Способ определения комплексного коэффициента отражения свч- элементов (его варианты)

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Расширяются функциональные возможности путем обеспечения измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) нелинейных элементов в режиме большого сигнала.-. Данный способ по 1-му и 2-му вариантам основан на измерении мощностей линейных комбинаций (ЛК) падающей и отраженной волн, по которым рассчитывают ККО исследуемого СВЧ-элемента. Способ по 1-му варианту отличается тем, что для каждой ЛК полигармонических падающей и отраженной волн измеряют мощностьсуммы ЛК и гармонического опорного колебания (ОК) основной частоты , измеряют мощность суммы ЛК и ОК, измененного по амплитуде сигнала в q раз, а затем в q, раз, измеряют мощность суммы ЛК и ОК, сдвинутого по фазе на угол , причем q q 5 1, V ji k5r, k О, ± 1, i 2... Способ по 2-му варианту отличается тем, что для каждой ЛК падгющей и отраженной волн измеряют мощность суммы ЛК и гармонического ОК основной частоты, измеряют мощность суммы ЛК и ОК,- сдвинутого по фазе на угол f, измеряют мощность ОК, причем f kft, k О, ± 1, ±2,... Даны примеры устройств , реализующих данный способ по 1-му и 2-му вариантам. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. i (Л С 00 1C о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИК

„„SU„„1282019

А1

Im 4 G 01 R 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. OTHPblTHA (21) 3691719/24-09 (22) 20.01.84 (46) 07.01.87. Бюл. Р 1 (71) Горьковский политехнический ,институт им. А.А.Жданова (72) А.Н.Зайцев и В.Б.Куликов (53) 621.317.341.3(088.8) (56) Yen G.S. Phase-locked sampling

instruments. — IEEE Trans, 1965, vol. IM-14, N 2.

Engen С.F. The six-port reflectometer: an alternative netvork analyser, — IEFE Trans., 1977, vol. МТТ-25, N 12. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Расширяются функциональные возможности путем обеспечения измерения комплексного коэффициента отражения (KKO) нелинейных элементов в режиме большого сигнала.

Данный способ по 1-му и 2-му вариантам основан на измерении мощностей линейных комбинаций (ЛК) падающей и отраженной волн, по которым рассчитывают ККО исследуемого СВЧ-элемента.

Способ по 1-му варианту отличается тем,что длякаждой ЛКполигармонических падающей и отраженной волн измеряют мощность суммы ЛК и гармонического опорного колебания (ОК) основной частоты, измеряют мощность суммы ЛК и

0К, измененного по амплитуде сигнала в q раз, а затем в q, раз„ измеряют

1 мощность суммы ЛК и Ok сдвинутого по фазе на угол Q, причем q Ф q

Ф 1, 1сГ, k = О, + 1, 2... Способ по 2-му варианту отличается тем, что для каждой ЛК пад ющей и отражен- ф ной волн измеряют мощность суммы ЛК и гармонического ОК основной частоты, измеряют мощность суммы ЛК и ОК,. сдвинутого по фазе на угол 9, измеряют мощность ОК, причем М Ф И(, = О, + + 1, + +2,... Даны примеры устЕ ройств, реализующих данный способ по

1-му и 2-му вариантам, 2 с.п, ф-лы, 2 ил.

1 128201

Изобретение относится к радиотехническим измерениям на СВЧ и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения нелинейных СВЧ-элементов и устройства, в за- 5 висимости от частоты и мощности падающей волны. ,Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения комплексного коэф: фициента отражения нелинейных элементов в режиме большого сигнала.

На фиг.1 и 2 приведены структурные электрические схемы устройств, реализующих способ определения комплексного коэффициента отражения

СВЧ-элементов по первому и второму вариантам, Устройства содержат генератор 1, первый и второй направленные ответвители 2 и 3 (по второму варианту), восьмиполюсник 4 (по первому варианту), первый 5, второй 6 и третий 7 аттенюаторы фазовращатель 8, первый и второй "сумматоры 9 и 10, делитель

11 мощности, четвертый аттенюатор 12, первый 13 и второй 14 и третий 15 измерители мощности, исследуемый СВЧ элемент 16.

Способ определения комплексного. коэффициента отражения СВЧ элементов реализуется следующим образом.

