Способ калибровки согласованного измерительного преобразователя свч напряжения

 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения от образцовых средств измерений к рабочим и предназначено для калибровки преобразовате .лей напряжения, КСВН которых близок к единице. Цель.изобретения - расширение , частотного диапазона. При проведении калибровки СВЧ-сигнал подают .на вход преобразователя через чет:вертьволновый отрезок линии передачи с волновым сопротивлением Z .измеряют СВЧ-напряжение U на входе от- , модуль коэффициента отражения Г преобразователя и падающую на.его вход мощность Р, а величину калиб , руемого СВЧ-напряжения U, определяют & по формуле U2 2PTZ0 (1 + Г2- ) - U, . Цель достигается благодаря использованию четвертьволнового отр.езка. 3 ил. С S

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОИИАЛИСТИЧ жИХ

РсСПУБЛИХ рц Й 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

112

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4766236/09 (22) 11.12.89 (46) 23,01,92. Бюл. М 3 (71) Научно-производственное обьединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии им.Д.И,Менделеева" (72) И.А. Сергеев (53) 621.317.343(088.8) (56) IEFE Transactions on instrumentation and measurei ents, 1867, vol.1М16, Р 3.

Авторское свидетельство СССР

К 1449914, кл. G 01 R 19/00, 1988. (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ СОГПАСОВАННОГО

ИЗИЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СВЧНАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть исИзобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы

СВЧ-напряжения от образцовых средств измерений к рабочим и предназначено для калибровки преобразователей напряжения КСВН которых близок к единице, Целью изобретения является расширение частотного диапазона калибруе; мых измерительных преобразователей.

Цель достигается тем, что в способе калибровки согласованного измерительного преобразователя CDu-напряжения, основанном на подаче на ы о в,".зд

СВЧ-сигнала через отрезок пинии передачи известной длины, измерении СВЧнапряжения U на входе отрезка, отсче„„Bl. „„17О7553 пользовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения от образцовых средств измерений к рабочим и предна эначсно для калибровки преобразовате лей напряжения, KCBH которых близок к единице. Цель.изобретения — расширение.частотного диапазона, При проведении калибровки СВЧ-сигнал подают на вход преобразователя через чет-. вертьволновый отрезок линии передачи с волновым сопротивлением Е,изме ряют СВЧ-напряжение U на входе отJ резка, модуль коэффициента отражг ния

Г преобразователя и падающую на. е„ о вход мощность P, а величину калиб руемого СВЧ-напряжения У определяют по формуле U =

Цель достигается благодаря использованию четвертьволнового отрезка, 3 ип. те СВЧ-напряжения на калибрусмом преобразователе и вычислении калибруемого

СВЧ-напряжения, ллину отрезка линии передачи выбирают равной четверти волны, дополнительно измеряют модуль коэффициента отражения Г калибруемого преобразователя и падающую на его вход мощность Р", а величину калибруеиого СВЧ-напряжения U определяют по Формуле где Z — волнорезе сопротивпа.;ие линии передач .

Предлагаемь.й способ позволяет при калибровке измерительного преобразова17о7553 о (г где Г и (-.модуль и фазовый угол . коэффициента отражения калибруемого преобразователя;

Р— мощность на входе и на л выходе преобразователя;

25 P - падающая мощность на входе преобразователя;

Z - волновое сопротивление о преобразователя. Е

Суммируя U u U получим

U, + U, = 2P Z (1 + Г ), откуда теля СВЧ-напряжения вместо полуволновых отрезков линии использовать четвертьволновые отрезки линии и тем самым расширйть вдвое нижнюю границу диапазона частот калибруемых измер4тельных преобразователей СВЧ-напряжения.

Способ калибровки может быть реализован на следующих устройствах: на проходном измерительном преобразо.вателе, в поперечном сечении которого .включены два термистора, напряже. we на которых прокалибровано; на Т- . разветвителе, в одном иэ еыходных плеч которого включен измерительный . преобразователь напряжения и отрезок коаксиальной линии, прокалиброванные ..в величинах напряжения в плоскости симметрии Т-разветвителя.

