Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя

 

Изобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более .низкой точности и предназначено для поверки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВН которых близок к единице. Цель изобретения - повышение точности. При проведении поверки измеряют напряжения образцового и поверяемого преобразовате- . лей при поочередной подаче на них постоянного СВЧ-напряжения через первый отрезок линии передачи (Кобр, Uлов), второй отрезок линии передачи, суммарная длина которого вместе с первым составляет четверть волны (Uof6p, Unoe), и четвертьволновый отрезок, присоединенный к первому отрезку линии передачи (Uo6p, Un os), Погрешность поверки вычисляют по формуле (UnoB + UnoB - Unoe)/(Uo6p + Uo6p - Мо бр) - l zonoB/zoo6p rAe zones Zoo6p волновые сопротивления поверяемого и образцового преобразователей.16 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 R 19/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4716852/09 (22) 07.07.89 (46) 23.03.92, Бюл. гЬ 11 .(72) И.А.Сергеев (53) 621.317,343 (088.8l (56) 10-th!MEGO WORL0 CONGRESS.

РВАНА, APRIL, 1985, 22-26, ч, 8, р. 41-49.

Авторское свидетельство СССР

N. 1449914, кл. G 01 R 19/Ро. 1986. (54) СПОСОБ ПОВЕРКИ КОАКСИАЛЬНОГО

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы

СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более ,низкой точности и предназначено для поИзобретение относится к области электрических измерений, может. быть использовано при передаче размера единицы

СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более низкой точности и предназначено для поверки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВН которых близок к единице, Цель изобретения — повышение точности.

На фиг, 1-6 представлены структурные электрические схемы измерительной установки, реализующей различные этапы пОверки коаксиального измерительного преобразователя СВЧ-напряжения с ис„„5Q 1721528 А1 верки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВН которых близок к единице. Цель изобретения — повышение точности. При проведении поверки измеряют напряжения образцового и поверяемого преобразовате лей при поочередной подаче на них постоянного СВЧ-напряжения через первый отрезок линии передачи (uîeð,. Ойов), второй отрезок линии передачи, суммарная длина которого вместе с первым составляет четВЕРтЬ .ВОЛНЫ (0опбр, 04в), И ЧвтВЕРтЬВОЛНОвый отрезок, присоединенный к первому

fO II отрезку линии передачи (Ообр апов) грешность поверки вычисляют по формуле д Опов + 0пов Опов)/(Ообр + Ообр 0обр) !

Zîï0å <ообр Гдв акопов, Еообр — ВОЛНОВЫЕ сопротивления поверяемого и образцового преобразователей; 16 ил; пользованием проходного термисторного преобразователя; на фиг. 7-16 — то же, с использованием Т-разветвителя.

Измерительная установка для реализации предложенного способа содержит генератор 1, - проходной измерительный преобразователь 2 с двумя термисторами, включенными в поперечное сечение коаксиальной линии, Т-разветвитель 3, отрезок 4 коаксиальной линии с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя, образцовый преобразователь 5, отрезок 6 с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5, электрическая длина которого вместе с электрической длиной отрезка 4 составляет —, отрезок 7 с волновым сопротивлением, Л

2 равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5 и с электриче- л ской длиной, равной —, отрезок 8 линии, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению поверяемого преобразователя, поверяемый преобразователь 9, отрезок 10, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению поверяемого преобразователя 9, электрическая длина. которого вместе с электрической длиной отрезка 8

X составляет —, отрезок 11, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению повсряемого преобразователя 9 и л электрическая длина которого равна —, 2

Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя в схеме с проходным термисторным преобразователем реализуется следующим образом, На первом этапе генератор 1 (фиг. 1) подключают к входу проходного преобразователя 2. СВЧ-напряжение от генератора 1 подается на ВЧ-вход двух термисторов проходного преобразователя 2, включенных в его поперечное сечение, вызывает их нагрев и соответствующее изменение постоянного тока термисторного моста, подключенного к клеммам постоянного тока термисторов и являющегося плоскостью компарирования, так как в этой плоскости отношение напряжений, получающихся при подключении компарируемых преобразователей, зависит только от соотношения их волновых сопротивлений, Затем СВЧ-напряжение поступает на вход отрезка 4 и с его входа на образцовый преобразователь

