Способ измерения @ -параметров многополюсника Советский патент 1986 года по МПК G01R27/28 

мьгчку 36 и ключ 37. В описании приведены математические выражения для определения действительной и мнимой части S-параметров многополюсника. Достижению поставленной цели способствует то, что сигналы реакции на за жимах многополюсника модулируют по амплитуде меандрами некратных частот. Вьщеляют в квадратурных каналах

1

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения S-параметров антенных решеток и взаимных пассивных четыре

полюсНИКОВ.

Цель изобретения - сокращение п(п+ о

времени измерений в

раз (где

п - число пар зажимов многополюсника) .

На чертеже изображен вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения S-параметров многополюсника, когда многополюсник содержит пару входных И выходных клемм (случай )

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, подключенный к входу делителя 2 мощности, первый выход которого соединен с первым опорным входом амплифазометра 3 с ортогональной обработкой сигнала, а второй - с входом рефлектометра 4, линию 5 передачи, первый делитель 6 мощности, выходы которого соединены с сигнальными входами амплитудных модуляторов 7 и 8, исследуемый многополюсник 9, низкочастотные генераторы 10 и 11 меандров, формирователь 12 разностной частоты, второй делитель 13 мощности, управляемьй аттенюатор 14, управляемый фазовращатель 15, квадратурный делитель 16 мощности, аналоговые перемножители 17 и 18, полосовые фильтры 19-24, синхронные детекторы 25-30, сумматоры 31-34, регистратор 35, короткозамкнутую, перемычку 36 и ключ 37, первую 38 и вторую 39 клеммы для подключения исследуемого многополюсника, синфазный канал 40 и квадратурный канал 41.

224745

гармонические составляющие с частота ми модуляции и разностными частотами и синхронно детектируют их в сигналы постоянного тока. По уровню.этих сигналов с помощью математического вы- .ражения, приведенного в описании, определяют действительную и мнимую части S-параметров многополюсника. 1 ил.

При измерении в УКВ диапазоне в качестве высокочастотного генератора 1 может быть использован генера- тор Г4-107.

Делители 2, 6 и 13 мощности могут быть выполнены в виде гибридных Ьумматоров трансформаторного типа на ферритовых кольцах. В частности,

делитель 6 выполнен с коэффициентом деления S,i /S,, 1 и развязкой выходов 20 lg|S2,| S,I -30dB, где S j (i, , 2., 3) - S-параметры делителя 6.

Ре(|1лектомер 4 может быть выполнен в виде гибридного делителя.

Линия 5 передачи может быть выполнена коаксиальной..

Амплитудные модуляторы 7 и 8 могут быть выполнены в виде прерывателей с идентичными коэффициентами передачи в открытом состоянии, развязкой не менее 35-40 dB и с КСВН входов не ниже 1,1 в закрытом состояНИИ. Кроме того, собственные коэффициенты отражения модуляторов 7 и 8 в открытом и закрытом состояниях долж ны быть одинаковыми.

Генераторы 10 и 11 меандров могут

быть выполнены на основе кварцевого генератора с частотой 100 кГц и делителей частоты с кратностью деления 25 и 36.

Формирователь 12 разностной частоТЬ1 может быть выполнен в виде перемно жителя аналоговых сигналов, на входе и выходе которого включены фильтры нижних частот.

Управляемый аттенюатор 14 может .

быть вьшолнен на основе резистивно- го делителя, в котором в качестве переменного резистора применен полевой транзистор.

3

Управляемый фазовращатель 15 может быть выполнен в виде фазовращателя емкостного типа.

Полосовые фильтры 19-24 могут бы выполнены в виде резонансных усилителей с полосой пропускания .

Синхронные детекторы 25-30 могут быть вьтолнены на полевых транзисторах по схеме, используемой в про- мьшленных усилителях типа У2-8.

Сумматоры 31-34 могут быть выполнены, на операционных усилителях типа 140УД8А. Коэффициенты передачи сумматоров 31-34 по неинвертирующему входу равны единице, а по инвертирующему - двум.

В качестве регистратора 35 может быть использован осциллограф.

Суммарные коэффициенты К, , К,, и Kj передачи трактов, образованные соответственно полосовыми фильтрами 19-21 и синхронными детекторами 25- 27 квадратурного канала 41, связаны с суммарными коэффициентами К, Ку и Kg передачи трактов, образованными соответственно полосовыми фильтр ми 22-24 и синхронными детекторами 28-30 синфазного канала 40, следующими соотношениями:

ff К, K,Kg К.

Устройство работает следующим образом.

