Способ калибровки контактного устройства

 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ. Предложенный способ калибровки контактного устройства, согласно которому в измерительный тракт поочередно включают три образцовые нагрузки, измеряют амплитуды падающих и отраженных волн и вычисляют комплексные коэффициенты отражения образцовых нагрузок, которые выполняют в виде отрезка линии передачи с включенным по параллельной схеме СВЧ диодом, смещенным от оси симметрии отрезка линии передачи, причем, смещение СВЧ диода различно в каждой из образцовых нагрузок, а образцовые нагрузки устанавливают в узел стоячей волны измерительного тракта путем изменения амплитуды и фазы одной из падающих волн. Способ характеризуется высокой точностью и может быть реализован для различных типов контактных устройств, вплоть до мм-го диапазона длин волн. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности, к измерениям на СВЧ, и может использоваться для измерения параметров рассеяния СВЧ-объектов в нестандартных линиях передачи.

Известен способ калибровки контактного устройства [1] прототип, заключающийся в том, что в измерительный тракт поочередно включают три образцовые нагрузки, измеряют амплитуды падающих и отраженных волн и вычисляют комплексные коэффициенты отражения образцовых нагрузок. Способ основан на измерении комплексных коэффициентов отражения короткозамкнутых нагрузок, нагрузок холостого хода и параметров рассеяния отрезка линии передачи. Параметры нагрузок короткого замыкания и холостого хода определяют с использованием приближенных формул.

Однако известный способ не обеспечивает высокой точности измерений.

Задачей изобретения является увеличение точности измерений.

Технический результат заключается в возможности экспериментального определения плоскости короткого замыкания в сочетании с управлением режимом стоячих волн.

Этот технический результат достигается тем, что способ калибровки контактного устройства, заключающийся в том, что в измерительный тракт поочередно включают три образцовые нагрузки, измеряют амплитуды падающих и отраженных волн и вычисляют комплексные коэффициенты отражения образцовых нагрузок, образцовую нагрузку выполняют в виде отрезка линии передачи с включенным по параллельной схеме СВЧ-диодом, смещенным от оси симметрии отрезка линии передачи, причем смещение СВЧ диода различно в каждой из образцовых нагрузок, а образцовую нагрузку устанавливают в узел стоячей волны измерительного тракта путем изменения амплитуды и фазы одной из падающих волн. При этом СВЧ-диод каждой нагрузки образует замкнутый по постоянному току контур, в котором определяют величину тока, продетектированного СВЧ-диодом, а включение СВЧ-диода в узел стоячей волны производят с помощью изменения амплитуды и фазы одной из падающих волн.

При этом а) используются однотипные образцовые нагрузки, содержащие нелинейный элемент, подключенный с различным смещением относительно отсчетных плоскостей; б) о качестве эквивалентного короткого замыкания в точке подключения диода судят по величине тока, индицируемого микроамперметром; в) перемещение узла стоячей волны в точку подключения диода осуществляют изменением фазы одной из падающих волн.

Устройство, реализующее способ, приведено на чертеже и содержит анализаторы цепей (АЦ) 1 и 2, фильтры питания 3 и 4, к низкочастотным выходам которых подключены микроамперметр 5 и источник постоянного напряжения 6, соответственно, коаксиально-полосковые переходы 7 и 8 контактного устройства, с включенным отрезком линии передачи 9, содержащим СВЧ-диод 10, подключенный по параллельной схеме.

Способ осуществляют следующим образом. Контактное устройство через фильтры питания 3, 4 подключают к выходным полюсам анализаторов цепей 1, 2. К низкочастотному выходу фильтра питания 3 подсоединяют микроамперметр 5. К коаксиально-полосковым переходам 7, 8 подключают первую образцовую нагрузку, которая состоит из отрезка линии передачи 9 с включенным по параллельной схеме СВЧ-диодом 10 на расстоянии l₁ и l₂ от отсчетных плоскостей b-b и с-с. К низкочастотному выходу фильтра питания 4 подключают источник постоянного напряжения 6 так, чтобы на диод 10 было подано запирающее напряжение. После этого на вход и выход контактного устройства подают СВЧ-колебания примерно одинаковой амплитуды. Управление амплитудой и фазой падающих волн осуществляют с помощью анализаторов цепей 1 и 2. Затем изменением фазы одной из падающих волн добиваются минимально возможного показания микроамперметра 5, при этом постепенно увеличивая чувствительность диода 10 до максимально возможной путем изменения напряжения смещения. Далее путем изменения амплитуды одной из падающих волн пытаются уменьшить полученное ранее показание микроамперметра 5. После этого показание микроамперметра 5 еще более пытаются уменьшить путем изменения фазы одной из падающих волн. После проведения данной настройки диод 10 оказывается включенным в узел стоячей волны, что эквивалентно подключению короткозамыкателя в точке расположения диода 10. При этом анализаторы цепей 1 и 2 измеряют отношения волн ρ₁ и ρ₂ в отсчетных плоскостях a-a и d-d.