5. Измеряют одновременно напряжение на термисторах Ur и на образцовом преобразователе 5 Ообр, В РезУльтате выполнениЯ первого этапа получают измеренное на образцовом п реобразователе 5 СВЧ-напряжение (Ообр = Кобр Ur (1 + Гобр +

+ 2 Гобр со$ (фобр + 2 6 Я), где Кобр — коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров термисторов и волнового сопротивления образцового преобразователя 5;.

Гобо и <Робр — моДУль и фаза коэффиЦиента отражения образцового преобразователя 5;

ЬΠ— сдвиг фазы отрезка 4;

Ог — напряжение генератора 1, приложенное к плоскости компарирования, I

Как видно из формулы, для Uo6p напряжение на длине отрезка 4 трансформируется в зависимости от импеданса образцового преобразователя 5 и длины отрезка 4.

5 На втором этапе для учета трансформации отрезка 4 (фиг, 2) между входом образцового преобразователя 5 и выходом отрезка 4 дополнительно включают отрезок

6, Устанавливают на термисторах предыду10 щее значение СВЧ-напряжения и измеряют получившееся СВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 5.

В результате выполнения второго этапа получим

15 Ообр = Кобр Ur (1 + Гобр

2 Гобр СО$ фобр)

На третьем этапе отрезок 6 (фиг. 3) заменяют на отрезок 7. Устанавливают на термисторах первоначальное значение

20 напряжения Ог и измеряют получившееся

СВЧ-напряжение на образцовом преобра-. зователе 5

И/

Uobp = Кобр Ur (1 + Гобр — 2 1 обр со$ (фабр + 2 Л Щ

На четвертом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на образцовом преобразователе 5 напряжения в плОскоСти компаРиРОваниЯ Ообр

Psi а

Ообр = Ообр + Uoep Ообр =

30 = Кобр Ог (1+ Гобр+ 2 Гобр COS фобр)

На пятом этапе к плоскости компарирования (плоскости включения термисторов) вместо отрезка 4 подключают отрезок 8 (фиг. 4), волновое сопротивление которого в общем случае отличается от волнового сопротивления отрезка 4. К выходу отрезка 8 подключают поверяемый преобразователь

9. Устанавливают на термисторах прежнее значение СВЧ-напряжения Ur и измеряют

40 СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователе

Unoe = Knoe Ur (1 + Гпов +, + 2 canoe со$ (апов + 2 4® где Кпов — коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров термисторов и волнового сопротивления поверяемого преобразователя 9;

Гпов и Qoe — модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразователя 9;

ЬО- сдвиг фазы отрезка 8.

На шестом этапе для учета трансформации отрезка 8 между входом поверяемого преобразователя 9 и выходом отрезка 8 (фиг. 5) дополнительно включают отрезок

10. Устанавливают HB термисторах то же значение СВЧ-напряжения Ог и измеряют соответствующее ему СВЧ-напряжение на поверяемом преобразова геле 9

1721528

Ц Й

Опов = Кпов Ог (1 + Гпов— — 2 Гпов cos ф.ов).

На седьмом этапе на заключительном этапе измерений (фиг. 6) изменяют отрезок

10 на отрезок 11. устанавливают на термисторах прежнее значение СВЧ-напряжения

Ur и измеряют соответствующее ему СВЧнапряжение на поверяемом преобразователе 9

Ойов Кпов Ог (1+ Гпов— — 2 Гпов cos (фюв + 2 Л® На восьмом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на поверяемом преобразователе 9 напряжения

I (И ff

Опов Опов + Опов Опов

- Кпов Ог (1 + Гйов +2 Гпов cos апов).

