МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01R27/00 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к технике электрорадиоизмерений, в частности к методу измерения комплексных сопротивлений.

Существующий уровень техники

В настоящее время широкое распространение получили измерительные приборы параметров электрических цепей, таких как комплексное сопротивление Z_х и связанные с ним коэффициент отражения Г и коэффициент стоячей волны КСВ. Знание этих параметров цепей позволяет правильно рассчитать согласующие цепи и обеспечить передачу максимума мощности от источника сигнала в нагрузку.

Известен метод измерения параметров СВЧ-цепей, основанный на раздельном ответвлении из исследуемого тракта колебаний с амплитудами, пропорциональными падающей и отраженной волнам. Эти два колебания содержат информацию для измерения как модуля, так и фазы коэффициента отражения, а следовательно, и полного сопротивления тракта.

Этот метод является наиболее близким аналогом настоящего изобретения. Недостатком этого метода измерения является сложность реализации высокоточных направленных ответвителей в широком диапазоне частот.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в разработке такого метода измерения полных сопротивлений, который бы позволил упростить измеритель, расширить диапазон рабочих частот измерителя и повысить точность измерений.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в методе измерения полных сопротивлений, заключающемся в том, что из исследуемого тракта с помощью направленных ответвителей раздельно ответвляют колебания, пропорциональные падающим и отраженным волнам, с помощью измерителя отношения напряжений и разности фаз определяют значение полного сопротивления, - в соответствии с настоящим изобретением в исследуемый тракт вставляется аттенюатор, входы измерителя отношений напряжений и разности фаз подключаются в тракт до и после аттенюатора и по результатам измерений отношения напряжений до и после аттенюатора и разности фаз между этими напряжениями вычисляют значение полного сопротивления нагрузки тракта.

В существующем уровне технике не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения об объектах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать метод по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.

Фиг.1 представляет структурную схему известного метода измерителя полного сопротивления.

Фиг.2 представляет структурную схему, в которой воплощается метод измерения полного сопротивления по настоящему изобретению.

Фиг.3 поясняет вывод расчетных соотношений при измерении полных сопротивлений по предлагаемому методу.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

Фиг.1 иллюстрирует измерение полного сопротивления известным способом с помощью направленных ответвителей [Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1985, стр.332]. Генератор G служит для генерирования сигнала частоты, на которой происходит измерение полного сопротивления Zx. Идентичные направленные ответвители: WE1 ответвляет падающую волну, WE2 отраженную. Эти сигналы поступают на амплитудные детекторы AD1 и AD2. Сигналы на их нагрузках будут

где Е_П - падающая волна;

Е_О - отраженная волна;

U₁, U₂ - напряжения на выходах амплитудных детекторов;

K₁ - коэффициент передачи амплитудного детектора.

Сигнал на выходе измерителя отношений

где Г - коэффициент отражения.

Измеритель разности фаз измеряет разность фаз между падающей и отраженной волной ϕ₂-ϕ₁=Δϕ. Комплексный коэффициент отражения будет равен

Зная коэффициент отражения, можно вычислить остальные параметры цепи: активную и реактивную часть комплексного сопротивления, коэффициент стоячей волны.

Способ по настоящему изобретению может быть воплощен в системе, структурная схема которого представлена на фиг.2. В этой схеме по сравнению с общеизвестной из уровня техники схемы фиг.1 исключены направленные ответвители WE1 и WE2 и добавлен аттенюатор DB.

Аттенюатор представляет собой делитель сигнала, выполненный на резисторах R1, R2, R3 (см. фиг.3).

С помощью измерителя отношения напряжений измеряется отношение модулей напряжения сигнала на выходе аттенюатора к напряжению на его входе , а с помощью измерителя разности фаз - разность фаз между напряжением на входе аттенюатора и напряжением на его выходе.

Напряжение связано с соотношением

где Z_x - измеряемое комплексное сопротивление;

R1, R2, R3 - сопротивление резисторов аттенюатора;

откуда

где К - отношение напряжений на выходе и входе аттенюатора;

Δϕ - разность фаз между напряжениями на выходе и входе аттенюатора;

и, следовательно,

Представив и ϕ₂-ϕ₁=Δϕ, можно определить действительную и мнимую часть выражения (6):

Если комплексное сопротивление Z_x представить в виде параллельного включения активного и реактивного сопротивления, то и активную и реактивную составляющую можно представить

Нетрудно понять, что рассмотренный частный пример обобщается и на случай, когда в качестве аттенюатора используется только один резистор R2. Выражения (7)...(10) при этом существенно упрощаются:

для последовательно включенных активной и реактивной составляющих

для параллельного включения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления.

Точность данного метода измерения зависит от соотношения параметров аттенюатора (резисторы R2, R3) и измеряемого комплексного сопротивления Z_х. Для повышения точности измерений параметры аттенюатора могут в процессе измерений меняться, т.е. может использоваться управляемый аттенюатор.

Метод измерения комплексных сопротивлений может по настоящему изобретению использоваться в электро- и радиоизмерительной технике.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть использовано для измерений комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот.

Объем данного изобретения не ограничивается приведенными в описании примерами, которые являются лишь иллюстрирующими, а определяется прилагаемой формулой изобретения, которую следует рассматривать с учетом возможных эквивалентов.

Изобретение относится к технике электрорадиоизмерений. При осуществлении метода в измеряемом тракте используется аттенюатор. При помощи измерителя разности фаз и отношений измеряют значения отношения напряжений и разности фаз между ними на входе и выходе аттенюатора. По результатам измерений вычисляют значение активной и реактивной составляющей полного сопротивления измеряемого тракта, а также значение КСВ. При этом параметры аттенюатора могут быть выбраны исходя из получения максимальной точности измерений. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот, повышение точности измерений. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Метод измерения комплексных сопротивлений, в котором в измеряемом тракте используется аттенюатор, заключающийся в том, что при помощи измерителя разности фаз и отношений измеряют значения отношения напряжений и разности фаз между ними на входе и выходе аттенюатора; по результатам измерений вычисляют значение активной и реактивной составляющей полного сопротивления измеряемого тракта, а также значение КСВ.2. Метод по п.1, отличающийся тем, что параметры аттенюатора выбираются, исходя из получения максимальной точности измерений.