Для последующих двух нагрузок со смещением диодов относительно отсчетных плоскостей b-b и с-с равных l₃, l₅ и l₄, l₆, соответственно, производят точно такую же процедуру настройки на минимум протедектированного тока, после которой с помощью анализаторов 1 и 2 измеряют отношения волн ρ₃,ρ₅ и ρ₄,ρ₆ в отсчетных плоскостях a-a и d-d, соответственно.

Комплексный коэффициент отражения нагрузки эквивалентного короткого замыкания вычисляют по формуле r_i= -e^-2γ^li где γ постоянная распространения в линии передачи; i=1, 3, 5 для отсчетной плоскости b-b и i=2, 4, 6 для отсчетной плоскости с-с.

При этом отношения волн r_i, измеряемые АЦ и коэффициент отражения эквивалентного короткого замыкания связаны стандартным соотношением [2] (1) где l=1, i=1, 3, 5 для отсчетной плоскости b-b, l=2, i=2, 4, 6 для отсчетной плоскости с-с.

Т.к. смещение СВЧ диода относительно оси симметрии различно, соотношение (1) для трех образцовых нагрузок образует систему линейных уравнений с тремя неизвестными: имеющей стандартное решение [3] Вычисление параметров исследуемого объекта может быть проведено из следующего матричного выражения S_x=S₁S и S₂
где S_x-T матрица исследуемого объекта, S₁ и S₂ - обращенные Т матрицы каскадного соединения СВЧ-узлов 3 и 7, и 8 и 4 соответственно, S_и Т матрица каскадного соединения узлов между плоскостями а-а и d-d, измеренная с помощью АЦ 1 и 2.

Ниже приведен пример осуществления способа.

Программа проведения испытаний состоит из следующих разделов.

Проведение калибровки контактного устройства на основе следующих образцовых нагрузок: короткозамкнутых нагрузок, нагрузок холостого хода и согласованных нагрузок. Проведение измерений S параметров отрезка линии передачи на основе данной калибровки.

Проведение калибровки контактного устройства на основе холостого хода нагрузок, линии передачи с включенным по параллельной схеме диодом 2А116 и согласованных нагрузок. Проведение измерений S параметров отрезка линии передачи на основе данной калибровки.

Сравнение результатов, полученных по пп. 12.

Измерение комплексного коэффициента отражения линии передачи с включенным по параллельной схеме диодом 2А116.

Результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Сравнение результатов измерений, проведенных по п. 1, 2, свидетельствует о работоспособности способа калибровки контактного устройства с использованием эквивалентного короткого замыкания.

Приведенные результаты измерений комплексного коэффициента отражения говорят о достижении с помощью нагрузки в виде отрезка линии передачи с включенным по параллельной схеме диодом параметров короткого замыкания с высокой точностью. Применение для калибровки контактного устройства трех таких нагрузок позволит увеличить точность определения его параметров.

Предложенный способ использует расчетные соотношения, имеющие линейный характер, что делает процедуру обработки данных надежной и устойчивой к шумам.

Динамическое управление чувствительностью диода с помощью источника постоянного напряжения 6 позволяет получить параметры эквивалентного короткого замыкания с высокой точностью.

Предложенный способ может быть реализован для различных контактных устройств вплоть до мм-го диапазона длин волн.

Формула изобретения

Способ калибровки контактного устройства, заключающийся в том, что в измерительный тракт поочередно включают три образцовые нагрузки, измеряют амплитуды падающих и отраженных волн и вычисляют комплексные коэффициенты отражения образцовых нагрузок, отличающийся тем, что образцовую нагрузку выполняют в виде отрезка линии передачи с включенным по параллельной схеме СВЧ-диодом, смещенным от оси симметрии отрезка линии передачи, причем смешение СВЧ-диода различно в каждой из образцовых нагрузок, а образцовые нагрузки устанавливают в узел стоячей волны измерительного тракта путем изменения амплитуды и фазы одной из падающих волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2