Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения на свч

 

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности и обеспечение измерения нелинейных СВЧ-элементов. Устройство содержит СВЧ-г-р 1, управляемый аттенюатор 2, направленные ответвители 3, 5 и 10, вентили 4, 17 и 18, исследуемый двухполюсник 6, двухпозиционный фазовращатель 7, амплитудные модуляторы 8 и 14, г-ры 9 и 15 НЧ, детекторы 11, 19, 23, 28 и 29, полосовые фильтры 12, 20 и 24, вольтметры 13 и 21, сумматоры 16, 22 и 26, усилители 25 и 27, компаратор 30 и индикатор 31 знака. В устройстве обеспечивается возможность измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линейных и нелинейных СВЧ-объектов с повышенной точностью при учете неидеальности СВЧ-элементов измерительного тракта. При измерении ККО нелинейных СВЧ-объектов, зависящего от мощности, контролируется уровень падающей волны по показанию вольтметра 13. Высшие гармоники падающей и отраженной волны фильтруются за счет модуляторов 8 и 14, модулируемых колебаниями разных частот. При этом амплитудная зависимость ККО снимается с помощью аттенюатора 2 в автоматическом режиме. Неидеальная направленность ответвителей 3 и 5 и дисперсия всех эл-тов тракта интегрально учитываются в процедуре калибровки путем вычисления калибровочных констант. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„.80„„1 4975 (51)4 G 01 R 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный кОмитет

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4257992/?4-09 (22) 05.06.87 (46) 30.07.89,Бюл. 11 28 (71) Горьковский политехнический институт им. А.А.Жданова (72) А.Н.Зайцев и С.В.Логанов (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 466468, кл G 01 R 27/06, 1973

Авторское свидетельство В 1160331, . кл. 6 01 В 27/06, 1983.

2 (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМП ЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ НА

СВЧ (57) Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения — повышение точности и обеспечение измерения нелинейных СВЧ-эл-тов. Устр-во содержит СВЧ-г — р 1, управляемый аттенюатор 2, направленные ответвители

3, 5 и 10 вентили 4, 17 и 18, исследуемый двухпалюсник 6, двухпоэи3 1497584 ционный фаэовращатель 7, амплитудные модуляторы Я и 14, г-ры 9 и 15 НЧ, детекторы 11, 19, ?3, 28 и 29, полосовые фильтры 12, 20 и 24, вольтметры 13 и ?1, сумматоры 16, ?2 и 26, усилители 25 и 27, компаратор 30 и индикатор 31 знака, В устр-ве обеспечивается возможность измерения комплексного коэффициента отражения 10 (ККО) линейных и нелинейных СВЧобъектов с повышенной точностью прн учете неидеальности СВЧ-эл-тов измерительного тракта, При измерении ККь нелинейных СВЧ вЂ объект, зависяще- 15 го от мощности, контролируется уровень падающей волны по показанию вольтметра 13. Высшие гармоники падающей и отраженной волны фильтруются эа счет модуляторов 8 и 14, модулируемых колебаниями разных частот.

При этом амплитудная зависимость КК0 снимается с помощью аттенюатора 2 в автоматическом режиме. Неидеальная направленность ответвителей 3 и 5 и дисперсия всех эл-тов тракта интегрально учитываются в процедуре калибровки путем вычисления калибровочных констант. 1 з,п, ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может использоваться для. измерения комплексного коэффициента отражения (KK0) линейных и нелинейных СВЧ вЂ элемент и устройств .

Цель изобретения — повышение точности.и обеспечение измерения нелинейных СВЧ элементов.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения комплексного коэффициента отражения на

СВЧ.