На фиг. 1 представлена схема калибровки коаксиального измерительного преобразователя СВЧ-напряжения, исйользующая проходной измерительный преобразователь; на фиг. 2 и 3схемы калибровки коаксиального измерительного преобразователя СВЧ-напряжения, использующие Т-разветвитель с измерительным преобразователем в выходном плече, М

Устройства, реализующие предлагаемый способ калибровки (фиг .1-3), содержат генератор 1, проходной из" мерительный преобразователь 2 с двумя термисторами, включенными в попе- 35 речное сечение коаксиальной линии, термисторный мос г 3 и его отсчетное устройство 4, четвертьволновый отрезок 5 коаксиальной линии, волновое сопротивление которого равно войново- 40 му сопротивлению калибруемого преобразователя, калибруемый преобразователь 6, отрезок 7 коаксиальной линии, опорный преобразователь 8 и Т-разветвитель 9.

Способ в схеме с проходным измерительным преобразователем реализуется следующим образом.

ВЧ-генератор 1 (фиг. 1) подключают к входу проходного преобразователя 5О .

2, ВЧ-напряжение от генератора подается на ВЧ-вход двух термисторов проходного преобразователя, включенных в поперечное сечение преобразователя, и вызывает их нагрев и соответствую- .>> щее иэиененле постоянного тока терми-. сторного моста 3,отсчитываемое отсчет- ным устройством, 4.К выходу проходного преобразователя 2 подключен вход. чет" верть волнового отрезка 5, нагруженного

cbrnacoeaHHtw измерительным преобразователем 6.

Плоскость включения термисторов является входом отрезка 5 и напряжение в этой плоскости прокалибровано. Запишем напряжения на входе U и выходе

U2 Отрезка в следующем виде

1 +Г - 2гcos g и

Если модуль коэффициента отражения измерительного преобразователя Г мал, например не превышает 1,1, то можно пренебречь в формуле для Б членом (1 + Г ) и формула упрощается

0 и о

Таким образом, главным элементом в способе калибровки является измерение уровня падающей мощности на калибруемом измерительном преобразователе, позволяющее определить средний уровень напряжения, относительно которого приращения напряжения на входе отрезка и на его выходе противоположны по знаку и одинаковы по величине, Этот уровень, умножая U и ., получим с учетом малости Г ; в виде

11с 2 (" + 1 ") <

При калибров е peGuvi: приооров, таким образом, достаточно знать калибровочное напряжение на входе отрезка U<, поглощенную мощность в пре1707553 образователе и волновое сопротивление линии Z, чтобы рассчитать калибруемое значение 11

Так как точность измерения СВЧ-мощ-5, ности значительно превышает точность

I измерения СВЧ-напряжения, то предла- гаемый способ обеспечивает высокую точность.

Наиболее удобно использовать калибраторы напряжения на фиксирован ную частоту. В этом случае отрезки зафиксированы в калибраторе,. что удобно в массовом производстве рабочих средств измерения напряжения. 15

В отличие от схемы проходного измерительного преобразователя на двух термисторах, предлагаемый способ калибровки реализуется также в схеме с Т-разветгителем и дополнительным 20 измерительным преобразователем,включенным через отрезок коаксиальной линии в плоскость симметрии Т-разветвителя, Сущность способа калибровки

25 при этом не меняется„

Способ в схеме с Т-разветвителем реализуется следующим образом.

ВЧ-генератор 1 (иг. 2) подключают к входу Т-разве; вителя 9, и ВЧнапряжение от генератора 1 подается 3

\ в плоскост симметрии Т-разветвителя. Из этой плоскости компарирования

Т-разветвителя 9 напряжение. через отрезок 5 поступает на вход калибруемого преоГ>раэс вателя 6 и через от- резок 7 на вход опорного преобразователя 8„ Таким образом, вход отрезка 7, подключенный к входу отрезка, связанного с калибруемым преобразователем, является измерительным сече- 40 кием, связан:-(ым с спорным преобразователем 8. Напряжение в плоскости симметрии Т-разветвителя является одина/ ковым для обоих выходных плеч, если

Т-разветвитель симметричен, При более 45 точных измерениях Т-разветвитель нельзя считать симметричным и влияние асимметрии должно учитываться путем перемены мест подключения его выходных плеч. 50

