Устройство для измерения комплексных коэффициентов отражения свч-двухполюсников

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - обеспечение измерений комплексных коэф. отражения и определения частоты и амплитуды побочных колебаний. В устр-во введены направленный ответвитель 2, вентиль 3, два управляемых аттенюатора 4 и 7, линейный пассивный четырехполюсник 15. Введенные в устр-во новые элементы и связи являются существенными, поскольку они меняют алгоритм измерений, образуют отсутствующий в прототипе опорный канал , расширяют функциональные возможности . Взаимное влияние опорного и измерительного каналов исключается ;. за счет вентиля 3. Измерениям предшествует калибровка. Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона с целью определения значений констант, входящих в соотношения для расчета коэф. отражения Г, уровня падающей волны А, уровня побочного колебания Б и частоты побочного колебания О лS сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„, 14483

А1 г511 4 G 01 R 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4 197916/24-09 (22) 18.12.86 (46) 30.12.88. Бюл. 1". 48 (71) Горьковский политехнический институт им. А. A. Жданова (72) A. Н. Зайцев и В. И. Пятаев (53) 621.317.34)(088.8) (56) Абубакиров Б. А., Гудков К. Г., Нечаев Э. В, Измерение параметров радиотехнических цепей. — М.: Радио и связь, 1984, с. 248.

Engur G,F., IEEE Trans on NTT.

1977, v. МТТ-25, Р 12, р. 1080—

1083. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ1БРЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ СВЧДВУХПОЛ10СНИКОВ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ, Цель иэобретения— обеспечение измерений комплексных коэф. отражения и определения частоты и амплитуды побочных колебаний.

В устр-во введены направленный ответвитель 2, вентиль 3, два управляемьгх аттенюатора 4 и 7, линейный пассивный четырехполюсник 15. Введенные в устр-во новые элементы и связи являются существенными, поскольку они меняют алгоритм измерений, образуют отсутствующий в прототипе опорный канал, расширяют функциональные возможности. Взаимное влияние опорного и измерительного каналов исключается; за счет вентиля 3. Измерениям предшествует калибровка, Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона с целью определения значений констант, входящих в соотношения для расчета коэф. отражения Г, уровня падающей волны А, уровня побочного колебания В„ и частоты побочного колебания И, . 1 ил.

1448302

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ.

Цель изобретения — обеспечение измерений комплексных коэффициентов отражения неустойчивых активных и нелинейных СВЧ-двухполюсников и определения частоты и амплитуды побочных колебаний.

На чертеже приведена электрическая функциональная схема устройства для измерения комплексных коэффициентов отражения СВЧ-двухполюсников.

Устройство содержит СВЧ-генератор

1, второй направленный ответвитель 15

2, вентиль 3, первый управляемый аттенюатор 4, первый направленный ответвитель 5, и исследуемый СВЧ-двухполюсник 6, второй управляемый аттенюатор 7, делитель мощности 8, первый 20 и второй двойные мосты 9 и 10, первый — четвертый измерители мощности

11-14 и линейный пассивный четырехполюсник 15.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал СВЧ-генератора 1, проходя через каскадное соединение направленного ответвителя 2, вентиля 3, управляемого аттенюатора 4 и направленно- ,30 го ответвителя 5, поступает на вход исследуемого СВЧ-двухполюсника б, где устанавливается стационарный режим падающей a(t) и отраженной b(t) волна 35

1Яt

a(t) = Re(A е ) + a<(t);

j(Dt

Ь(й) Re(B е ) + b„(t) > где А и В - комплексные амплитуды падающей и отраженной волн, отношение которых являет- 45 ся исходным комплексным коэффициентом отражения

Г = В/А (2)

Π†.частота СВЧ-генератора

{частота измерений а„(1:)

b„(t) - побочные составляющие падающей и отраженной волн, причем для линейных пассивных и устойчивых активных исследуемых объектов Ь„(t) - eÄ(t)

= О, для неустойчивых линейных активных исследуемых объектов: а„(t) А„сов И„ t; (3)

b„(t) = В„cos (2„t, где у„- частота генерации (частота самовозбуждения или параметрического возбуждения автоколебаний) для нелинейных исследуемых СВЧ-двухполюсников.

После ответвления направленным ответвителем 5 падающей и отраженной волн на входы измерителей.мощности

Il и 14 поступают сигналы, являющие" ся линейными комбинациями падающей и— отраженной волн:

j(a4 с() = Re(C е ) + c„{t); (4)

1УБ 1() = Re(g e ) + d„(t) где С и D — комплексные амплитуды линейных комбинаций, связанные с А и В в силу линейности устройства линейными алгебраическими соотношениями:

С =4. А + 3 В

«Э = А + 8g)| где о p $ Π— неизвестные калибровочные коэффициентьц

c„(t) иd„(t) — побочные составляющие, порожденные а,(t) и Ь (t).