Формулы, полученные для Опав и Ообр, показывают, что напряжения в плоскости компарирования, соответствующие подключению поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей, могут быть вычислены без определения модулей и фаз коэффициентов отражения компарируемых преобразователей и коэффициентов пропорциональности, Таким образом, предлагаемый способ. компарирования обеспечивает возможность косвенного определения СВЧ-напряжения и их отношения в плоскости компарирования, получающихся при подключении поверяемого и образцового преобразователей. Найденное отношение

СВЧ-напряжений в плоскости компарирования позволяет оценить величину погрешности поверяемого преобразователя 9 относительно образцового 5, так как действительное значение отношения этих напряжений находится расчетным путем по формуле

%ов акопов

0o6ð P>«Z бр

ГдЕ Zo», И 2ооб — ВОЛНОВОЕ СОПратИВЛЕНИЕ поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей.

Последняя формула показывает, что напряжение генератора 1, приложенное к входу плоскости компарирования, трансформируется в плоскости компарирования пропорционально волновым сопротивлениям отрезков, стыкуемых в плоскости компарирования. Если волновое сопротивление этих отрезков одинаково, то трансформация осуществляется с соотношением

1:1..

Погрешность поверяемого преобразователя 5 вычисляется по формуле

Опов где — — измеренное значение отношения

Ообр напряжения в плоскости компарирования, Эпюра распределения напряжений в

5 отрезках, измеренных компарируемыми преобразователями, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования, общей для входов этих от10 реэков, показывает, что в их общей плоскости напряжения отличаются в соответствии с волновыми сопротивлениями компарируемых преобразователей. При подключении образцового преобразователя 5 к выходу

15 отрезка преобразователя 9 или выходного отрезка Т-разветвителя 3 напряжение в линии между плоскостью компарирования и, входной плоскостью образцового преобра1

ЗОВатЕЛЯ 5 ИЗМЕНЯЕТСЯ От Uoáp ДО Up6p. Та20 кое же и симметричное относительно среднего значения напряжения в линии изменение напряжения имеет место на участке линии, ограниченном точками, Ж отстоящими на — от плоскости компариро-!

/ ваниЯ (Uoáp) и от пеРвоначальной плоскости включения образцового преобразователя 5 (Ообр). Поэтому

Ообр = Ообр + Ообр Ообр.

30 Такое же положение наблюдается и для поверяемого преобразователя 9. распреде. ление напряжения в линии которого изображено слева от плоскости компарирования.

Здесь также

I II ff

35 . Uoo = U o + Uooe — апов.

В схеме с Т-разветвителем 3 предлагаемый способ компарирования реализуется следующим образом, На первом этапе. ВЧ-генератор 1 (фиг. 7)

40 подключают к входу T-разветвителя 3. Образцовый преобразователь 5 подключают к выходу отрезка 4, подключенного своим входом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3, Поверяемый преобразователь 9 под45 ключают к выходу отрезка 8, подключенного своим входом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3. В его плоскости компарирования ВЧ-напряжение делится между отрезками 4 и 8 в соотношении, определяе50 мом волновыми сопротивлениями этих отрезков, а также асимметрией Т-разветвителя 3. Одновременно измеряют СВЧ-напряжения на образцовом 5 и поверяемом 9 ! I

ПРЕОбРаЗОВатЕЛЯХ Uo6p, И Опов,, 55 Образцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 (фиг. 8) совместно с их отрезками 4 и 8 меняются местами подключения к плоскости компарирования Т-разветвителя

3. На поверяемом преобразователе 9 устанавливают значение СВЧ-напряжения

1721528

0 оо,и измеряют значение напряжения на образцовом преобразователе 5 Uoep

Вычисляют значение СВЧ-напряжений на поверяемом 9 и образцовом 5 преобразователях Uoep< и Unoe) соответствующих 5 одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

Unoe = Unoe, 1

0обр< = (0обр + Uoep<)

Измеренное на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжение запишем в виде

Uo6p.= Ko6p 0r (1 -- Гобр+

+ 2 Гобр сов (фобр+ 2 ЛЩ, 15 где Кобр — коэффициент пропорциональности, зависящий от волнового сопротивления поверяемого преобразователя 9;

Гобр и фобр модуль и фаза коэффициента отражения образцового преобразова- 20 теля 5;

ЛΠ— сдвиг фазы отрезка 4;

0г — напряжение генератора 1, приложенное к плоскости компарирования.

