Устройство для измерения параметров матрицы @ -проводимости четырехполюсника Советский патент 1984 года по МПК G01R27/28 

2, Устройство для измерения параметров матрицы Y Проводимости четьфехполюсника поп.1,отличающ е е с я тем, что, калиброванное переменное комплексное сопротивление

вьшолнено в виде регулируемого проходного фазовращателя, между выходными клеммами которого подключено регулируемое активное сопротивление.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТРИЦЫ у-ПРОВОДИМОСТИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА, содержащее держатель четырехполюсника, генератор сигналов и измеритель полных сопротивлений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений на сверхвысоких частота, в него введены два калиброванных переменных комплексных сопротивления, индикатор мощности и четыре коммутатора, при этом первый неподвижньй контакт первого коммутатора соединен с выходом генератора сигналов, второй неподвижный контакт первого KONwyTaTopa через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление соединен с общей шиной устройства, подвижный контакт первого коммутатора соединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего коммутаторов, второй неподвижный контакт последнего соединен с вторьв4 неподвижным контактом второго коммутатора и с подвижным контактом четвертого коммутатора, подвижный контакт второго коммутатора соединен с первой клеммой держателя четырехполюсника, вторая клемма которого соединена с подвижным контактом третьего коммутатора, третья и четвертая клеммы держателя четырехполюсника через второе калиброванное переменное комплексное сопротивление соединены с общей шиной устройства, первый неподвижный контакт четвертого коммутатора соединен с входом индикатора мощности а второй неподвижный контакт - с входом измерителя полньк сопротивлений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров матрицы проводимостей как пассивных так и активных четырехполюсников, в том числе биполярных и полевых транзисторов на СВЧ,

Известно устройство для измерения параметров матрицы у-проводимости четырехполюсника, содержащее вольтметр и амперметр ij.

Недостатком этого устройства является невозможность измерений токов и напряжений на сверхвысоких частотах.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для измерения параметров матрицы проводимости четырехполюсника, состоящее из держателя четырехполюсника, генератора сигналов и измерителя полньсх сопротивлений 2.

Недостатком данного устройства является большая погрешность измерений, обусловленная невозможностью создания качественных режимов холостого хода или короткого замыкания из-за влияния индуктивностей выводов. Так, погрешность измерения на частоте 60 МГц - действительной составляющей проводимости t20%, а погрешность измерения реактивной составляющей проводимости 50%. С увеличением частоты погрешности измерений возрастают.

Цель изобретения - повышение точности измерений на сверхвысоких частотах.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров матрицы у-проводимости четырехполюсника, содержащее держатель четырехполюсника, генератор сигналов и измеритель полных сопротивлений, введены два калиброванных переменных

комплексных сопротивления, индикатор мощности и четьфе коммутатора, при этом первый неподвижньй контакт первого коммутатора соединен с выходом генератора сигналов, второй неподвижньй контакт первого коммутатора через первое калиброванное переменное комплексное сопротивление соединен с общей шиной устройства, подвижньй контакт первого коммутатора соединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего коммутаторов , второй неподвижный контакт последнего соединен с вторьм неподвижным контактом второго коммутатора и с подвижным контактом четвертого коммутатора, подвижный контакт второго коммутатора соединен с первой клеммой держателя четырехполюсника, вторая клемма которого соединена с подвижным контактом третьего коммутатора, третья и четвертая клеммы держателя четырехполюсника через второе калиброваннре переменное комплексное сопротивление соединены с общей шиной устройства, первый неподвижный контакт четвертого коммутатора соединен с входом индикатора мощности, а второй неподвижный контакт - с входом изме-рителя полных сопротивлений.