Для этого в способе калибровки (фиг. 3) меняют местами подключения

- к выходам отрезков 5 и 7 калибруемый

М преобразователь 6 1 опорныи преоб"

6 о 61 Г м-!1pть 1)с,эОЬ 11 Л местами подключения м плоскости симметрии Т-разветвителя калибруемый преобразователь 6 совместно с его от1 резком 5 и опорный преобразова(е((ь 8 с его отрезком 7. Однако этот вариант сложен в использовании, так как при этом приходится я разбирать на части

Т-разветвитель. Учитывая, что отрезки 5 и 7 идентичны, их не переключают,. что делает процедуру калибровки ïðåобразователеи более эффективной, особенно в заводских условиях.

Напряжение в измерительном сечении коаксиальной линии, подключеннои к входу отрезка, определяется как поЛу,((( сумка двух напряжений- Б< и U, в Этом сечении, соответствующих одному и тому же калибруемому значению напряже" ния на калибруемом преобразователе, получающихся при перемене мест годключения отрезков преобразователей к плоскости симметрии Т-разветвителя (фиг. 26 .

Ug= (U + U,), U = const„

Таким образам, Б, соответствующее одному и тому же отсчетному зна ению, следует определить, Учитывая, что во всем остальном способ калибровки поеобразс ателей полностью совпадает с его проведением в схеме проходного измерительного преобразователя на двух термисторах, находим искомое значе!!ие калибруемого напряжения Б2 tlo той же формуле

Г+

= 2Р Z (1+Г) - U,.

В схеме фиг. 2 может использоваться также и высокоомный вольтметр, обычно включаемый в плоскость симмет» рии Т-разветвителя непосредственно.

Доминирующей погрешностью при измерении является погрешность измерения мощности. B диапазоне частот до 3 ГГц, учитывая, что КСВН иэ,верительных ка- . гибруемых преобразователей очень близок к 1 и, следовательно, погрешности рассогласования ничтожны, можно считать возможной погрешность измерения мощности 0,53.

Таким образом, предлагае(:.ый способ измерения обеспечивает точность о измерения СВЧ-напряжения порядка 0,5, чтп вполне дос(аточно при градуиоовке рабоч х срсдстг изморе(т11 1: "(-напряжен11я

Предлагаемый способ может найти применение при граду1",ровке рабочих

1707553 фиг. 3

Составитель И. Сергеев

РедактоР И. ГоРнаЯ ТехРед А.Кравчук КоРРектоР Л. Пилипенко

Заказ 265 Тираж Подписное

ВНИКНИ:Государственного комитета пс изобретениям >. открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, Ул. Гагарина,101 средств измерений СВЧ-напряжения.При наиболее точных измерениях он может использоваться для сличения эталонов единицы СВЧ-напряжения и эталонов

СВЧ-мощности.

Результаты калибровки проверялись сравнением со способом калибровки, ис. пользующим полуволновые отрезки..Иэ результатов измерений, полученных на частоте 3 ГГц, следует, что расхождение калибровочных значений напряжений преобразователей не превосходит

0,43, что подтверждает правильность предлагаемого способа калибровки.

Таким образом, предлагаемый спо- . соб позволяет вмвсто полуволновых отрезков линии использовать четверть- . волновые отрезки и тем самым расширить вдвое нижнюю границу частот- 20 ного диапазона способа калибровки преобразователей., Формула изобретения

Способ калибровки согласованного измерительного преобразователя СВЧнапряжения, основанный на подаче на его вход СВЧ-сигнала через отрезок линйи передачи, измерении СВЧ-напряжения U(на входе отрезка. Отсчете

СВЧ-напряжения на калибруемом преобразователе и вычислении калибруемого, СВЧ-напряжения, о т л и ч а ю щ и йс л тем, мто, с целью расширения частотного диапазона, длину отрезка линии передачи.выбирают равной четверти волны, дополнительно измеряют модуль коэффициента отражения Г калибруемого преобразователя и падающую на его вход мощность У,а величину калибруемого СВЧ-напряжения U оп еделяют по формуле 0 2Р iЕ,(1+Г )-Ц I где Е - волновое сопротивление ли-, нии передачи.