Таким образом, первый этап соответст- 25 вует первому этапу компарирования с использованием проходного измерительного преобразователя.

На втором этапе для учета трансформации отрезка 4 между входом образцового преобразователя 5 и выходом отрезка 4 (фиг. 9) дополнительно включают отрезок 6, .

Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряжения Unoe,и измеряют напряжение на 35

ОбРаЗЦОВОМ ПРЕОбРаЗОВатЕЛЕ 5 0обр .

Затем образцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками

4 и 8 и отрезком 6 (фиг. 10) меняют местами подключения к плоскости компарирования 40 .Т-разветвителя 3, На поверяемом преобра-. зователе 9 вновь устанавливают значение

СВЧ-напряжения 0пов„и измеряют напряжение на образцовом преобразователе 5

0обр».

Вычисляют значение СВЧ-напряжений на поверяемом 9 и образцовом 5 преобраЗОВатЕЛЯХ 0 бр И Unoe2, СООтВЕтстВУЮЩИХ

Одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости 50 компарирования

Unos2= Unoe

=1

0обр2= — (Uoep2+ 0обр2)

Второе значение измеренного на об- 55 разцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжения будет равно

Uo6p2= Кобр Ur (1 +

+ Гобр 2 1 обр сов фобр ) Второй этап соответствует второму этапу компарирования с использованием проходного термисторного преобразователя 2.

На третьем этапе исключают отрезок 6 и вместо него включают отрезок 7 (фиг, 11), Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряжеI ния Unos, и измеряют напряжение на образцовом преобразователе 5 Ообр . Образцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и 8 и о1 резком 7 (фиг. 12) меняют местами подключения к плоскости компарирования Тразветвителя 3. На поверяемом преобразователе 9 вновь устанавливают значение СВЧ-напРЯжениЯ Unos„N измеРЯI ют СВЧ-напряжение на образцовом преобИ разователе 5 0обр

Вычисляют значение СВЧ-напряжений на поверяемом 9 Unoez и образцовом 5

0oep > преобразователях, соответствующих

1здному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

0поВ9 0по8(а

1 > П

Uoep = — (0обр + Uo ), Третье значение измеренного на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжения будет равно

0обР = КобР Ur (1+ Гобр— — 2 Гобр COS(lPoep + 2 AO}j.

На четвертом этапе вычисляют значение напряжения на образцовом преобразователе 5, как если бы он был включен в плоскости компарирования

Uo6p = 0o6pq+ Uo6p Uo6p

Это значение можйо выразить следую" щим образом:

0.6,=К бр0г(1+Гбр

2 Гобр СОЗ фобр ), Таким образом, напряжению Uoep на образцовом преобразователе 5 при его подключении к отрезку 4 соответствует напря-. жение в плоскости компаРиРованиЯ Uoep.

Аналогичным путем можно найти напряжение Unoe в плоскости компарирования, соответствующее: напряжению Uoep на образцовом преобразователе 5 при его под- ключении к отрезку 4.

На пятом этапе включают между поверяемым преобразователем 9 и выходом.отрезка 8 отрезок 10 (фиг. 13). Устанавливают на образцовом преобразователе 5 напряжение, Равное Uoep<, и измеРЯют соответствУющее ему СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователе 9 Unoe .

Образцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 совместно с их отрезками 4 и 8

1721528

10 и отрезком 10 (фиг. 14) меняют местами подключения к плоскости компарирования.

Устанавливают на образцовом преобразователе 5 прежнее значение СВЧ-напряжениЯ Ообр„ и измеРЯют напРЯжение на

lI поверяемом преобразователе 9 Опов .

На шестом этапе вычисляют второе значение СВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9, соответствующее одному и тому же значению напряжения генератора

1, приложенного к плоскости компарирования

1 (I

Unoa (Unoa + Unos ).

