредством переключателя 24, вторые выходы первого

7 и второго 8 Y-циркуляторов соединень1 между собой через аттенюатор

25, входы третьего 13 и четвертого

14 направленных ответвителей являются входом и выходом для подключени исследуемого невзаимного четырехполюсника 26.

Для калибровки вместо исследуемого невзаимного четырехполюсника

ЗО

M я ясь от первого подвижного короткозамыкателя 9, волна проходит в второе плечо пятого направленного ответвителя 5, в котором складывается с волной, поступающей от генератора СВЧ 1 из первого плеча в второе плечо пятого направленного ответвителя 5. Суммарная волна проходит кольцевой измерительный тракт по вы- .

26 подключают регулярный отрезок 27 линии передачи. Подключение исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 или регулярного отрезка 27 линии передачи можно осуществлять с помощью высокочастотных переключателей 28 и 29.

Измеритель параметров невэаимных четырехполюсников работает следующим образом.

Электромагнитная волна, поступающая. от генератора СВЧ 1, делится поровну делителем 2 мощности. Волна из первого выхода делителя 2 мощности поступает через перВый ферритовый вентиль 3 на вход пятого направленного ответвителя 5. Прошедшая череэ пятый направленный ответвитель

5 волна поступае" в второе плечо и далее в первое плечо первого Y-циркулятора 7. Согласно направлению циркуляции первого Y-циркулятора 7 волна поступает на вход первого направленного ответвителя ll и далее направляется по кольцевому тракту через третий направленный ответвитель 13 к первому плечу высокочастотного переключателя 29. В зависимости от направления переключения переключателей 29 и 28 волна проходит либо через исследуемый невэаимньй четырехполюсник 26, ли— бо через регулярный отрезок линии передачи 27 и выходит в первое плечо высокочастотного переключателя

28, затем проходит через встречно включенные четвертый 14 и второй 12 направленные ответвители и поступает в второе плечо второго Y-циркулятора 8 . Согласно принятому направлению циркуляции второго Y-цир— кулятора 8 волна проходит из второго плеча в третье плечо второго

Y-циркулятора 8 и далее через аттенюатор 25 по направлению циркуляции проходит из третьего плеча в первое плечо первого Y-циркулятора 7, иэ второго плеча в третье плечо пятого направленного ответвителя 5. Отража)270 шеописанной последовательности структурных элементов, снова суммируясь в втором плече пятого направленного ответвителя 5 с сигналом, поступающим от генератора СВЧ 1 через его первое плечо. После многократных прохождений СВЧ-сигнала по кольцевому измерительному тракту в нем устанавливается определенная амплитуда бегущей электромагнитной волны, которая зависит от потерь в элементах измерительного тракта, в том числе и потерь в данном направлении прохождения волны через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, т.е. согласно описанию по чертежу для про- 15 хождения сигнала через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 сверху вниз, а также от электрической длины кольцевого измерительного тракта, которая определяется от первого под- 20 вижного короткозамыкателя 9 через третье-второе плечи пятого направленного ответвителя 5, первый Y-циркулятор 7 и далее по описанному пути прохождения волны в измерительном тракте до первого подвижного короткозамыкателя 9 ° При некоторой электрической длине кольцевого измерительного тракта выполняются условия резонанса и в кольцевом измерительном тракте усиливается максимальная амплитуда волны. Отсчет этой амплитуды производится с помощью первого 11 и второго 13 направ35 ленных ответвителей, через которые сигнал ответвляется из кольцевого измерительного тракта и поступает на первую 15 и третью 17 детекторные секции. В последних СВЧ волна преоб40 разуется в низкочастотный сигнал, который усиливается первым 15 и третьим 17.усилителями и поступает через переключатель 24 на измеритель

23 отношения сигналов по напряжению.

