Измеритель мощности и ксвн
Изобретение относится к радиоизмерительной техника и может быть использовано для измерения мощности радиопередатчиков и оценки степени их согласования с антеннами . Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается благодаря введению элементов отбора мощности (резистор 12, конденсаторы 24, 25, 27, 28, индуктивности 23, 26, диоды 15, 16, стабилитроны 29, 30 и стабилизаторы 17,18 тока), с помощью которых обеспечивается оптимальный режим работы измерительных 13, 14 и термостабилизирующего 19 диодов, а также конденсаторов 31, 32, повышающих направленность рефлектометра (трансформа гор 3 тока, резисторы 4, 5, 10, 11) в области высоких частот. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832476/09 (22) 29,05.90 (46) 07,08.92. Бюл, N 29 (71) Научно-.исследовательский институт специальной техники, Киевский политехнический институт и Тернопольский радиозавод "Орион" (72) В.M.Ñòå÷åíêo, А,В,Талалуев, О.Я.Трегуб, А.А,Бучко, Ю.А.Витер, M,ß.×åðíû÷óê, В.П,Мудрак, А.А,Юрченко и В.Г.Татарников (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 419798, кл, G 01 Р 21/00, 27/28, 1971, Патент США № 3683274, кл. G 01 8 27/04, 1975, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ И КСВН. Ж 1753427 А1 (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения мощности радиопередатчиков и оценки степени их согласования с антеннами. Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается благодаря введению элементов отбора мощности (резистор 12, конденсаторы 24, 25, 27, 28, индуктивности 23, 26, диоды 15, 16, стабилитооны 29, 30 и стабилизаторы 17, 18 тока), с помощью которых обеспечивается оптимальный режим работы измерительных 13, 14 и термостабилизирующего 19 диодов, а также конденсаторов 31. 32, повышающих направленность рефлектометра (трансформа гор 3 тока, резисторы 4, 5, 10, 11) в области высоких частот, 2 з,п. ф-лы, 1 ил.
1753427
40
55
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения мощности радиопередатчиков и оценки их степени согласования с антеннами.
Известен измеритель мощности и коэффициента бегущей волны, содержащий резистивно-емкостной делитель напряжения, основной трансформатор тока, дополнительный трансформатор тока, диодные детекторы и стрелочный индикатор.
Данный измеритель обладает большой погрешностью измерений.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения мощности и коэффициента стоячей олны (КСБН), которое содер>кит трансформатор тока, усилитель, резистивные делители, детекторы с нагрузкой и стрелочные приборьк
Это устройство так>ке обладает низкой точностью измерений, хотя и имеет в своем составе источник питания.
Цель изобретения — повышение точности измерения мощности и KCBH в отсутствии .сточников тока (питания).
Указанная цель достигается тем, что в измерителе мощности и КСВН i a сосредоточенных элементах, содержащем тороидальный трансформатор тока, расположен Ibl_#_ вокруг цилиндрического электростати .еского экрана, внутри которого размещена линия передачи, име ощая входи вь,ход, первый делитель напря>кения, состоящий из последовательно соединенHbi>; первого и второго резисторов, первый резис-,ор соединен с пергым выводом обмотки тороидального трансформатора тока, второй делитель напряжения, состоящий из последовательно соединеннblx третьего и четвертого резисторов и включенный между выходом линии передачи и землей, последовательно соединенные первый диод и первый конденсатор, вывод которого заземлен, последовательно соединен ые второй диод и второй конденсатор, вывод которого заэемлен, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и микроамперметр, пятый и шестой резисторы и третий и четвертый диоды, пятый и шестой резисторы включены соответственно между первым и вторым выводами обмотки тороидального трансформатора тока и землей, вход линии передачи через. введенный седьмой резистор соединен со средней точкой первого делителя напря>кения .и положительным выводом первого диода, второй вывод обмотки тороидального трансформатора тока через введенный восьмой резистор соединен со средней точкой второго делителя напряжения и положительным Bbl водо 4 второго диода, вход линии передачи через параллельно соединенные третий конденсатор и девятый резистор соединен с поло>кительным выводом третьего и отрицательным выводом четвертого диода, отрицательный вывод третьего диода через введенные первый фильтр ни>кних частот, параллельно включенный первый стабилитрон и первый стабилизатор тока соединен с первым входом дифференциального усилителя и общим выходным контактом введенного переключателя, первый и второй входные контакты которого соединены соответственно с отрицательными выводами перзого и второго диодов, поло>кительный вывод четвертого диода через Bведенный второй фильтр ни>кних частот, параллельно включе II< h!t1 втоРой OTBOIInvTPOII N BToPOA стабилизатор тока соединен с BTopl>IM Входом дифференциального усилителя и отрицательным выводом введенного пятого диода, причем первый стабилитрон и пятый ди,>д совмине lbl с землей положительными выводами, второй стабилигрон -- отрицательным, а второй резистор заземлен.
