Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения Советский патент 1984 года по МПК G01R27/06 G01R27/28 

}-±D

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть исползовано для измерения полных сопротивлений на высоких и сверхвысоких частотах.

Известно устройство для измерения коьтлексного коэффициента отражения, которое содержит измерительньгй генератор, подключенный к измерительной секции и один или несколько зондов связи lj ,

Недостатком устройства является малая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для измерения комплексного коэффициента отражения, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором ключ и измеритель мощности 2.

Heдocтaткa ш известного устройства являются низкая точность измерени и узкий частотный диапазон.

. Цель изобретения - повышение точнести измерений и распшрение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения комплексного козффициента отражения, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором, КЛЮЧ и измеритель мощности, введены направленный ответвитель, второй синтезатор частоты, синхронизирующий генератор и времязадающйй блок, при этом выход синхронизирующего генератора соединен с входаьш первого и второго синтезаторов частоты к времязадающего блока, выход кото рого подключен к управляющему входу ключа, входное плечо направленного ответвителя соединено с выходньм плечом измерительной зондовой секции, выходное плечо является входом pfin подсоединения исследуемого двухполюсника, а вторичное плечо-подключено к выходу второго синтезатора частоты.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения комплексного козффициета отражения.

Устройство содержит первый синтезатор 1 частоты, измерительную зондовую секцию 2 с детектором, измерител 3 мощности, направлеиньй ответвитель

А, второй синтезатор 5 частоты, ключ 6, времязадающий-блок 7, синхронизирующий генератор 8, исследуемый двухполюсник 9, ЭВМ 10.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы первого и второго синтезаторов. 1 и 5 частоты являются когерентными, но отличаются между собой на единицы или доли Гц, Сигнал первого синтезатора 1 частоты подается на измерительную зондовую секцию 2 с детектором. Сигнал второго синтезатора 5 частоты подается во вторичное плечо направленного ответвителя 4 и, отражаясь от исследуемого двухполюсника 9, проходит в измерительную зондовую секцию с противоположной стороны . Когерентность синтезаторов 1 и 5 частот обеспечивается синхронизацией от сигосронизирующего генератора 8. Кроме того, с синхронизирующего генератора 8 сигнал подается на времязадающйй блок 7, вырабатываюпщй прямоугольные импульсы для открываний ключа 6. Благодаря когерентности сигналов первого и второго синтезаторов 1 и 5 в измерительной зо,ндовой секции, выполняющей роль сумматора, возникает стоячая волна, аналогичная стоячей волне в измерительной зондовой линии. Однако из-за неравенства частот стоячая волна смещается относительно плоскост зонда связи с частотой, равной разности частот первого и второго синтезаторов 1 и 5 частот.

Таким образом, подава,я на ключ импульсы с частотой,, кратной и большей разностной частоты.первого и второго синтезаторов 1 и 5 частот, можно измерять амплитуду смещающейся стоячей волны в измерительной зондовой секции,2. Фактически полз чится ряд измерений мощности, эквивалентный измерению мощности с многозондовой секцией. С помощью ЭВМ 10 можно производить обработку результата измерений. Количество измерений за период стоячей волны можно выбрать произвольно,. Время прохождения периода стоячей волны через плоскость зонда СВЯЗИравно периоду разностной частоты синтезаторов частот. Длительность импульса, поступающего с времязадающего блока 7 на кл.юч 6, регулируется .и много меньше периода (периода, разностной частотт первого и второго синтезаторов 1 и 5 частоты).

Сигнал с первого синтезатора 1 частоты равенU,V,5in(y,), сигнал с второго синтезатора 5 частоты равен Oj-Al ginCu i--Oil J тогда-в измерительной зондовой секции 2 сумма двух си1- налов,

,n,5iniu,t49)tV.2 rx5in a32 + (iL4Cpxl.,

где Гх - модуль коэффициента, отражения от исследуемого двухполюсника 9;

Qx- фаза коэффициента отражения от исследуемого двухполюсника 9.

При условии линейного преобразова:ния частот детектором измерительной зондовой секции 2 измеритель 3 мощности при каждом измерении фиксирует мощность

«1- С тГх 2 -т гтГх(9- -ЧкЬ где К - коэффициент передачи зондов

связи, согласующего устройства и детектора.

