Способ калибровки генераторов свч-сигнала

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти применение при изготовлении и эксплуатации СВЧ-генераторов. Целью способа является повышение точности калибровки. Сущность изобретения заключается в двух измерениях мощности в двух точках измерительного тракта, причем одно измерение производят на выходе генератора, а другое - на выходе отрезка коаксиальной линии длиной λ/4 , при этом изменением частоты добиваются, чтобы одно из измерений мощности было максимальное (минимальное), а второе минимальное (максимальное), после чего определяют поправки для регулировки.1 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти применение при изготовлении и эксплуатации СВЧ-генераторов.

Известен способ калибровки источников СВЧ- сигнала в рассогласованном тракте. Способ состоит в предварительном определении с помощью специальной измерительной аппаратуры модулем коэффициентов отражения источника СВЧ-сигнала и ваттметра, применяемого непосредственно при калибровке. Введение частотно-зависимых поправок в показания ваттметра, определяемых по модулям коэффициентов отражения, обеспечивает повышенную точность калибровки. Однако, это справедливо только для достаточно малых значений модулей отражения.

Недостатком этого способа является его сложность и трудоемкость, заключенная в использовании дополнительной сложной измерительной аппаратуры для нахождения модулей коэффициентов отражения и недостаточная точность за счет наличия неисключенных погрешностей, обусловленных неточностью определения самых модулей.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в [2] сущность которого заключается в определении проходящей мощности посредством измерения двух значений в двух точках линии передачи, отстоящих одна от другой на λ/4 с последующим определением поправок для регулировки.

В данном способе предлагается использовать измеритель проходящей мощности, содержащий отрезок линии передачи с двумя датчиками, установленными друг от друга на расстоянии λ/4 причем датчики включены параллельно и соединены с индикатором.

Недостатком способа, взятого за прототип, является сложность конструкции, для реализации калибровки, особенно для коаксиальных трактов, и недостаточная точность, обусловленная как дополнительным рассогласованием, вносимым самой линией, так и неидентичностью характеристик датчиков (погрешность преобразования и амплитудная характеристика). Кроме этого, способ требует достаточной мощности изменяемого сигнала, что довольно сложно обеспечить при калибровке СВЧ- источников сигнала с задающими генераторами на транзисторах.

Точность данного способа зависит от фазовых соотношений в измерительном тракте и при значениях KCBH выхода генератора 1,75 и входа измерителя мощности 1,4 в самом неблагоприятном случае достигает значения ±0,8 дБ.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности калибровки генераторов при упрощении конструкции измерителя мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, взятом за прототип, включающем определение среднего значения мощности путем измерения мощности в двух точках измерительного тракта, разнесенных на четверть длины волны, и определение поправки, первое измерение проводят на выходе генератора, а второе измерение на выходе отрезка коаксиальной линии длиной λ/4 введенной в измерительный тракт, причем изменением частоты добиваются, чтобы одно из значений мощности было максимально (минимально), а другое минимальное (максимальное).

Таким образом, сущность способа заключается в двух измерениях мощности, в двух точках измерительного тракта, причем одно измерение производят на выходе генератора, а другое на выходе отрезка коаксиальной линии длиной λ/4/4, при этом изменением частоты добиваются, чтобы одно из значений мощности было максимальное (минимальное), а второе минимальное (максимальное), после чего определяются поправки для регулировки как разность между значением мощности, установленной на выходе генератора, и усредненным по двум измерениям показаниям измерителя мощности.

Математическое обоснование приводится ниже. Мощность генератора, измеренная ваттметром без включения в измерительный тракт коаксиального четвертьволнового отрезка, можно представить следующим выражением: где Г_г и Г_н коэффициент отражения генератора и измерителя мощности.

Мощность генератора, измеренная на выходе четвертьволнового отрезка: Знаменатели выражений (1), (2) можно представить в виде: 1± 2(Г_гГ_н)cos(ϕ_г+ϕ_н-2βl)+(Г_гГ_н)² Обозначим: Найден полусумму мощностей P₁ и P₂: Отметим, что для всех практических случаев калибровки
γ⁴≪ 1
Если при измерении мощности с включением четвертьволнового отрезка в измерительный тракт и без него изменением рабочей частоты генератора около частоты поверки F₀ определено, что P₁=P_max, а P₂ на той же частоте равно P_min (при этом предполагается, что Г_г и Г_н остаются неизменными в пределах изменения F_o), то cos 2Θ=1.

Для предельных значений KCBH генератора и измерителя мощности [3] значение дроби

При существующих точностях измерения мощности на практике эту величину можно принять за 1. Тогда

Из сравнительного анализа последней формулы с формулами (1) и (2) легко установить следующее: точность измерения мощности на выходе генератора данным методом не зависит от фазовых углов, т.е. не зависит от фазовых соотношений в измерительном тракте.

Для предельных значений KCBH генератора и измерителя мощности погрешность метода, обусловленная рассогласованием измерительного тракта, составляет ±0,45 дБ.

Для осуществления предлагемого способа была проведена калибровка опорного уровня генераторов СВЧ-сигнала РГ10-Г13 с помощью ваттметра МЗ-51. Генераторы работают в диапазоне 1-18 ГГц. KCBH выхода генератора по ТУ составляет 1,75, KCBH ваттметра в диапазоне до 18 ГГц равен 1,35-1,4.

Калибровка приводилась с помощью бесшайбовых четвертьволновых отрезков коаксиальной линии, выполненных по восьмому квалитет.

Калибровка проводилась на частотах поверки, соответствующих длине волны λ Причем расстройкой частоты генератора около частоты поверки добивались, чтобы одно из измерений до и после включения четвертьволнового отрезка являлось бы минимальным, а другое максимальным. Калиброванное значение мощности определялось путем усреднения результатов (см. чертеж), где P_o номинальная мощность генератора, P_н мощность, развиваемая в нагрузке, точки A и A¹- значения мощности, измеренные по предлагаемому способу, точки B и B¹ значения мощности, измеренные по методу, взятому за прототип.

В диапазоне 4-18 ГГц применение предлагаемого способа позволило увеличить точность установки опорного уровня по сравнению с прототипом на 0,25-0,3 дБ.

Формула изобретения

Способ калибровки генераторов СВЧ-сигнала, заключающийся в измерении значений мощности СВЧ-сигнала в двух точках измерительного тракта, разнесенных на расстояние, равное 1/4 длины волны, к которому подключен калибруемый генератор, и в последующем определении величины поправки, отличающийся тем, что измеряют значение мощности непосредственно на выходе калибруемого генератора СВЧ-сигнала, затем между выходом этого генератора и измерительным трактом включают отрезок коаксиальной линии длиной λ/4, где λ длина волны электромагнитных колебаний на частоте поверки, и измеряют значение мощности на конце этого отрезка, осуществляя при этом изменение частоты подаваемого в измерительный тракт СВЧ-сигнала до величин, обеспечивающих максимум или минимум одного и, соответственно, минимум или максимум другого измеренного значения мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1