Устройство для измерения комплекс.ного коэффициента отражения на СВЧ содержит СВЧ-генератор 1 управляемый аттенюатор ?, первый направленный ответвитель 3, первый вентиль 4, второй направленный ответвитель 5,исследуемый двухполюсник 6, двухпозицион- 4Q ный фаэовращатель 7, первый амплитудный модулятор 8, первый НЧ-генератор

9, третий направленный ответвитель

10, первый детектор 11, первый полосовой фильтр 12, первый вольтметр 13, 45 второй амплитудный модулятор 14,второй НЧ-генератор 15, первый сумматор 16„ второй 17 и третий 18 вентили, второй детектор 19, второй полосовой фильтр 20, второй вольтметр

2I второй сумматор 22, третий детектор 23, третий полосовой фильтр 24, первый усилитель 25, третий сумматор

26, второй усилитель 27, четвертый

28 и пятый 29 детекторы, компаратор

30 и индикатор 31 знака.

Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения на СВЧ работает следующим образом, при втором положении двухпозиционного фазовращателя 7 x (t ) = q c (1 + ш „с о я Я <С ) с о я (ыС +

+ 4 ) (2) где с

1. Я, амплитуда колебания; — индекс и частота модуляции амплитудного модулятора 8; — частота копебания, генерируемого СВЧ генератором 1; — коэффициент, учитывающий изменение амплитуды сигнала при переключении фазы двухпозиционным фазовращателем 7; — фазовый сдвиг, вносимый при

1 переключении двухпозиционого фаэовращателя 7, который

Гармоническое колебание генерагора 1, амплитуду которого можно регулировать с помощью управляемого аттенюатора 2, через первый направленный ответвитель 3, первый вентиль 4 и второй направленный ответвитель 5 поступает на вход исследуемого двухполюсника 6. Гармоническое колебание, ответвляемое первым направленным ответвителем 3, проходит через. двухпозиционный фаэовращатель 7,модулируется по амплитуде первым амплитудным модулятором 8 и поступает через третий направленный ответвитель 10 и второй вентиль 17 на первый вход первого сумматора 16, Это колебание имеет следующий вид, соответственно: при первом положении двухпозиционного фаэовращателя 7 х (1) = с(1 + н,сояЯ1)совы ; (1) ) 4 должен быть в окрестности

90 (90 +45 ), На второй вход первого сумматора

16 через третий вентиль )8 подается колебание, промодулированное по амплитуде вторым амплитудным модулятором 14, с выхода второго направленного ответвителя 5. Это колебание записывается в виде:

y(t) = D(1 + m сояЯ )соя(<.> + 4)+ н

+ 2. D; (1 + m соя Я t )cos(iM +

>=2

+ p,) (3) где D — амплитуда колебания первой гармоники, ш, SL — индекс и частота модуляции второго амплитудного модулятора 14; фаза колебания первой гармоники относительно колебания х (1);

N — число высших гармоник, порожденных исследуемым двухполюсником 6;

D; Ч>. — их амплитуды и фазы, t

Суммарные колебания z>(t)

= X,() + y(t), Z (t) = X () + y(t) подаются на второй детектор 19 и с его выхода через второй полосовой фильтр 20, настроенный на разностную частоту Я = Я, — Я,Й «Я,, Йрс<<Й,2 на второй вольтметр 21 . Показ ания второго вольтметра 21 при двух положениях двухпозиционного фазовращателя 7 соответствуют амплитудам комбинационных составляющих колебаний „() и z<(4) с разностной частотой

Я .р, которые равны

V„= /+K„cDm,ш соя /; (4)

V = /+К, qcDm,m соя(> - )/, (5) где Т„, V — показания второго вольтметра 21;

К вЂ” коэффициент передачи

7 второго детектора 19 и второго полосового фильтра 20.

Из (4) и (5) следует, что высшие

rармоники в (3) фильтруются, Для определения знаков в выражениях (4) и (5) колебания с выходов генераторов 9 и 15 суммируются вторым сумматором 22 и подаются на третий детектор 23. Гармоническое колебание разностной частоты Яр, выделенное

55 при втором положении двухпозиционного фазовращателя 7

Ч = К с1 с ш (7) где Ч, V+ — показания первого вольтметра 13;

К вЂ” коэффициент, учитывающий затухание сигнала при его прохождении .по СВЧ-тракту.

