Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников Советский патент 1985 года по МПК G01R27/06 

Изобретений относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контроля.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников.

Устройство содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор 1, отрезок 2 линии передачи с четырехзондрвым датчиком, исследуемый СВЧ-двухполюсник 3, зонды 4-7 четырехзридового датчика, соединенные с соответствующими входами СВЧ-коммутатора 8, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 9 управления. .Выход СВЧ -коммутатора 8 через квадратичный детектор 10 подключен к входам полосового фильтра 11 и фильтра 12 нижних частот, а выход полосового фильтра 11 - к входам линейного амплитудного детектора 13 и фазометра 14, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 9 управления, выход фильтра 12 нижних частот соединен с входом блока 15 деления, второй вход которого соединен с выходом линейного амплитудного детектора 13, а выход - с вторым индикатором 16, первый индикатор 17.

Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников работает следующим образом.

Сигнал Цпад от СВЧ-генератора 1 поступает отрезок 2 линии передачи с четырехзондовым датчиком к исследуемому СВЧ двухполюснику 3 с некоторым комплексным коэффициентом отражения

Г |Г|еЛ

«

где |Г| - модуль коэффициента отражения;

Ф - фаза коэффициента отражения.

Отраженная волна Uo pинтерферирует с падающей. Анализ распределения поля осуществляется с помощью зондов 4-7 четырехзондового датчика, размещенных в различных сечениях таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны п/4. Сигналы на выходах зондов 4-7 определяются известными соотношениями

U4 KiU«Vl + ir| +2|r|sin9Cos(o)t+Vi);

. + 1ГИ+2|Г|созфЬо5(а.1 + У2);

U6+KiU«- /l-f |Г|-2|r|sin(pcos(a)t-fV3); U7 KiUnVl + irP-2|Г1со8ф&05 ((ot+V-1-); г(1 + |Г|Ч2|Г|-5тФ+1 + 1Г1 +2|Псозф+ 1-f |r| -2|f|siny-h |+ 4

где (О - частота СВЧ-сигнала;

t - текущее время;

КГ-коэффициент передачи зонда четырехзондового датчика в предположении, что все зонды идентичны; Un - амплитуда падающей волны; Vi-V4 начальные фазы сигналов U4-Ib-. Высокочастотные напряжения U4-U с зондов 4-7 поступают на вход СВЧ-коммутатора 8, который периодически коммутирует с частотой Qf 25t/T каждый из выходных сигналов зондов 4-7 в общий канал. При этом на выходе СВЧ-коммутатора. 8 получается сигнал в виде периодической последовательности радиоимпульсов. Этот сигнал детектируется квадратичным детектором 10. Выходной сигнал квадратичного детектора 1Q является периодической функцией, которая на интервале, равном периоду коммутации, имеет вид

К|К2Кзи(1 + |Г|Ч2|Г|51Пф) при . К|К2Кзи°(1+|ПЧ2|Г|со5(р), при «I-,

t К|К2Кзи;(Ц-1П -2|ГЫпф), при t К|К2Кз1/л(1-|-|гГ-2|Псо5(р), при

где Ка - коэффициент передачи СВЧ-коммутатора 8 в состоянии «включено. Кз - коэффициент преобразования

квадратичного детектора 10. Полосовой , фильтр 11, настроенный на Q частоту Ц выделяет первый гармонику выходного сигнала Us квадратичного детектора 10 К2КзК4и„|Г Icos (Й1-ф+я/4),

где К4 - коэффициент передачи полосового фильтра 11 на частоте О.

Одновременно напряжение с выхода квадратичного детектора 10 подается на вход фильтра 12 нижних частот, который выделяет постоянную составляющую сигнала.

f -iJU«(t)dt

ИЛИ

fit

К,К2КзК4и(1 + 1ПЧ2|Г|5Шф)«

45о

5/4

xdt + 4 К1К2Кзи(1 + 1Г|Ч2|Г1со5ф)х

/ «/

vdt+ij К1К2Кзип(1 + 1П2т/г,

xdt+f 5 К1К2Кз1Л(Ц-|Г|ЗГ/4:xd-fc Д А . л |fl-2lflcosq)nTn f J- KiK2K3Uri{l + ir| ).

Напряжение на выходе фильтра 12 нижних частот имеет вид

U,o KiK2K3K5Ut(l + |r|2),

где Кз - коэффициент передачи фильтра 12 нижних частот на постоянном токе.

Напряжение на выходе линейного амплитудного детектора 13 имеет вид

Un+KlK2K3K4K6Un|f|,

где Кб - коэффициент передачи линейного амплитудного детектора 13, тогда сигнал на выходе блока 15 деления равен

и,2 К7Л

. К,К9КяК4Кви|Г|

К1К2КзК5Ш(1 + |ГГ)

WК4КбК

К5 (14-1ПТ

1Г1

Таким образом, в последнем выражении отсутствуют коэффициенты Ki, К2, Кз и значение амплитуды падающей волны (и„), т.е. полностью исключена зависимость

результата измерения от коэффициентов передачи четырехзондового датчика СВЧ-коммутатора 8, а главное коэффициента преобразования квадратичного детектора 10. Кроме того, исключена зависимость результата

измерения от изменения уровня СВЧ-мош,ность СВЧ-генератора. Последнее важно тем, что позволяет не применять в ycтpJOЙcтвax для измерения коэффициентов отражения систем автоматической регулировки мощности.

Напряжение с выхода полосового фильтра 11 поступает на вход фазометра 14, на выходе которого напряжение имеет вид

Ul3 К8Ф1

коэффициент передачи фазогде KB - метра 14.

Напряжение Ui2 и Uia подаются соответственно на второй индикатор 16 и первый индикатор 17, которые калибруются непосредственно в значениях |Г| и ф.

Из-за нелинейной зависимости между напряжением Ui2 и измеряемой величиной |Г| следует пользоваться вторым индикатором 16 с нелинейной шкалой.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ СВЧ-ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащее последовательно соединенные СБЧ-генератор и отрезок линии передачи с четырехзондовым датчиком, выходы зондов которого подсоединены к соответствующим входам СВЧ-коммутатора, к выходу которого последовательно подключены квадратичный детектор, полосовой фильтр, фазометр и первый индикатор, а также линейный амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом СВЧ-коммутатора и с вторым входом фазометра, и второй индикатор, при этом выход отрезка линии передачи с четырехзондовым датчиком является выходом для подключения исследуемого СВЧ-двухполюсника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, между выходом квадратичного детектора и входом второго индикатора последовательно включены фильтр нижних с € частот и блок деления, другой вход которого соединен с выходом линейного ампли(Л тудного детектора. QO СХ) 4 ОО