Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников Советский патент 1986 года по МПК G01R27/32 

Изрбретение относится к радионамерениям, в частности к технике измерения на СВЧ параметров линейных невзаимных двуплечих устройств, имеющих эквивалентное представление в виде четырехполюсников.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов.

На чертеже показана структурная схема измерителя параметров невзаимных четырехполюсников.

. Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников состоит из генератора СВЧ 1, к выходу которого подключен делитель 2 мощности, к первому и второму выходу которого подключены первый и второй ферритовые вентили 3 и 4 соответственно, к выходам которых подключены входы пятого 5 и шестого 6 направленных ответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены соответственно входы первого 7 и второго 8 Y-цирк.уляторов, а к вторым выходам - первый 9 и второй 10 подвижные короткозамыкатели, соответственно, к первым выходам Y-циркуляторов 7 и 8 подключены входы первог 11 и второго 12 направленных ответвителей соответственно,, к первым выходам которых подключены первые выходы третьего 13 и четвертого 14 направленных ответвителей соответственно, к вторым выходам первого 11 второго 12, третьего 13, четвертого 14 направленных ответвителей подключены соответственно последовательно соединенные первая 15 вторая 16 третья 17, четвертая 18 .детекторные секции и первый 19, второй 20, тре,тий 21, четвертьй 22 усилители, выходы первого 19 и четвертого 22 усилителей и второго 20 и третьего 2 усилителей попарно подсоединяются с первым и вторым выходами измерителя 23 отношений посредством переключателя 24, вторые выходы первого 7 и второго 8 Y-циркуляторОЕ; соедиHefai между собой через аттенюатор 25, входы третьего 13 и четвертого 14 направленных ответвителей являются входом и выходом для подключен исследуемого невзаимного четырехполюсника 26.

Для калибровки вместо исследуемого невзаимного четырехполюсника

h .2

26 подклочают регулярный отрезок 27 линии передачи. Подключение исследуемого евзаимного четырехполюсника 26 11ли регулярного отрезка 27 линии передачи можно осуществлять с помощью высокочастотных переключателей 28 и 29.

Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников работает следующим образом.

Электромагнитная волна, поступающая, от генератора СВЧ 1, делится поровну делителем, 2 мощности. Волна из первого выхода делителя 2 мощное-.

ти поступает через перйый ферритовый вентиль 3 на вход пятого направленного ответвителя 5. Прошедшая через пятый направленный ответвитель 5 волна поступает в второе плечо и

далее в первое плечо первого Y-циркулятора 7. Согласно направлению циркуляции первого Y-циркулятора 7 волна поступает на вход первого направленного ответвителя I1 и далее