Поделив выражение (7) на (6), вычисляют коэффициент, учитывающий

975>84 6 третьим полосовым фильтром 24,подается на первый усилитель 25, обеспечивающий постоянство амплитуды сигнала

5 на и ервом входе третьего сумматора

26 и постояиное напряжение с выхода четвертого детектора 28 на входе компаратора 30., На второй вход третьего сумматора 26 подается коле)0 бание постоянной амплитудой, поддерживаемой вторым усилителем 27, с выхода второго полосового фильтра 20.

Суммарный сигнал с выхода третьего сумматора 26 подается через пятый

)5 детектор 29 на второй вход компаратора 30.

Колебания на входах третьего сумматора 26 могут быть либо в фазе, либо в противофазе, что соответствует

20 знакам "+" и "-" в (4) и (5). В первом случае постоянное напряжение на выходе детектора 29 больше, чем на выходе четвертого детектора 28. Этому соответствует первое состояние

25 компаратора 30 (высокий уровень), которое регистрируется индикатором

31 (например, светодиодом). Противофазному состоянию (знак "-" в (4) и (5)) соответствует второе сос30 тояние компаратора 30 (низкий уровень). Сигнал с выхода компаратора может быть непосредственно введен в ЭВМ как один двоичный разряд (бит).

Колебание, ответвленное третьим направлением ответвителем 10 и прошедшее первый детектор 11 и первый полосовой фильтр 12, настроенный на частоту 5l, подается на первый вольтметр 13. Показание первого

4р вольтметра 13 соответствует амплитуде составляющей на частоте 5l., этих колебаний, которая равна соответственно при первом положении двухпозицион45 ного фазовращателя 7 ч =Kcm (6) 1497584 изменение амплитуды сигнала при переключении двухпозиционного фазовращателя 7: /7 /V (8)

Поделив выражения (4) и (5) на (6), получают

V,/V > = );усоs q;

v,/ r = и -"(ч — ). де I = (K /Ê ) г1

J= D/c (1O)

Из (9) и (1О) определяют комплексное отношение

10 (9) р,„= Lу= Lgcos q+ )Losing, (11)

1.де Lp sin 1 = (V< /V3 — L p q сомосов ) 20 !

csin y причем предполагается, что (изв естно. где фазы отсчитываются относительно с; g, р, у, d Р- комплексные коэффициенты.

Поделив (13) на (12), вычисляют

КК0 исследуемого двухполюсника

У- У(r с l i - р/3 /о рот и — р„„Б, 45 (14) где р н определяется из (11).

Б, - тфi, „, = Lг!./, Б = P / e(- калибровочные константы, определяемые в процессе калибровки устройства при присоединении к нему вместо исследуемого объекта трех образцовых нагрузок с известными ККО

Г,, Г, Г

При этом соотношение (14) порождает три линейных уравнения с тремя неизвестными Б,, Б, Б >, 50

Из-за неидеальности направленных ответвителей 3 и 5 рассогласования 25 измерительного тракта первые гармоники колебаний на их выходах не пропорциональны только первым гармоникам одной из волн: падающей a(t) или отраженной b(t) как в идеальном 30 рефлектометре, т.е. для амплитуд составляющих с частотой ц/ колебаний х, (t) и y(t) справедливо с = Ra +Pb- (12)

D=Ià+ d b, (13) При измерении KKO нелинейных СВЧобъектов, зависящего от мощности, необходим контроль уровня падающей волны /а,,/. С этой целью определяют четвертую калибровочную константу Я при подключении вместо исследуемого объекта образцового ваттметра, показания которого Ро связаны с уровнем падающей волны /а„ / соотношением:

/,, / = /гв,v,//i — /г,/ ), />sI где R = 50 Ом, В этом же режиме первым вольтметром 13 измеряется r и иэ (6) следу9 ет с= / /Vm, 3 откуда с учетом (12) (16) а / — е г»« (17)

Б71 + «Б «Г/

4 где 8 = !Жр

Подставляя в 17) вместо 1 величину Г и вместо /а / величину /а / иэ (15), определяют S, что позволяет при измерении ККО (Г) нелинейного объекта контролировать Уровень падающей волны по показаниям первого вольтметра 13, Таким образом, обеспечивается возможность измерения ККО линейных и нелинейных СВЧ-объектов с повышенной точностью при учете неидеальности элементов СВЧ-измерительного тракта.