Известна связь комплексного коэффициента отражения Г измеряемой СВЧ нагрузки с отношением комплексных ам- 35

I плитуд С, и С первых гармоник двух линейных комбйнаций падающей и отраженной волн:

Г

1 —, Сотн К где Г = b /а, а,, Ь„, комплексные

1 амплитуды первых гармоник падающей и отражанной волн;

С... = С„ /С„;

К „, К, К вЂ” нормированные константы

Ъ калибровки, определяемые из калибровочных измерений .по трем образцовым мерам. 50

Сущность способа заключается в следующем.

Находят величины С при наличии

OTl4 . в спектре падающих и отраженных волн полигармонических составляющих и некогерентных помех. Согласно способу, рассматривается некоторая референсная плоскость, в которой имеется первая линейная комбинация.полигармонических о 2 составляющих падающей и отраженной волн U(t), возможно содержащая некогерентную помеху S(t) со сплошным или дискретным спектром

u(t) = С (К),а + Ч ) + S(t), к= " (2) где С и М„ — неизвестные амплитуды и фазы гармоник, причем спектр S(t) не содержит составляющих с частотами

К ею К 1 2ю ° ° °

Вводится когерентное гармоническое опорное колебание

U,„(t) = А „cos(,t + P, ) (3) с неизвестной амплитудой А и фаоп зой. Ч „, а

Задача определения С, и 1, решается на основе измерения ваттметром мощности этих колебаний, а также мощностей их суперпозиций.

Мощности колебаний (2) и (3) соответственно равны

Ы, ) В С +

К=1 (4)

W = В,A2,„, В„= 0,5d(KU,) j 1 -) Г, (KA,) ) 21(5) где oL(Ku) ), Г (Ко), — коэффициенты преобразования и отражения ваттметра;

P -мощность некогерентной поS мехи S(t) .

Мощность первой суперпоэиции указанных колебаний

N б

W =Е ВС2+ВА2 +2ВСА х

К=1 х соз(М)+ P (б) где М=Ч„- Ч,„- сдвиг фаз первой гармоники колебания (2) и опорного колебания.

Сдвиг фазы опорного колебания на угол М, дает вторую суперпозицию, с мощностью

W4= Q„C2 + В А2 +2В С А„eos(a%— к=

+ PS (7)

IIpH условии что ) ф КЛ К Ор 1р

2, Выражения (4)-(7) образуют систему линейных алгебраических уравнений, решение которой дает величину С,:

1О Ч

С =CP, C„e =R+ jQ;

К = (W, — W, — WÄ ) /2JW».

1282019

0 = (И вЂ” (И + W ) (1 — cosV)—

2 о монического колебания (2) и опорного колебания (3} с двумя различными амплитудами, равными q,A« H q. А „ (q q Ф 1). В этом случае и

N л

fU ,= Ñ2 +P q2A2 + 2р С q А„, х к= х cos(sV + p (8) W cos Ч,) 2Ф sin V,, Аналогичные измерения и вычисления проводятся для опорного колебания и второй линейной комбинации полигармонических падающей и отраженной волн.

B результате получают комплексную величину С, и отношение С /С. = С, „ решая, таким образом, задачу опреде- 10 W = p„ C< +(, q A + 2p, С, q x ления комплексного коэффициента отражения нелинейного СВЧ-элемента или х А,„ соз() + P ° устройства в режиме большого сигнала. Величина С определяется выражениями

По варианту способа конечный результат достигается также добавлением 15 C = ФС, е = к + jg; ,,для каждой комбинации к измерениям Wъ — У -(1 - ) p (6) и (7) двух отсчетов мощности

Э

Я и W q новых суперпозиций: полигар- 2 (1 q „) 9

W (1 - )+Щс -соз,) + (cps<,— l)(W+ (1 — )Р).

2 (1 — q, ) ГР s in Y, б (1 — q ) (1 — q ) (q — q ) 1 д 2 1

Коэффициент отражения нелинейного элемента зависит от мощности падающей волны. Для ее определения вместо исследуемого СВЧ элемента включают калибровочный измеритель мощности и проводят измерения согласно .способам.

Коэффициент отражения Г, от входа этого ваттметра и амплитуда (a.,,) падающей на него волны позволяют рассчитать уровень Мощности падающей 35 волны а в процессе измерения Г не1 линейного элемента

Iа,1)К + Г,I а (tК1 + г)

Устройство, реализующее способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов, работает следующим образом.