Для различных получим систему нелинейных уравнений типа (1) с четырьмя неизвестными Vjf,, Tjj j q)j().

Величины k ; Q ; ut определяются до измерений, т.е. при калибровке, и запоминаются. Решением необходимого количества системы уравнений типа (Т), определяются полный коэффициент

отражения Г и его фаза срх Приведем обоснование получения положительного эффекта. Разностная частота между первым и вторым синтезаторами 1 и 5 частот: iF зависит от дискретности частот синтезаторов частоты, ее наименьшая величина может быть 0,01 Гц, Частота импульсов, подаваемых с времязадающего блока 7, должна быть в четыре раза больше iF , так как это эквивалентно применению четырехзондового датчика, когда измеритель мощности фиксирует четьфе уровня мощности , (амплитуды стоячей -волны), сдвинутых друг относительно друга на i /4, т.е. 90°. Например, при частоте uF 100 Гц фазы двух когерентных сигдалов изменяются между собой на 360 за время . Если с времязадающего блока 7 подавать импульсы с интервалом следования 1/410,то на выходе ключа 6 будут периодически пов теряться четыре импульса, амплитуды которых пропорциональны амплитудам стоячей волны в однозондовой измерительной секции, измеренные с интервалом в 90°, т.е. Д/4. Погрешность задания интервала времени времязадающего блока 7 равна погрешности, с которой определяется расстояние /4, в многозондовом.датчике, между зондами связи. Оценим данную погрешность. Нестабильность синхронизирующего генератора 8, в качестве которого используется стандарт частоты и времени равна io . где f{, - частоты 1 МГц или 5 МГц. Следовательно, нестабильность частоты импульсов открывания ключа 6 определяется как

f 5-1П.. Фазовая нестабильность импульсов

40 36010 0,0018 . Между частотами когерентных синтезаторов частот или генераторов, охваченных кольцом фазовой автоподстройки частоты суп{ествует их относитель(0 ная нестабильность, обусловленная фазовыми шумами генераторов и имеющая порядок 3. где f от 10 х i(v .J i.f, - рабочая частота генераторов.

Таким образом, фазовая нестабильность, обуславливающая неравномерность смещения стоячей волны в одно- зондовой измерительной секции 2

2.

ГГц, uq) +0,0021 Суммарная погрешность A(J uS +utp 0,005

При использовании четырехзондовых датчиков расстояние между зондами можно вьщержать не лучше, чем +0,2 мм, что при частоте 20 ГГц составляет +12-.

Таким образом, амплитуду кривой стоячей волны .в однозондовой измерительной секции, при условии ее смещения за счет разности частот синтезаторов частоты, можно практически измерять через любую дискретность по фазе не хуже чем 0,005. На частоте 20 ГГц, При использовашда четырехзондовых датчиков эта погрешность составит +12 на той же частот

Частотный диапазон практического ограничения не имеет, так как око511255566

рость смещения стоячей волны опреде- Количество уравнения (1) можно

ляется только разностной частотой син-увеличивать в зависимости от точности

тезаторов частоты, либо генераторов,измерений.

охваченных кольцом ФАЛ 4. К однозон- Применение стандартной современдовой измерительной сек1Ц€и особые 5ной радиоизмерительной аппаратуры

требования не предъявляются,так какв устройстве, предусматривающей рабопогрешности, обусловленные отражения-ту в комплекте с другими приборами

ми от ее входа и выхода, исключают-через цифропечать,позволяет автоматися при калибровке.аировать процесс измерения и калибровки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИ1ЩЕНТА ОТРАЖЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные первый синтезатор частоты, измерительную зондовую секцию с детектором, ключ и измеритель мощности, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, введены направленный ответвитель, второй синтезатор частоты, синхронизирующий генератор и времязадающий блок, при этом выход синхронизирующего генератора соединен с входами первого и второго синтезаторов частоты и времязадающего блока, выход которого подключен к управляющему входу ключа, входное плечо направленного ответвителя соединено с выходным плечом измерительной зондовой секции, выходное плечо Q является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника, а вторичное плечо подключено к выходу второго синтезатора частоты. М Ч