В измерителе мощности и КСВН параллельно первому и третье лу резисторам включены введенные четвертый и пятый конденсаторы, емкость которых определяется по формуле
С = С>(1/б+ р/2R}, гдср- волновое сопротивление линии передачи;
R — сопротивление первого или третьего резисторов;
Со — емкость первого или третьего резисторов относительно земли.
В измерителе мощности и КСВН четвертый и пятыи конденсаторы образованы путем выполнения первого и третьего резисторов в виде последовательно соединяя,ных двух резисторов, располо>кенных друг относительно друга под острым углом.
На чертеже показана электрическая схема измерителя мощности и КСВН.
ИЗMåðèTeëü выполнен Hà сосредоточенных элементах и содер>кит линию передачи, имеющу|о вход 1 и выход 2, размещаемую внутри цилиндрического электростатического экрана, вокруг которого располагается тороидальный трансформатор 3 тока, резисторы 4 и 5, первый делитель нэпря>кения, состоящий из последовательно соединенных резисторов 6 и 7, второй делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резисторов 8 и 9, резисторы 10 — 12, диоды 13-1б; два стабилизатора
17 и 18 тока, диод 19, дифференциальный
1753427
10
20
ЗО
40
55 усилитель 20, микроамперметр 21, переключатель 22, первый фильтр низких частот, состоящий из дросселя 23 и емкостей 24 и 25, второй фильтр низких частот, состоящий из дросселя 26 и емкостей 27 и 28, два стабилитрона 29 и 30; конденсаторы 31 — 33, Измеритель работает следующим образом.
Пусть источник сигнала подключен к входу 1 линии передачи, а нагрузка — к ее выходу 2, На резисторе 7 суммируются сигнал, пропорциональный напряжению на вхрде 1 линии (он снимается с первого делителя напря>кения) и сигнал, пропорциональный току, выделяющийся на резисторе
4. Напряжения на резисторах 4 и 5сдвинуты по фазе на 180, поэтому на резисторе 9 второго делителя напряжения сигналы, пропорциональные току и напряжению, вычитаются, При этом на резисторе 7 выделяется сигнал, пропорциональный падающей волне, а на резисторе 9 — пропорциональный отраженной волне.
Сопротивления резисторов 4-11 и линии передачи связаны между собой отношением. 1 R2=p где R1 — сопротивление резисторов 6 и 8;
Кр — сопротивление резисторов 4 и 5;
p — волновое сопротивление линии передачи и сопротивление резисторов 7, 9, 10 и 11, В ысо кочастотн ые на и ряжения, п ропорциональные падающей и отраженной волнам детектируются диодами 13 и 14, Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику и их выходнйе сопротивлен ля зависят от уровня детектируемого напряжения и частоты сигнала, Непосредственное подключение микроамперметра с входным сопротивлением порядка нескольких килоом может привести к значительной погрешности измерения ВЧ сигнала, поскольку выходные сопротивления диодов 13 и 14 одного порядка с сопротивлением микроамперметра, На величину погрешности измерения влияет и нелинейность связи выпрямленного напряжения с ВЧ напряжением, а характер нелинейности определяется и температурой окружающей среды, Поэтому для снижения погрешности измерения на диоды 13 и 14 подается небольшое (порядка 30 мкА) смещение, которое существенно, особенно для кремниевых диодов, лианезирует детекторную характеристику, Включение дифференциального усилителя
20 с входным сопротивлением порядка 2 мОм уменьшает шунтирующее действие микроамперметра. Включение диода 19 повышает термостабилизацию, так как он компенсирует изменение величины сигнала, поступающего на первый вход усилителя, из-за температурного воздействия изменением величины сигнала, поступающего на второй вход усилителя (нелинейность диода
19 также определяется температурой окружающей среды как и диодов 13 и 14), B итоге приблизительно на порядок повышается точность измерения малых ВЧ напряжений.