СВЧ-генератора 1 генерирует двако-45 герентных гармонических колебания частоты 1, — зондирующее и опорное. В режиме измерения коэффициента отражения первое колебание зондирует исследуемый СВЧ элемент 16. B результате в отсчетной плоскости 1-1 элеI мента возникают две полигармонических волны - падающая а и отраженная Ь.

Через ответвляющие плечи направлен ных ответвителей 2 и 3 электричес-5 ки перестраиваемые аттенюаторы 6 и 7 соответственно ответвленные части волн и Ъ поступают на сумматор 9, формирующий первую линейную комбинацию полигармонических волн. Это колебание подается на первый вход сумматора 10, на второй вход которого подается гармоническое опорное колебание. Причем в качестве развязывающего сумматора 10 используют направленный ответвитель, вход основного плеча которого является первым, а вход вспомогательного плеча — вторым входом сумматора 10.

В результате измеритель 14 мощнос" ти показывает мощность W первой.ли3 нейной комбинации полигармонических волн, просуммированной с опорным колебанием, имеющим амплитуду А „ и начальную фазу Q . При этом аттенюатор 12 применяют для ослабления отраженной мощности, распространяющейся от измерителя 14 мощности при рассогласовании его с измерительным трактом, Далее фазовращателем 8 сдвигают фазу опорного колебания на угол Р, и проводят второе измерение мощности суммЬ первой линейной комбинации волн со сдвинутым на, опорным колебанием (отсчет мощности И ).

При осуществлении способа по второму варианту мощность 4., первой линейной комбинации полигармонических волн измеряют при максимальном ослаблении аттенюатора 5, мощность W гармонического опорного колебания при максимальном ослаблении аттенюаторов 6 и 7.

При осуществлении способа по первому варианту аттенюатором 5 умень- шают амплитуду A,„ опорного колеба5 12820 ния в q, раз (q, Ф 1) и измеряют мощность первой линейной комбинации волн, просуммированной с опорным колебанием. амплитуды а А с фазой 7ап g or

Далее аттенюатором S уменьшают ампли- 5 туду А,„ в qц раз (q Ф q. ), измеряют мощность N. первой лйнейной ком 2 бинации волн, просуммированной с опорным колебанием амплитуды q. А,„. ог с фазой 4,„. 10

Затем согласно каждого способа вы( числяют величину С,.

Для формирования второй линейной комбинации волн измеряют уровень .

Ослабления аттенюаторов 6 и 7. Нов- 15

° торяя для каждого способа приведенные алгоритмы измерений, получают другие соответствующие отсчеты мощности, Выl числяют С, при этом число требуемых измерителей мощности сокращается в 20 два (фиг.1) или четыре (фиг.2) раза, и алгоритм обработки результатов измерений, имеющий линейный характер, существенно проще нелинейного алгоритма обработки, присущего известному 25 способу. При работе в условиях помех предлагаемые устройства в отличие от известных не требуют использования перестраиваемых полосовых фильтров.

Формула изобретения

1. Способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов, основанный на измерении мощностей 35 линейных комбинаций падающей и отраженной волн,. по которым рассчитывают комплексный коэффициент отражения

СВЧ-элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функ- 40 циональных возможностей путем обеспечения измерения комплексного к<>эфшициента отражения нелинейных элементов в режиме большого сигнала, для каждой линейной комбинации полигармонических падающей и отраженной волн измеряют мощность суммы линейной комбинации и гармонического опорного колебания основной частоты, измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, измененного по амплитуде в и раз, измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, измененного по .амплитуде в qr ра"., измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, сдвинутого по фазе на угол, причем

q P q ф 1, у ф Ю; k = О, + 1, + 2...

2. Способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов, основанный на измерении мощностей линейных .комбинаций падающей и отраженной волн, по которым рассчитывают комплексный коэффициент отражения

СВЧ-элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения комплексного коэффициента отражения нелинейных элементов в режиме большого сигнала, для каждой линейной комбинации падаюп(ей и отраженной волн измеряют мощность суммы линейной комбинации и гармонического опорного колебания основной частоты, измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, сдвинутого по фазе на угол, измеряют мощность опорного колебания, причем V g k_#_; k = О, + 1, +2....

1282019

Составитель P.Êóçíåöoâà

Техред.Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Н. Мар голина

Заказ 7260/42 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4