направляется по кольцевому тракту

ерез третий направленный ответвитель 13 .к пер7юму плечу высокоастотного переключателя 29. В зависимости от направления переключеНИН переключателей 29 и 28 волна проходит либо через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, либо через регулярный отрезок линии передачи 2.7 и выходит в первое плечо высокочастотного переключателя 28, затем проходит через встречнр включенные четвбфтьй 14 и второй 12 направленные ответвители и поступает в второе плечо второго Y-i pкулятора 8. Согласно принятому напр влению циркуляции второго Y-циркулятора 8 волна проходит из второго плеча в третье плечо второго Y-цирк.улятора 8 и далее через аттенюатор 25 по направлению циркуляции проходит из третьего плеча в первое плечо первого Y-циркулятора 7, из второго плеча в третье плечо пятого направленного ответвителя 5. Отражаясь от первого подвижного короткозамыкателя 9, волна проходит в второе плечо пятого направленного от ветвителя 5, в котором складывается с волной, поступающей от генератора СВЧ 1 из первого плеча в второе плечо пятого направленного ответвителя 5. Суммарная волна проходит кольцевой измерительный тракт по вы- , шеописанной последовательности струк турных элементов, снова суммируясь в втором плече пятого направленного ответвителя 5 с сигналом, поступающим от генератора СВЧ I через его первое плечо. После многократных прохождений СВЧ-снгнала по кольцевому измерительному тракту в нем устанавливается определенная амплитуда бегущей электромагнитной волны, которая зависит от потерь в элементах измерительного тракта, в том чис ле и потерь в данном направлении прохождения волны через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, т.е. согласно описанию по чертежу для про хождения сигнала через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 сверху вниз, а также от электрической длины кольцевого измерительного тракта которая определяется от первого подвижного короткозамыкателя 9 через третье-второе плечи пятого направлен ного ответвителя 5, первый Y-циркулятор 7 и далее по описанному пути прохождения волны в измерительном тракте до первого подвижного короткозамыкателя 9. При некоторой электрической длине кольцевого измерительного тракта выполняются условия резонанса и в кольцевом измерительном тракте усиливается максимальная амплитуда волны. Отсчет этой амплитуды производится с помощью первого 11 и второго 13 направ ленных ответвителей, через которые сигнал ответвляется из кольцевого измерительного тракта и поступает на первую 15 и третью 17 детекторные секции, В последних СВЧ волна преобразуется в низкочастотный сигнал, который усиливается первым 15 и третьим I7.усилителями и поступает через переключатель 24 на измеритель 23 отношения сигналов по напряжению Электромагнитная волна, прошедшая в второй выход делителя 2 мощности, поступает через второй ферритовый вентиль 4 на первый вход шестого направленного ответвителя 6. С некоторым ослаблением волна поступает в второе плечо шестого направленного ответвителя 6 и далее в первое плечо второго Y-циркулятора 8. Согласно указанному стрелкой направле- нию циркуляции второго Y-циркулятора 8 волна поступает через второе плечо второго Y-цир- кулятора 8 на вход пары встреч264но включенных второго 12 и четверто- , го 14 направленных ответвителей и далее по кольцевому тракту в направлении, обратному прохождению сигнала в кольцевом измерительном тракте при возбуждении его через пятый направленный ответвитель 5. .После прохождения первого Y-циркулятора 7, аттенюатора 25 волна проходит шестой.направленный ответвитель 6 из второго плеча в третье плечо, отражается от второго короткозамыкающего поршня 10 и суммируется в втором плече шестого направленного ответвителя 6 с проходящей волной из первого плеча в второе плечо шестого направленного ответвителя 6, Подобно описанному процессу суммирования волн после многократного прохождения кольцевого измерительного тракта при возбуждении его через пятый направленный ответвитель 5, в данном случае при возбуждении кольцевого измерительного тракта через шестой.; направленный ответвитель 6 в коль- цевом измерительном тракте, также устанавливается определенная ампли- . туда бегущей электромагнитной волны, распространяющейся в направлеНИИ, противоположном направлению распространения волны при возбуждении кольцевого измери-Пельного тракта через пятый направленный ответвитель 5, т.е. по направлению снизу вверх через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26..