Сигналы, регистрируемые измерителями мощности 12 и 13, пропорциональные сигналам, регистрируемым измерителями мощности 11 и 14:

1Я6

c<(t) = Ке(аС е ) + с„,(t); ((д1 {6)

d, (t) = Re(y P е ) + л1„„(t)

Коэффициенты и р в интегральном виде учитывают неидентичность трактов от выходов вторичного тракта направленного ответвителя 5 до входов измерителей мощности ll, 12 и 13, 14 и неидентичность измерителей мощности., С выхода вторичного тракта направленного ответвителя 2 через управляз 1448302 емый аттенюатор 7, делитель мощности

8 на двойные мосты 9 и 1О поступают .,опорные сигналы, суммирующиеся с сиг-. налами (4) и (5) на выходах двойных г мостов 9 и 10.

5Р 9,С+Р пг

Опорные сигналы на входах измери0 г. г телей мощности 11, 12, 13 и 14 имеют

P GU

2 вид. (9) Re(U, е );

)Я1

u (t) и (г) jest

Re(Ще ); (7) jQ3i

Re(Uz е );

uo3(i) 1 Я е.

Ке(Б e ), 20

u«(t) 25

С =С соя(р, + jC sing, 1 и

Р4 Р Ра

1.у sin (g

2,ГР."

Р, =С +Р„,1 (8) + j D яiп с

D = D созе (12),55 С

1-д Г сиест и (— иоэффициеиты, учитывающие неидентичность трактов, а также неидентичность измерителей мощности

Каждый из измерителей мощности определяет 3 отсчета мощности: пер" вый — мощность суммы линейной комбинации падающей и отраженной волн и опорного сигнала (управляемые атте" нюаторы 4 и 7 включены на пропускание), второй — мощность линейной комбинации падающей и отраженной волн при отключенном опорном сигнале (упI равляемый аттенюатор 7 включен на максимальное затухание), третий— мощнос ь опорного колебания при запертом измерительном тракте (управляемый аттенюатор 4 включен на максимальное затухание), в частности, показания измерителя мощности 11:

Р =C +U, +2CUсояЦ,+Р„, Я 2 где (0, — фазовый сдвиг гармоники с частотой (0 в линейной комбинации (4) относительно опорного сигнала;

P — мощность побочного колебаф1 ния, Аналогично, показания измерителя мощности 13

Р Ъ С +О Ui +29GCU соя(ц1-) г

У1) 02

10 где q — дополнительный фазовый сдвиг, вносимый двойным мостом 9.

Взаимное влияние опорного и измерительного каналов исключается sa счет вентиля 3 и свойства развязки

15 входов двойных мостов 9 и 10.

Из (8) и (9) следует:

1 Г и

С соя g, = (Р(— Р< — Р, )/2Ч P 1

1 ф

Рг - Рг — Р

С sing, =

2 Рг — а 0 соа с(, сов <1 Д ° (а вас q, 1,(101

Здесь (1), О, + ((, что обеспечивается использованием моста на частоте, отстроенной от центральной частоты моста, 30

Из соотнощений (10) Аналогично по трем показаниям из35 мерителей мощности 14 и 12 определяется величина и (6)(с отсчетом фазы относительно опорного сигнала u >(t))

6 2

D созе = (P P> P )/

Э 3 3 (11) -р D соя ч соя (Д (pg я1п(ф ); (11) После полученного деления уравнений (5) одно на другое, и введения обозначений С > ÑC/D откуда при известных константах о

= g/ ; Py= В/ ; h y = 8 /g и измерен1448302

С„= P„, = t)) (Q„)B„, (17) (13) й

-С

1 (14) Я С °

2 (Рп Р2 (18) (15) (19) 35 и вычисляют

50 (21) sin (.1), = + (1б) ном отношении комплексных амплитуд линейных комбинаций С и D найденным по трем отсчетам мощности каждого из

4 измерителей мощности, определяется искомый параметр Г

Кроме того, по модулю С из вторых уравнений (8) и (9) определяется мощность побочных колебаний:

Если Р(Ф 0 и Р(ф О, то это свидетельствует о том, что СВЧ-двухполюсник возбудился (малосигнальный режим) или генерирует высшие гармоники (режим большого сигнала), Устройство позволяет определить частоту самовозбуждения или частоту наиболее интенсивной высшей гармоники по отношению Р„ /Р„, где И вЂ” частота побочной составляющей; 9, учитывает неидентичность выходов двойного моста 5. Поскольку линейный пассивный четырехполюсник 15 имеет монотонную в рабочем диапазоне частот амплитудно-частотной характеристикой, функция /(((M,), также имеющая монотонный вид, позволяет по значению отношения (15) однозначно определить частоту побочного колебания Qг °

Абсолютный уровень падающей волны

А, необходимый для измерения амплитудной зависимости Г (А) нелинейных объектов, определяется по модулю С в соответствии с (5) Амплитуда побочного колебания, генерируемого исследуемым СВЧ-двухполюсником В„, при условии хорошего согласования измерительного тракта много больше переотражеиной волны

A При коэффициенте отражения измерительного тракта Г = 0,1 и направленности второго направленного ответвителя не хуже 20 дБ, с погрешностью не более 1Х из (5) что по величине Р)1 известной ча10 стоте я, и значению константы на частоте у, позволяет определить амплитуду побочного колебания В„.

Иэмерениям предшествует калибровка, !

5 Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона. С целью определения значений констант, входящих в соотношения для расчета коэффициента отражения

20 Г, уровня падающей волны А, уровня побочного колебания В„ и частоты побочного колебания О, 1

Калибровка опорного канала.

В качестве исследуемого СВЧ-двухполюсника б подключают пассивную нагрузку, регистрируют по Э отсчета мощности кажцым иэ четырех измерителей мощности и иэ (9), (10) определяют

ЗО совц, = (Р,-Р,-Р, )/г(Р,,Р, ccs (q, - /,) = (Р,-p, -г," )/г,) Е"pz

40 (20)

Второе из соотношений (20) при наличии приближенного значения ((), с

0 точностью + 10-15, которое получают расчетным путем или предварительным

45 измерением параметров моста 9, опре-. деляет квадрант, в котором находится угол ф, что дает однозначно sin y,, позволяя выбрать знак в соотношении после чего по сов ((p †(г),) при найденном (, и приближенном() находят утоЮ

55 чненное значение (),, Аналогично определяют ()

Калибровка измерительного канала.

К устройству поочередно подключают три образцовые нагрузки с известными

302 (22) 20 (4) оС

А(1 Р Г(g<)

30 позволяющий затем в процессе измерении коэффициента отражения нелинейного СВЧ-двухполюсника 6 .контролировать амплитуду падающей волны 0(t) по соотношению (16).

По коэффициенту К вычисляют =(„, 1., (24) 40 необходимый для контроля в процессе измерений уровня побочных колебаний по соотношению (17).

Составитель В. Гончаров

Редактор M. Товтин Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Решетник

Заказ 6844/51 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

7 1448 коэффициентами отражения Г Г Г

4 Э и для каждой из них определяют неличины С " С

I и ы С, Ср, С . Подстановка полученных значений в (13) дает систему трех линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов

<» r» -гЗатем подключают образцовый изме10 ритель мощности с неизвестным коэффициентом отражения Г и определяют (4)

С, . При найденных, й-. Р по

Р 1 в (3) вычисляют «Г4 и по показанию об11 1 разцового измерителя мощности P onо ределяют уровень падающей волны где Š— нормированное сопротивление канала.

По найденному уровню падающей волны А из (16) определяют коэффициентоЬ 25

Формула изобретения

Устройство для измерения комплексных коэффициентов отражения СВЧ-двухполюсников, содержащее генератор, первый направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения исследуемого СВЧ-двухполюсника, делитель мощности, к первому выходу которого подсоединены последовательно соединенные первый двойной мост и первый измеритель мощности, а к второму — второй двойной мост и второй измерительмощности, третий и четвертый измерители мощности, причем выход отраженной волны вторичного тракта первого направленного ответвителя соединен с вторым входом первого двойного моста, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью обеспечения измерения комплексных коэффициентов отражения неустойчивых активных и нелинейных СВЧ-двухполюсников, введены последовательно соединенные второй направленный ответвитель, вход которого соединен с выходом СВЧ-генератора, вентиль и первый управляемый аттенюатор, выход которого соединен с входом первого направленного ответвителя, второй управляемый аттенюатор, включенный между выходом падающей волны второго направленного ответвителя и входом делителя мощности, линейный пассивный четырехполюсник, включенный между вторым выходом первого двойного моста и третьим измерителем мощности, причем выход падающей волны вторичного тракта первого направленного ответвителя соединен с вторым входом второго двойного моста, второй выход которого соединен с четвертым измерителем мощности.