Это напряжение может быть записано в виде

Unoaa= Кпов 0(. (1 + Гпов +

+ 2 Гпов соз (((пов).

При этом напряжение Опов(выражается как

Опов(= Кпов Ог (1+ Гпов+

+ 2 Гпов сов (апов + 2 Лб)), где Кпов — коэффициент пропорциональности, зависящий от волнового преобразователя 9;

Гпов и 1jboa — модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразователя 9;.

ЛΠ— сдвиг фазы отрезка 6;

U(— напряжение генератора, приложенное к плоскости компарирования.

На седьмом этапе отрезок 10 заменяют на отрезок 11 (фиг. 15), устанавливают на образцовом преобразователе 5. прежнее значение ВЧ-напряжения Ообр(и измеряют напряжение на поверяемом преобразовате. ле Опов, Затем образцовый 5 и поверяемый

9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и.8 и отрезком 11 (фиг, 16) меняют местами подключения к плоскости компарирования Т-разветвителя 3. На образцовом преобразователе 5 вновь устанавливают значение ВЧ-напРЯжениЯ Ообр(и измеРЯют напряжение на поверяемом преобразователе 9 Опов.

Вычисляют третье значение ВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9, соответствующее одному и тому значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования (((U...,= (U..., U«.).

Это напряжение запишем в виде

Опов = Knoa U((1 + Гпов—

2 Гпов C0S (апов + 2 A 0)).

На восьмом этапе вычисляют значение

СВЧ-напряжения в плоскости компарирования, соответствующее трем подключениям поверяемого преобразователя 9 и напряжениям на них

Unos = Unos(+ Unos 0пов которое запишем в виде

5 Опов = Кпов Ur (1 + noa +

+ 2 Гпов cos (+os + 2 AO}), Этапы первой и восьмой полностью совпадают с соответствующими этапами, осуществляемыми при компарировании

10 .схемой с проходным термисторным преобразователем 2.

ТаКИМ ОбРаЗОМ, НаПРЯжЕНИЯ Unos u Ообр в плоскости компарирования соответствуют одному и тому же значению напряжения

15 генератора, приложенного к плоскости компарирования.

Найдем их отношение (1 0обр / (L4os

2р Расчетное значение 1 ) определя0обр ют как

L4oe Knos „Zonos

Uобр f рвсч Kîáð 2ообр

ГдЕ Zo«, u Zo б — eOnHOeae СОПратИВЛЕНИЕ поверяемого и образцового преобразователей.

Погрешность поверяемого преобразователя

30 д О Unos (Unos

Uo6p 0o6p / расч

На практике преобладает вариант, при котором волновые сопротивления компарируемых преобразователей совпадают. В этом случае напряжение в плоскости компарирования оказывается одним и тем же со стороны линий образцового и поверяемого преобразователей.

Диапазон частот предлагаемого способа по сравнению с прототипом расширяется в 2 раза в область более низких частот, так как для его осуществления требуются фазосдвигающие отрезки в 2 раза меньшей длины.

Формула изобретения

Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя, основанный на

5р поочередной подаче на образцовый и поверяемый преобразователи одинакового СВЧ напряжения через соответствующий отрезок линии передачи, измерении напряжений

l I

ОбРаЗЦОВЫМ Ообр И ПОВЕРЯЕМЫМ Опов ПРЕОбразователями и вычислении погрешности поверки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, увеличивакт длину каждого первоначального отрезка линии передачи до четверти волны, измеряют

l(НаПряжЕНИя ОбраацОВЫМ Ообр И ПОВЕряЕ1721528

Фиг,6

И мым Uncs преобразователями, увеличивают длину каждого первоначального отрезка линии передачи на четверть; волны, изме-.

Nt ряют напряжения образцовым Uppp и поверяемым Unoa преобразователями, а погрешность поверки вычисляют по формуле .1

P где Ео„„, 2Орер соответственно волновые сопротивления поверяемого и образцового преобразователей.

1721528

Фиг. f5

Составитель M,Êðîìèí

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Л.Гратилло

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 950 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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