При этом калиброванное переменное комплексное сопротивление вьшолнено в виде регулируемого проходного фазовращателя, между выходными клеммами которого подключено регулируемое активное сопротивление.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема вьшолнения калиброванного переменного комплексного сопротивления; на фиг.З - зависимости входной проводимости четьфехполюсника от проводимости нагрузки; на фиг.4 - зависимость выходной проводимости че- , тырехполюсника от реактивной проводимости генератора. Устройство состоит (фиг.1) из держателя 1 нетырехполюсника, генератора 2 сигналов, измерителя 3 пол ных сопротивлений и общей шины 4. В него введены два калиброванных переменных комплексных сопротив 1ения 5 и 6, индикатор 7 мощности и четыре коммутатора 8-11, причем пер вый неподвижный контакт 12 первого коммутатора 8 соединен с генератором 2, второй неподвижный контакт 13 через первое калиброванное переменное- комплексное сопротивление 5 - с общей шиной 4, а подвижный контакт 14 - с первым неподвижным контактом 15 второго коммутатора 9 и с первым неподвижным контактом 16 третьего коммутатора 10, второй неподвижный контакт 17 второго коммутатора 9 соединен с вторым неподвижным контактом 18 третьего оммутатора 10 и подвижным контактом 19 четвертого коммутатора 11, подвижны 20 второго коммутатора 9 первой клеммой 21 держателя 1 --leтьфехполюсника, подвижный контакт 2 третьего коммутатора 10 - с второй клеммой 23 держателя 1 четырехполюсника, третья 24 и четвертая 25 клеммы держателя 1 четырехполюсника соединены вместе и через второе калиброванное комплексное сопротивление 6 - с общей шиной 4, первый неподвижный контакт 26 четвертого коммутатора 11 соединен с входом ин дикатора 7 мощности, а его второй неподвижный контакт 27 - с входом измерителя 3 полных сопротивлений. В качестве калиброванного переменного комплексного сопротивления 5 и 6 используется комплексное сопротивление между выходными клеммами регулируемого проходного фазовращателя 28, к входным клеммам кото рого подключено регулируемое активное сопротивление 29. В основе работы устройства лежат свойства четырехполюсника, в соответствии с которыми, во-первых, зависимость его входной Jay и выходной )1д(, проводимости от реактивной проводимости соответственно нагрузки „ и генератора представляет окружности (фиг.З) с радиусами 024 „ . Увх-2Ре: 22 р| - . 2(Re,2,j+Re:,) „ : JBbrx 2 Re -s координатами центров xo « r«4v2i) ( .-.-Зп,2ч) ,.11. .x,,() ( где S, 22 2-t определяеые параметры матрицы проводимости етырехполюсника; Re - активная составляющая роводимости нагрузки. Решение системы уравнений (1-7) озволяет найти параметры четырехолюсника и 22 1 известны оординаты центров и радиусы окружости(РехР х) ; 61 J..R aj/ PBbix i 1 -o.5|pi,-(fe,Rev2pB,,xRe Bxo/Peb,cfi ° ijp 2 fTTgy кеа PL -(Р8Х 22-2РВЫХ /PBb,xf Во-вторых,если две клеммы четыхполюсника соединить вместе (обзуется трехполюсник) и между ними общей шиной включить комплексные противления Z2,To элементы матрицы оводимости вновь образованного тырехполюсника становятся равными 2 V . . 11 Voo+Zo -a Y . 22 ,5: vf , Y -JlllEifl il :i Y гс i+z,: - / 22- i2 2 Если комглексное сопротивление общем проводе Z подобрать таким о разом, чтобы пр Zj-z; выполняло равенство тогда вьфажение (14) принимает вид Хг- О, а входная проводимость вн образованного четырехполюсника ст новится равной Y Y -Xl -Xil-v 8X-11 -It Если комплексное сопротивление в общем проводе Z подобрать так образом, чтобы при выполня лось равенство , (f8) тогда выражение (15) принимает ви -О, а выходная проводимость вн образованного четырехполюсника ст новится равной у {191 UbiJ( Взяв отношение (12) к (13) г 22 2 и зная из эксперимента -f, 221 вж вых ° находим оп ределением Y V -V V аых 11 бх 22 7 V - Z Y 2 вХ 2 ВЫХ подставляя значение которого в (1 и (18), находим проводимости прям и обратной передачи четьфехполюсн ка. Устройство работает следующим образом. В держатель 1 четьфехполюсника устанавливается измеряемый четыре ПОПЮСНИК таким образом, чтобы входные клеммы четырехполюсника были подключены к клеммам 21 и 25 держателя 1, а выходные клеммы четьфехполюсника - к клеммам 23 и 24 держателя чет фехполюсника. В первом коммутаторе 8 соединяются контакты 13 и 14, во втором коммутаторе 9 - 15 и 20, в третьем коммутаторе 10 - 22 и 18, в четвертом коммутаторе 11 - 19 и 2 7. Величина второго калиброванного переменного комплексного сопротивле™« устанавливается равной нулю. Величина первого калиброванного переменного комплексного сопротивления 5 устанавливается чисто реактивной , ReZlj 0 и производится измерение выходной проводимости чет п