В устройстве отсутствуют гальванические источники питания, что обеспечивае. возможность его работы при низк;1х температурах окружающей среды. Необходимый для питания активной схемы ток (порядка
100 мкА) получается путем отбора и выпрямления ВЧ сигнала в линии передачи, Благодаря включению ограничителя на резисторе
12 и емкости 33, диоды 15 и 16 отбирают нс более 3% мощности B× сигнала„что незначительно снижает точность измерения мощности и КСВН, В итоге выигрыш в повы-" шении точности за счет активной схемы измерения в несколько раз превышает проигрыш, вызванный частичным отбором измеряемой мощности.
Стабилитроны 29 и ЗО ограничивают пределы измерения питающих напряжений при колебаниях измеряемой мощности, стабилизаторы 17 и 18 осуществляют стабилизацию тока.
Трансформатор тока 3 с резисторами 4, 5, 10, 11 с первым и вторым делителями напря>кения, с корректирующими конденсаторами 31 и 32 образуют рефлектометр, направленность которого определяет точность измерения, Включение емкости 34 (35) параллельно высокоомному резистору 6 (8) делителя напряжения повышает направленность рефлектометра в области высоких частот, т.е. точ ность и з мер ения КСВ Н и мощности. Эта емкость в значительной степени компенсирует отставание по фазе ответвленного тока через этот резистор из-за влияния распределенной емкости этого резистора на общую шину, Анализ такой цепи показывает, что наилучшие условия компенсации достигаются, если величина дополнительной емкости определяется по формуле
С = Cp(1/6 + р /2В), где/> — волновое сопротивление линии передачи;
Я вЂ” сопротивление высокоомного резистора 6(8);
Co — емкость резистора 6(8) относительно общей шины (корпуса), 1753427
55
Дополните»1ь« fyfo eMI
6(8) в виде двух последовательна coed«3»fo»Iных резисторов, ряспсложенных относительно друг друга под острым углом. Б этом случае можно легко подобрать то fllglo величину корректирующей емкости, изменяя угол устаl-»авки pB3NcTopoD.
Для уменьшения отрицательного влилния Индуктивности выводов f Bèçêooì lhlx pBзисторав4 и 5 последние следует выполнять в виде параллельного соединенил нескал,ких резисторов.
Трансформатор тока удобна выполнять в виде коаксиальной линии, пропущенной через ферритавые шайбы. Индуктив»«ае сопротивление такой одное«лткавай обмотки на ни>к»«ей рабочей «астоте, должно в 50-100 раз превышать сопротивле»«ие I»113» С« =-20ig j )«=ggtg (1-; -) . где, — сопрот«явление резисторов б и 8; p — волновое сопротивление линии передачи f«соп отивление резисторов 7, 9, 10 и 11. Коэффициент усилсния дифференциального y сили1 слл, т.е, гl редел ы изме««си« «л мощности регулир> ется 13езист013ам 3 . В режиме измерения KC:ÂÍ вместо г«оста-B-fного резистора 35 ма,кно»3ключать переменный и «<ал««броват«, прибор «10 уро«зн«о падающей Bol«Hbf. Toãäà шка«я микраампарметра мажет быть прогрядуирована непосредственно в значениях КСВН. В аписанилх известных устройств отсутствуют д«а«4»«ь«е о пагрешностлх измерения мощности и KCBI- од»,ака энализ их принципиальных схем показы»зает, что в связи с недостаточность«о принятых мер по линеаризации детекторной характеристики, термостабилизации и павышени«о направленности рефле;<тометра на высоких частотах погрешности измере»«ий указанных устройств превышает 20%. Был рассчитан и изготовлен экспериментальный макет измерителя на диапазонь« частот 30-3=0 МГц и диапазоны измерения мощности 1М сигнала 0,5-15 и 15-50 Вт. Исг;ытания макета в диапазоне температур -40 С вЂ” +50 С в том числе и на реальную антенну показали, что точность измерения падя«ощей мощ««асти в пределах ее измерения от 0,5 до 50 Вт и КСВН в пределах от 1,2 до 2 не хуже . 15%, Собственное КСВН ВЧ входов макета не превышала 1,15 ва всем диапазоне частот, 5 « 30 >г Конструктивно макет состоял из сменных ВЧ часгей длл пределогз 0,5 — 15 Вт и 15— 50 Бт и общей измерительной части. Высокочастотные части содер>кали рефлектометры с переходным ослаблениеM 15 и 25 дв, детекторы отбора и выпрямленил ВЧ мощIIocTè, измерительные и компенсационные диады с фильтрируloùèìè конденсаторами и ДРОССЕЛЯМИ, Измерительная часть содер>кала пере1<л«о-«атель режима преде»«ав измерения, сумM è р > «г3 «ц и til у с и л и т е л ь н а M vf 1< р О с х е M е с микрапотреблением 140УД12(20), стабилизатор.