Электромагнитная волна, прошедшая в второй выход делителя 2 мощности, поступает через второй ферритовый вентиль 4 на первый вход шестого направленного ответвителя 6. С некоторым ослаблением волна поступает в второе плечо шестого направленного ответвителя 6 и далее в первое плечо второго Y-циркулятора 8. Согласно указанному стрелкой направлению циркуляции второго Y-циркулятора 8 волна поступает через второе плечо второго Y-циркулятора 8 на вход пары встреч726 4 но включенных второго 12 и четвертого 14 направленных ответвителей и далее по кольцевому тракту в направлении, обратному прохождению сигнала в кольцевом измерительном тракте при возбуждении его через пятый направленный ответвитель 5..После прохождения первого Y-циркулятора 7, аттенюатора 25 волна проходит шестой,направленный ответвитель 6 иэ второго плеча в третье плечо, отражается от второго короткозамыкающего поршня 10 .и суммируется в втором плече шестого направленного ответвителя 6 с проходящей волной из первого плеча в второе плечо шестого направленного ответвителя 6 ° Подобно описанному процессу суммирования волн после многократного прохождения кольцевого измерительного тракта при возбуждении его через пятый направленный ответвнтель 5, в данном случае при возбуждении кольцевого измерительного тракта через шестой направленный ответвитель 6 в кольцевом измерительном тракте, также устанавливается определенная амплитуда бегущей электромагнитной волны, распространяющейся в направлении, противоположном направлению распространения волны при возбуждении кольцевого измерительного тракта через пятый направленный ответвитель 5, т. е. по направлению снизу вверх через исследуемый невзаимныйчетырехполюсник 26..При этом установившаяся амплитуда электромагнитной волны зависит от потерь s элементах измерительного тракта и потерь в исследуемом невзаимном четырехполюснике 26 для прохождения волны через него снизу вверх по чертежу, а также электрической длины кольцевого иэмери-:. тельного тракта для рассматриваемого направления распространения волны

Эта длина определяется от короткозамыкающего поршня 10 через третье-второе плечи шестого направленного от ветвителя 6, второго Y-циркулятора

8 и далее последовательно второго

12 и четвертого 14 направленных ответвителей, переключателя 28, либо исследуемого невзаимного четырехполюсника 26, либо отрезка 2? линии передачи, переключателя 29, третье- го 13 и первого 11 направленных ответвителей, первого Y-циркулятора 7 из второго плеча в третье плечо, аттенюатора 25, второго Y †циркуля3 1270 тора 8 согласно показанному направлению циркуляции из третьего плеча в первое плечо, шестого направленного ответвителя 6 из второго плеча в третье плечо до второго короткозамы5 кающего поршня 10. При некотором по- ложении второго подвижного коротко замыкающего поршня 10 для данного распространения волны в кольцевом измерительном тракте выполняются условия резонанса и устанавливается максимальная амплитуда электромагнитной волны, индикация которой производится с помощью второго 12 и четвертого 14 направленных ответви- 15 телей. Ответвленные через второй 12 и четвертый 14 направленные ответвители волны преобразуются в второй

16 и четвертой 18 детекторных секциях в низкочастотные сигналы, ко- gp торые усиливаются вторым 20 и четвертым 22 усилителями и через переключатель 24 поступают на измеритель 23 отношения напряжений, Описание функционирования измери- 25 теля параметров невзаимных четырехполюсников показывает, что индикация малых потерь исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 может осуществляться независимо при резонансе в кольцевом измерительном тракте для двух встречно распространяющихся волн через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, перестройка электрической длины кольцевого измерительного тракта для двух противоположных направлений распространения СВЧ-волны через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 осуществляется независимо первым 9 и gp вторым 10 подвижными короткозамыкателями соответственно. При внесении в кольцевой измерительный тракт исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 изменения положения первого 9, второго 10 подвижных короткозамыкателей при настройке в резонанс относительно исходных положений при резонансе и замещении отрезком регулярной линии передачи 27 исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 поэволяет измерить производимые исследуемым невзаимным четырехполюсником 26 фазовые сдвиги для упомянутых противоположных направлений распространения волны.

Порядок проведения основных этапов измерения измерителем парамет726 Ь ров невзаимпого четырехполюсника следующий.

Аттенюатор 25 устанавливают в положение максимального затухания.

При этом добротности кольцевых измерительных трактов для каждого направления распространения волн оказываются значительно ниже единицы.

В этом случае измерения прямых и обратных потерь невзаимного четырехполюсника производятся по следующей методике. Прямые и обратные потери равны разности показаний измерителя отношений при подключении исследуемого невзаимного четырехполюсника

26 и отрезка 27 линии передачи. В случае измерения невзаимного четырехполюсника с прямыми P„ и обратными, потерями меньшими 0,5 дБ целесообразно полностью вывести аттенюатор 25 до минимального ослабления и производить измерения по следующей методике. Подключают отрезок 27 регулярной линии передачи, имеющий геометрические размеры, совпадающие с геометрическими размерами исследуемого невзаимного.четырехполюсника 26.

Измеряют потери в первом резонансном тракте, образованном следующей цепью элементов; первый подвижный короткозамыкатель 9, пятый направленньй ответвитель 5, первый Y-циркулятор 7, первый 11,. третий 13 направленные ответвители высокочастотный переключатель 29, отрезок 27 линии передачи, высокочастотный переключатель 28, четвертый 14, второй 12 направленные ответвители, второй Y-циркулятор .8, аттенюатор 25, первый Y-циркулятор 7, пятый направленный ответвитель 5, первый подвижный короткозамыкатель 9. Для этого первый подвижный короткозамыкатель .