хполюсникГмёвд клёммам Ъи 24 с помощью измерителя 3 полных сопротивлений. Затем изменяется величина комплексного сопротивления 5 3,21 и опять производятся измерения выходной проводимости четырехполюсника. Затем устанавливают третье произвольное значение комплексного сопротивления 5 Z j3 Zjj и опять производят измерения выходной проводимости четырехполюсника. По трем значениям измеренной выходной проводимости четырехполюсника на комплексной плоскости строится окружность его выходной проводимости в зависимости от реактивного сопротивления генератора. Из графика (фиг.4) определяются координаты центра т вых радиус ОВ окружности у (эти значения по результатам измерений можно также получить аналитическим путем). Затем во втором коммутаторе 9 соединяются контакты 17 и 20, а в третьем коммутаторе 10 - 22 и 16.В результате первое калиброванное переменное комплексное сопротивление 5 оказывается включенным параллельно выходу четырехполюсника, а измеритель 3 полных сопротивлений оказывается подключенным к входу четырехполюсника. В этом режиме,задаваясь тремя различными реактивными значениями D ZJ, , . , первого калиброванного переменного комплексного сопротивления 5, измеряют входную проводимость четырехполюсника и по измеренным значениям на комплексной плоскости строя окружность, определяющую зависимост входной проводимости четьфехполюсника от изменения реактивной проводимости нагрузки. При отсутствии ак тивных потерь в ней Re 2 0 (фиг.З) Из графика (фиг.З) определяют координаты центра ReYoex. радиус окружности f exЗатем изменяют первое калиброван ное переменное комплексное сопротив ление 5.таким образом, чтобы оно обладсшо активной проводимостью и изменяя реактивную составляющую этой проводимости,измеряют три значения входной проводимости четырехполюсника и строят окружность, определяющую зависимост входной проводимости четьфехполюсни ка от изменения реактивной проводимости генератора при известной ReY, активной проводимости генератора (фиг.З). Из этого графика определяют радиус окружности р Затем в первом коммутаторе 8 соединяют контакт 12 и шину 4, а в четвертом коммутаторе 11 - кон- . такты 19 и 26. В результате сигнал генератора 2 подается на выход четырехполюсника, а к его входу - оказывается подключенным индикатор 7 мощности. В этом режиме изменяют значение второго калиброванного переменного комплексного сопротивления 6 до величины Ъ . Если показания индикатора 7 мощности равны нулю, это свидетельствует о равенстве нулю проводимости обратной передачи вновь образованного четырехполюсника ( При этом значении Zj комплексного сопрс тивления 6 в четвертом коммутаторе 11 соединяют контакты 19 и 27, а затем измеряют спомощью измерителя 3 полных сопротивлений входную проводимость четырехполюсника Y, Затем в первом коммутаторе 8 сое диняют контакты 12 и 14, во втором коммутаторе 9 - 18 и 22, в четвертом коммутаторе 11 - 19 и 26. В эт режиме изменяют второе калиброванное сопротивление 6 до величины Zj при которой, показания индикатора 7 мощности равны нулю, что свидетельствует о равенстве нулю проводимости прямой передачи вновь образованного четырехполюсника ( v 0). При значении Z комплексного сопротивления 6 в четвертом коммутаторе 11 соединяют контакты 19 и 27, а затем измеряют с помощью измерителя 3 полных сопротивлений выходную проводимость вновь образованного четьфехполюсника . . По результатам измерения входной Yg и выходной Ygjji проводимостей четьфехполюсника, определения радиу Рвх Ррых Рвх и координат центров ., КеУ„„..„ , о ВЬХ окружностей проводимости, а также значениям сопротивлений калиброванных нагрузок и Ъ и по формулам (8-11), (16) и (18) рассчитьгеаются параметры полной матрицы проводимости четьфехполюсника. Для создания калиброванного переменного комплексного сопротивления используется регулируемьй проходной фазовращатель 28, на выходе которого включено регулируемое активное сопротивление 29. С помощью фазовращателя 28 изменяется электрическая длина рР (где / Л , / - длина волны) отрезка линии передачи от регулируемого активного сопротивления 29 до выходных клемм фазовращателя, сопротивление между которыми зависит от величины R сопротивления 29 и электрической длины фазовращателя , в соответствии с известным выражением p jzptg/ Zi.rо Zo+jRt;j(b8 где Zp - волновое сопротивление фазовращателя. Преимуществом такого калиброванного переменного сопротивления является возможность задания любого полного сопротивления на комплексной плоскости. Погрещности измерений у -параметров как стандартных линий передачи, так и активного четырехполюсника не превьш1ают 5,8%.

Фиг. 2

-OTL/

№5 -с-Г

ГтУвл

ГтОд