При этом установившаяся амплитуда электромагнитной волны зависит от потерь в элементах измерительного тракта и потерь в исследуемом невзаимном четырехполюснике 26 для прохождения волны через него снизу вверх по чертежу, а также электрической длины кольцевого измери- ; тельного тракта для рассматриваемого направления распространения волны Эта длина определяется от короткозамыкающего поршня 10 через третье-второе Плечи шестого направленного от. ветвителя 6, второго Y-циpkyлятopa 8 и далее последовательно второго 12 и четвертого 14 направленных от- ветвителей, переключателя 28, либо исследуемого невзаимного четырехполюсника 26, либо отрезка 27 линии передачи, переключателя 29, третьего 1 3 и первого 11 направленных ответвителей, первого Y-циркулятора 7 из второго плеча в третье плечо, аттенюатора 25, второго Y-циркуляJтора 8 согласно показанному направле нию циркуляции из третьего плеча в первое плечо, шестого направле.ного ответвителя 6 из второго плеча в третье плечо до второго короткозамыкающего поршня 10. При некотором положении второго подвижного короткозамыкающего поршня 1,0 для данного распространения волны в кольцевом из мерительном тракте выполняются условия резонанса и устанавливается максимальная амплитуда электромагнитной волны, индикация которой производится с помош;ью второго 12 и четвертого 14 направленных ответвителей. Ответвленные через второй 12 и четвертый 14 направленные ответвители волны преобразуются в второй 16 и четвертой 18 детекторных секциях в низкочастотные сигналы, которые усиливаются вторым 20 и четве тым 22 усилителями и через переключ тель 24 поступают на Измеритель 23 отношения напряжений. - Описание функционирования измери теля параметров невзаимных четырехполюсников показывает, что индикация малых потерь исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 может осуществляться независимо при резонансе в кольцевом измерительном тракте для двух встречно распространяющихся волн через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, пере стройка электрической длины кольцевого измерительного тракта для двух противоположных направлений распрос ранения СБЧ-волны через исследуемый невзаимньм четырехполюсник 26 осуществляется независимо первым 9 и вторым 10 подвижными короткоза1 1ыкателями соответственно. При в.несении в кольцевой измерительный тракт исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 изменения положения первого 9, второго 10 подвижных короткозамыкателей при настройке в ре зонанс относительно исходных положе ний при резонансе и замещении отрез ком регулярной линии передачи 27 ис следуемого невзаимного четырехполюс ника 26 позволяет измерить производимые исследуемым невзаимным четырехполюсником 26 фазовые сдвиги для упомянутых противоположных направлений распространения волны. Порядок проведения основных этапов измерения измерителем параиет26 .6 ров невзаимногО четырехполюс} ика ел едующий, Аттенюатор 25 устанавливают в положение максимального затухания. При этом добротности кольцевых измерительных трактов для каждого направления распространения волн оказываются значительно ниже единицы. 8этом случае измерения прямых и обратных потерь невзаимното четырехполюсника производятся по след ющей методике. Прямые и обратные потери равны разности показаний измерителя отношений приподключении исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 и отрез.ка 27 линии передачи. В случае измерения невзаимного четырехполюсника с прямыми ВПР и обратными jbpgp потерями меньшими 0,5 дБ целесообразно полностью вывести аттенюатор 25 до минимального ослабления и производить измерения по следующей методике. Подключают отрезок 27 регулярной линии передачи, имеющий геометрические размеры, совпадающие с геометрическими размерами исследуемого невзаимного.четьфехполюсника 26. Измеряют потери в первом резонансном тракте, образованном следующей цепью элементов: первый подвижный короткозамыкатель 9, пятый направленньш отнетвитель 5, первый Y-циркулятор 7, первый П ,, третий 13 направленные, ответвители высокочастотный переключатель 29, отрезок 27 линии передачи, высокочастотньй переключатель 28, четвертый 14, второй 12 направленные ответвители, второй Y-циркулятор .8, аттенюатор 25, первый Y-циркулятор 7, пятый направленный ответвитель 5, первый подвижный короткозамыкатель 9. Для этого первый подвижньй короткозамыкатель 9перемещают до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное показание измерителя-отношения 23,- затем поршень первого подвижного короткозамыкателя 9 перестраивается в обе стороны от положения резонанса до получения половинного уровня показаний измерителя 23 отношения относительно его показаний при резонансе. Потери в первом резонансном тракте рассчитывают по формуле Ы JiAL.),i,.)M в ЛБ J где Т, 3,14:

71

uL, - ширина peaoHaHCfioH кривой вединицах длины, рассчитанная из показаний первого подвижного короткозамыкателя 9 по половинному уровню показаний измерителя отношения 23;

; -длина волны -в волноводе.

Аналогичным образом измеряют потери Ы второго резонансного тракта, образованного цепью элементов: второй подвижный короткозамыкатель 10, шестой направленный ответвитель 6, второй Y-циркулятор 8, второй 12, четвертый 14 направленные ответвители, высокочастотный переключатель 28, отрезок 27 линии передачи, высокочастотный переключатель 29, третий 13, первый 1 направленные ответ вители, первый циркулятор 7, аттенюатор 25, второй Y-циркулятор 8, шестой направленный ответвитель 6, второй подвижный короткозамыкатель 10.

Потери во втором резонансном тракте рассчитывают по формуле

( J-Ll), i.,

с.

где uL. - полуширина резонансной кривой в единицах длины, рассчитанная из показаний короткозамыкающего поршня 10.

Подключают исследуемый невзаимньш четырехполюсник 26. Переключатели 28 и 29 устанавливают в положение на включение в измерительный тракт исследуемого невзаимного четырехполюсника 26. Каждьм из резонансных трактов путем независимого перемещения первого 9, второго 10 подвижных короткозамыкателей в направлении на У-циркуляторы настраивают до получения резонанса. Отсчитывают смещение L и смещение L поршней соответственно относительно их начального положения при резонансе.

Рассчитывают фазовые сдвиги Ф и

Ф, 2. для первого и второго направления прохождения сигнала (вол1гы) соответствеино

ср ( т . ф - ((ill-) т 1 Ч.- г Ч ЧОтсчитывают показания Т , Т измерителя 23 отношения относительно уровня сигнала поступающего на вход измерителя 22 отношения 23 при резонансе в первом и втором резонанс-, ном тракте на этапе измерения о и о( соответственно. Причем для по-, лучения.значений Т и Tj испольду707268

ют по одной паре направленных ответвителей в кольцевом измерительном тракте, либо 11 13, либо 12, 14 и связанные с ними элементы. По5 тери исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 А| и Ag для первого и второго направления распространения соответственно рассчитываются по формулам

Ai(l-Ti(l-c(,))/c, ; А(1-Т,(1-а))/о(з.

Если принять первое направление прохождения сигнала через исследуе 5 мый невзаимный четырехполюсник 26 за прямое направление, а второе - за обратное, то

Jg А,; „, tg А.

20 Непосредственно измеряемыми аппаратурными величинами поданной методике измерения потерь являются коэффициенты передачи резонаторов первого и второго направления Т и Т со25 ответственно. Собственно измеряемыми выходными величинами являются прямые потери А и обратные потери А.

Формула изобрете;ния

30

Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников, состоящий из генератора СВЧ, к выходу которого подключен делитель мощности, к первому и

второму выходам которого подключены первый и второй ферритовые вентили соответственно, первого и второго направленных ответвителей, к первому выходу каждого из которых подключены

первые выходы третьего и четвертого направленных ответбителей соответственно, к вторым выходам первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей последовательно

подключены соответственно первая,

вторая, третья, четвертая детекторные секции и первый, второй, третий, четвертьй усилители, выходы первого и четвертого, второго и третьего усилителей попарно соединены с первым и . вторым входами измерителя отношений посредством первого переключателя, входы третьего и Четвертого направленных ответвителей являются вхр-

дом и выходом для подкл очения исследуемого невзаимного четырехполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и

расширения функциональных возможностей ,путем измерения фазовых сдвигов, к выходам первого и второго ферритовых вентилей подключены входы введенных пятого и шестого направленных ответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены входы введенных первого, и второго Y-циркуляторов соответственно, первые

выходы первого и второго У-циркуля- 10 соответственно.

торов соединены соответственно с, входами первого и второго направленных ответвителей, вторые выходы первого и второго Y-циркуляторов соединены между собой через введенный аттенюатор, вторые выходы пятого и шестого направленных ответвителей соединены с введенными первым и вторым подвижными короткозамыкателями

Изобретение относится к радиоизмерениям. Пель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов. Измеритель содержит г-р СВЧ 1, дели тель мощности 2, два ферритовых вентиля 3 и 4, шесть направленных от- ветвителей (НО) 5,6,11,12,13 и 14, два Y-циркулятора 7 и 8, два подвижных короткозамыкателя (КЗ) 9 и 10, четыре детекторные секции 15, 16 17 и 18, четыре у-ля 19, 20, 21 и 22, измеритель отношений 23, три пе- . реключателя 24, 28 и 29, аттенюатор 25, исследуемый невзаимный четырехполюсник (НЧП) 26 и отрезок 27 регулярной линии передачи. Измерение фазовых сдвигов, производимых исследуемым НЧП 26, для противоположных направлений распространения волны, осуществляется при внесении НЧП 26 в кольцевой измерительный тракт и с помощью изменянения положения подвижсл ных КЗ 9 и 1-0 при настройке в резонанс относительно исходных положений при резонансе и замещении НЧП 26 отрезком 27 регулярной линии передачи. Цель достигается введением НО 5 и 6 ,Y -циркуляторов 7 и 8,КЗ 9и10 иаттенюатора 25. 1 ил. ND 4°f О INS О5