Формируют высокочастотный монохроматический сигнал с помощью генератора 1 .

Разделяют этот сигнал по мощности на испытательный и опорный сигналы с помощью делителя 2 мощности.

Передают испытательный сигнал к первой 38 и второй 39 клеммам исследуемого многополюсника 9 с помощью рефлектометра 4, линии 5 передачи и первого делителя 6 мощности. При этом с помощью делителя 6 разделяют испытательный сигнал на два сигнала с равными амплитудами и фазами. Эти сигналы поступают на входы модуляторов 7 и 8, включенных непосредственно перед клеммами 38 и 39 исследуемого многополюсника 9.

Сигналы, выходящие из многополюсника 9 через каждую клемму 38 и 39 -и представляющие собой сумму сигнала, отраженного на этой клемме, и сигнала, прошедшего с другой клеммы, модулируют с помощью амплитудных модуляторов 7 и 8 по амплитуде соответствующими меандрами низких

24745

некратных частот , и s. При этом уровень модулированного сигнала на первой клемме многополюсника 9 пропорционален (s +S ) , а уровень с модулированного сигнала на второй клемме многополюсника 9 пропорционален (S.j +S, ), где - модулированные S-параметры многополюснимка 9. Параметры S;; связаны с S-na)0 раметрами многополюсника 9 соотно- щениями

f 4 cos(2m-l)n. t

V т-

2т-1

),

М

..

в

X. , 4 « cos(2m-l)t .

(,}+ 2 т; ) t

1Г m.i 2m

с« -с п cos()n,t .

Ь,2 12 V)+ -2 2in4 -

п+ - -Г cos(2m-l) , ,

Т 1 2т-1 где m - номер гармонических составляющих частот модуляции S7, и 57

Модулированные сигналы, выходящие

с обеих клемм многополюсника 9, суммируют с помощью делителя 6 мощности и отделяют суммарный инфчрмацион- ный сигнал, несущий информацию о S-параметрах многополюсника 9, от

испытательного сигнала, передаваемого многополюснику 9 с помощью рефлектометра 4. Уровень сигнала на информационном входе амплифазометра 3 пропорционален сумме модулированной Г и немодулированной Г,,, компонент

коэффициента отражения Г , который имеет вид:

Г Г +Г

1

где Гд, - несет информацию о S-параметрах измеряемого многополюсника, а fj, - обусловлен собственными рассогласованиями в линии 5 передачи, делителе 6, модуляторах 7 и 8 и ко- нечной развязкой второго выхода рефлектометра 4 относительно его входа. Математические выражения для коэффициентов Гц к Гр имеют вид:

, s: -s;; -2s:,s;, (,.

+28, ) , „г , , / г, , , где S, , S , S.I,, - параметры линии

j , 5 передачи; S,, , S,5 , S,3 - параметры делителя 6 мощности; D - развязка рефлек- , тометра 4,

rj - коэффициент отражения модуляторов 7 и 8.

Одновременно формируют из опорного сигнала два монохроматических сигнала с paBHbiMH амплитудами и фазами, отличающимися на 1Г/2 с помощью квадратурного делителя 16 мощности.

Каждый из этих сигналов перемножается с суммарным информационным сигналом, несущим информацию о S-napa- метрах четьфехполюсника. Для этого разделяют сигнал, поступающий на информационный вход амплифазоматра 3, на два сигнала с равными амплитудами и фазами с помощью делителя 13 мощности, с помощью аналоговых пе- ремножителей 17 и 18 перемножают эти сигналы с соответстйующими монохроматическими сигналами с равньми амплитудами и фазами, отличающимися на 12, При этом амплитуда сигналов на выходах аналоговых перемиожителей 17 и 18 пропорциональны соответст- аенно

. иКеГ.,

Выделяют синусоидальные состав- ляющие результирующих сигналов .на частотах 1,, J2 ,/Л, помощью полосовых фильтров 19-24. Уровни сигналов на выходе фильтров 19-24 Пропорциональны соответственно 1«,ГО.,, Vl Г,-Яг/. еГ-П,, НеГп, КеГ|Л,- 57 J ,

где rQ, (S; )(S4 ) |- (S,, +2S,, ),

r, 2,(s;;)2(s,; / (s,,-2s,).

16

12

r/Q.-0., )- (S;.,).

Поскольку величина развязки вы.га дов делителя 6 S не хуже 30 , то слагаемыми, пропорциональными SPJ можно пренебречь.