„тока на трэнзисторах 2Г1303 (17, 18) и f lw<раамперметр (21), Высокочастотнал часть была выполнена на плате из фольгирован»,ога стеклотекстолита размером 40х120 мм и размещалась в корпусе размером 130х45х45 мм, Высокоомные резисторы выполнялись из двух резисторов МЛТ-2, а низкоомные из б резиcTopof3 МЛТ-0,5. Трансформатор тока представлял собой отрезок кааксиальной линии P!(-50-1-23 дли.«ой 67 мм, пропущенной через 12 ферритовых coрдечникoB размером 8х4 иэ материала 200 ВНГ1, Б дальнейшем были изготовлены опытные образцы измерителя мощности и КСВН, NcI3ûтàIIè«I которых подтвердили правильность технического ре»1»ения. Формула изобретения 1. Измеритель мощности и КСЬН, содержащий тороидальный трансформатор тока, расположенный вокруг цилиндрического электростатического экрана, внутри которого размещена линия передачи, име«а«цая вход и выход, первый делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных первого и второго резисторов, пе13вый; езистор соединен с пе13вым Bb«Bo(; of» обмотки тароидального трансформатора тока, второй делитель напряжения, состоящий из последовательно соеди««енных третьего и четвертого резисторов и лкл«о-«енный между выходам линии передачи и землей, последовагельно соединенные первый диод и первый конденсатор, последовательно соединенные второй диод и второй конденсатор, вывод которого заземлен, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и стрелочный индикатор, пятый и шестой резисторы и третий и четвертый диоды, о т л и ч à «о шийся тем, что, с целью повыше»»ия точности измерения, пятый и шестой резисторы вкл»очены cooTBBTcòBåíBî между первым и вторым выводами обмотки тороидаль»4ога трансфа13матора тока и землей, вход линии переда«и через введенный седьмой резистор соединен са средней точкой первого делителя 1753427 Составитель А,Бучко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кравцова Редактор Н,Химчук Заказ 2766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Пагент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 напряжения и положительным выводом первого диода, второй вывод обмотки тороидального трансформатора тока, через введенный восьмой резистор соединен со средней точкой второго делителя напряжения и положительным выводом второго диода, вход линии передачи через введенные параллельно соединенные третий конденсатор и девятый резистор соединен с положительным выводом третьего и отрицательным выводом четвертого диодов, отрицательный вывод третьего диода через введенные первый фильтр нижних частот, параллельно включенный первый стабилитрон и первый стабилизатор тока соединен с первым входом дифференциального усилителя и общим выходным контактом введенного переключателя, первый и второй входные контакты которого соединены соответственно с отрицательными выводами первого и второго диодов, положительный вывод четвертого диода через введенные второй фильтр нижних частот, параллельно включенный второй стабилитрон и второй стабилизатор тока соединен с вторым входом дифференциального усилителя и отрицательным выводом введенного пятогQ диода, причем первый стабилитрон и пятый диод соединены с землей положительными выводами, второй стабилитрон — отрица5 тельным, а второй резистор заземлен. 2. Измеритель по и. 1, о тл и ч а ю щи йс я тем, что параллельно первому и третьему резисторам включены введенные четвер10 тый и пятый конденсаторы, емкость которых определяется по формуле С = Со(1/6 + р /2R), гдето — волновое сопротивление линии передачи, 15 R — сопротивление первого или третьего резисторов; Со — емкость первого или третьего резисторов относительно земли, 3. Измеритель по и, 2, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что четвертый и пятый конденсаторы образованы путем выполнения первого и третьего резисторов в виде последовательно соединенных двух резисторов. расположенных друг относительно друга под 25 GCTPhllvl /ÃëÎM.