Высшие гармоники падающей и оТраженной волны фильтруются благодаря применению двух модуляторов, модулируемых колебаниями разных частот, что обеспечивает измерение ККО нелинейных объектов, причем амплитудная зависимость ККО снимается с помощью управляемого аттенюатора в автостатическом режиме.

Неидеальная направленность первого и второго направленных ответвителей, дисперсия всех элементов тракта интегрально учитывается в процедуре калибровки путем вычисления калибровочных констант. Процедура калибровки обеспечивает повышенную точность измерений без использования прецизионных дорогостоящих СВЧ-элементов. а ККО образцового ваттметра Го расчитывается по измеренному р „ по формуле (14).

1497584

20

30

40

Составитель М. Кромин

Редактор Л.Пчолинская Техред Л,Олийнык Корректор M.Пожо

Заказ 4440/47 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д-. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r.Óæãoðîö, ул. Гагарина,101

Структура устроиства для измерения комплексного коэффициента отражения ориентирована на его автоматизации с помощью ЭВМ.

Кроме этого, не требуется использование прецизионных СВЧ-элементов, поскольку все необходимые параметры находятся из процедуры калибровки.

Необходимая развязка каналов падаю- 10 щей и отраженной волны обеспечивается включением вентилей 4,17 и 18.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения на

СВЧ, содержащее СВЧ-генератор, последовательно соединенные первый направленный ответвитель, вентиль и второй направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения исследуемого двухполюсника, первый амплитудный модулятор, к модулирующему входу которого подсоединен первый НЧ вЂ генерат, а к выходу — вход третьего направленного ответвителя, первый детектор,соединенный с выходом ориентированного на падающую волну вторичного канала третьего направленного ответвителя, последовательно соединенные первый сумматор и второй детектор, последовательно соединенные второй сумматор и третий детектор, третий сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго усилителей, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения. измерения нелинейных СВЧ-элементов, между выходом СВЧ вЂ генерато и входом первого направленного ответвителя включен управляемый аттенюатор, между выходом ориентированного на падающую волну вторичного канала первого направленного ответвителя и входом первого амплитудного модулятора включен двухпозиционный фазовращатель, выход первого детектора подключен к последовательно соединенным введенным полосовому фильтру и первому вольтметру, введены второй амплитудный модулятор и подключенный к его модулирующему входу второй НЧ-генератор, причем вход второго амплитудного модулятора соединен с выходом ориентированного на отраженную волну вторичного канала второго направленного ответвителя, а выход через введенный второй вентиль подключен к первому входу первого сумматора,второй вход которого через введенный третий вентиль подсоединен к выходу первичного канала третьего направленного ответвителя, последовательно соединенные второй паласовой фильтр и второй вольтметр, вход второго полосового фильтра подключен к выходу второго детектора, а выход— к входу первого усилителя, введен подключенный к выходу третьего детектора третий полосовой фильт1,выход которого соединен с входом второго усилителя, первый и второй входы второго сумматора подключены,соответственно, к выходам первого и второго НЧ-генератора, четвертый и пятый детекторы, входы которых соединены соответственно с выходом второго усилителя н с выходом третьего сумматора, а выходы — с первым и вторым входами введенного компаратора, выход которого подключен к входу введенного индикатора знака.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что детекторы выполнены квадратичньпки,,а усилители — в виде усилителей-ограничителей.