9 перемещают до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное показание измерителя отношения 23,- затем поршень первого подвижного короткозамыкателя 9 перестраивается в обе стороны от положения резонанса до получения половинного уровня показаний измерителя 23 отношения относительно его показаний при резонансе.

Потери в первом резонансном тракте рассчитывают по формуле

М = (- ---- ) + (l + Q)kjl/Я

% Д1. ) 41. д в гце =. 3,14:

1270726 ьЬ, — ширина резонансной кривой в единицах длины, рассчитанная из показаний первого подвижного короткозамыкателя 9 но половинному уровню показаний измерителя отношения 23; длина волны .в волноводе.

Аналогичным образом измеряют потери М второго резонансного тракта, образованного цепью элементов: второй подвижный короткозамыкатель !О, !О шестой направленный ответвитель 6, второй Y-циркулятор 8, второй 12, четвертый 14 направленные ответвители, высокочастотный переключатель

28, отрезок 27 линии передачи, высо- !5 кочастотный переключатель 29, третий 13, первый 11 направленные ответвители, первый У-циркулятор 7, аттенюатор 25, второй Y-циркулятор 8,шестой направленный ответвитель 6, вто- 20 рой подвижный короткозамыкатель 10.

Потери во втором резонансном тракте рассчитывают по формуле (- -- — --) + (1 + (— —;- ) !, 25

7 лЬ %д Ь, ° t(,Ав

А в где ь Ь. — полушнрина резонансной кривой в единицах длины, рассчитанная из показаний короткозамыкающего поршня 10.

Подключают исследуемый невэаимный четырехполюсник 26. Переключатели 28 и 29 устанавливают в положение на включение в измерительный тракт исследуемого невэаимного четырех35 полюсника 26. аждый из резонансных трактов путем независилюго перемещения первого 9, второго 10 подвижных короткозамыкателей в направлении на 7-циркуляторы настраивают до получения резонанса. Отсчитывают смещение L и смещение Ь поршней соответственно относительно их начального положения при резонансе.

Рассчитывают фаэовые сдвиги 9 и для первого и второго направления прохождения сигнала (волны) соответ ственно р =(-) = (-)

4л . 4у

2 р. в в 50

Отсчитывают показания Т, Т из 1 мерителя 23 отношения относительно уровня сигнала поступающего на вход измерителя 22 отношения 23 при резонансе в первом и втором резонансном тракте на этапе измереНия с(, и м, соответственно. Причем для получения.значений Т и Т испольэуют по одной паре направленных ответвителей в кольцевом изл ерительном тракте, либо ll 13, либо 12, 14 и связанные с ними элементы. Потери исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 А, и А> для первого и второго направления распространения соответственно рассчитываются по формулам

A,=(1 Тс(! 1,))/! 1

А =(1-Т (! — a,) ) /e(Если принять первое направление прохождения сигнала через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 за прямое направление, а второе — эа обратное, то пр =20 2Д А ; ов =20 ВД Аг

Иепосредственно измеряемыми аппаратурными величинами по данной методике измерения потерь являются коэффициенты передачи резонаторов первого и второго направления Т, и Т соответственно. Собственно измеряемы- ми выходными величинами являются прямые потери А, и обратные потери А

Формула изобретения

Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников, состоящий из генератора СВЧ, к выходу которого подключен делитель мощности, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй ферритовые вентили соответственно, первого и второго направленных ответвителей, к первому выходу каждого иэ которых подключены первые выходы третьего и четвертого направленных ответвителей соответственно, к вторым выходам первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвитегтей последовательно подключены соответственно первая, вторая, третья, четвертая детекторные секции и первый, второй, третий, четвертый усилители, выходы первого и четвертого, второго и третьего усилителей попарно соединены с первым и вторым входами измерителя отношений посредством первого переключателя, входы третьего и четвертого направленных ответвителей являются входом и выходом для подключения исследуемого невэаимного четырехполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и

1270726

Составитель F,.Àäàìîâà

Редактор Н.Киштулинец Техред И.Попович

Корректор А.Обручар

Заказ 6240/49 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 расширения функциональных воэможностей,путем измерения фазовых сдвигов, к выходам первого и второго ферритовых вентилей подключены входы введенных пятого и шестого направленных ответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены входы введенных первого,и второго Y-циркуляторов соответственно, первые выходы первого и второго Y-циркуляторов соединены соответственно с, входами первого и второго направленных ответвителей, вторые выходы первого и второго Y-циркуляторов соединены между собой через введенный аттенюатор, вторые выходы пятого и шестого направленных ответвителей соединены с введенными первым и вторым подвижными короткозамыкателями

1О соответственно.