Преобразуют сигналы с вьжодов фильтров 19-24 в сигналы постоянного тока, уровни которых являются функцией S-параметров многополюсника 9 с помощью соответствующих синронных детекторов 25-30. Сигналы и , и. , и, , и , Uy , Ug на выходах синхронных детекторов 25-30 равны

U,(S,, +28,г ),

и,1шА(Я„+28,2 ),

. , .

(S,, +2S,j ),

Uf ReA ( ),

и. ReAS

11

где A - коэффициент пропорционально ти, определяемой пoлны ко

эффициентом передачи ттепи рефлектометра 4 - амплифазо- ме тр 3

А - K.KJ.

где К - постоянный коэффициент передачи j

Kg - коэффициент затухания аттенюатора i 4;

, - фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 15. По уровням си1 на 1ий с выходов синхронных детекторов 25-30 определяют S-параметры многополюсника 9 , Дд1я этого с помощью сумматоров 35 и 32 определя от разности уровней сигка- лов IJ J , Uj и 2U-} соответетБ-С Инс i С помощью суг. матороБ 33 и 34 определяют разности уровней сигналов U, и и 2Ug соответственно. При этом уровни сигналов V, , Vj, V| , V., , V 5. и Vj на соотЕйтс /вую- щих выходах амплифазометр 3 главны

- ..(А S, ),

V,I(A S,, ),

V,V (A.S,, ),

У, Re(A Е„ ),

V, Re (A .Sj, ) ,

(A S,, ).

Коэффициент пропорциональности A исключается за счет калибровки устройства. Калибровку осуществляют следующим образом. Подключают коротко- замкнутую перемычку 36 на первый иход многополюсника 9 с помощью ключа 37. При этом уровень сигналов Vj и на первом и четвертом выходах амплиЛазометрах 3 равны

v,(A г,),.

V4 Re (К Т) ,

Поскольку , а , то перестройкой аттенюатора 14 и фазовращателя 5 коэффициент передачи А устанавливается таким, чтобы V|-ОВ,, V, - Б, При этом значения V, S, V , V,.j , 4 , 5, Vg в вольтах численно равны нормированным S-na- раметрам многополюсника 9.

Формула изобретения

Способ измерения S-параметров многополюсника, содержащий операции выделения суммарного информационного сигнала, образованного суперпозицией сигналов реакции с зажимов многополюсника на испытательные сигналы равных амплитуд и фаз, и перемножения в квадратурных каналах суммарного информационного сигнала с опорным сигналом, синфазным с упомянутыми испытательными сигналами, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений сигналы реакции на зажимах многопо- люсника модулируют по амплитуде меанрами некратных частот, вьщеляют в квадратурных каналах гармонические составляющие с частотами модуляции и разностными частотами, которые синхронно детектируют в сигналы постоянного тока по уровням этих сигналов определяют действительную и мнимую части S-параметров многополюсника по математическим выраже- ниям ,.j vi; -2 Z. V, / ,

ReS;. v;. ,

1,5,, v:, -2r,,j V;. ,

ImSij i

i, j 1, 2...n,

Составитель Л. Муранов Редактор А, Ревин Техред Н.Бонкало Корректор М.

Заказ 1947/45 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

, 224745

где

to

15

n

20

V.

M

V;

8

число входов и выходов многополйсника; постоянного тока, пропорциональные сигналам на частотах / С2, - Oj /, (i, j ef...n, ) в синфазном канале; сигналы постоянного тока, пропорциональные гармоническим составляющим на частотах Л; (...п) в синфазном канале; сигналы постоянного тока, пропорциональные сигналам на частотах / - -Slj I, (i, .. .n, ) в квадратурном канале; сигналы постоянного тока, пропорциональные гармоническим составляющим на частотах Й (...п) в квадратурном канале.

Изобретение может быть использовано для измерения 3 -параметров антенных решеток и взаимных пассивных четырехполюсников. Цель изобретения - сокращение времени измерения. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 ,делитель 2 мощное- ти,амплифазометр 3 с ортогональной обработкой сигнала, рефлектометр 4, линию 5 передачи, делители 6 и 13 мощности, амплитудные модуляторы 7 и 8, исследуемый многополюсник 9, низкочастотные генераторы 10 и 11 меандров, формирователь 12 разностной частоты, управляемый аттенюатор 14, управляемый фазовращатель 15, квадратурный делитель 16 мощности, аналоговые перемножители 17 и 18, полосовые фильтры 19-24, синхронные детекторы 25-30, сумматоры 31-34, регистратор 35, короткозс1мкнутую пере- 7Г i (Я IsD IND 4 СП