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 /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 /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 /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 /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 /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(_г+_н-2l)+(Г_гГ_н)² Обозначим: Найден полусумму мощностей P₁ и P₂: Отметим, что для всех практических случаев калибровки
⁴ 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 2=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 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 /4, где 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