Способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов (его варианты) Советский патент 1987 года по МПК G01R27/06 

1128

Изобретение относится к радиотехническим измерениям на СВЧ и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения нелинейньпс СВЧ-элементов и устройства, в за- висимости от частоты и мощности падающей волны.

.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения комплексного коэф- фициента отражения нелинейных элементов в режиме большого сигнала.

-На фиг.1 и 2 приведены структурные электрические схемы устройств, реализующих спосбб определения ком- плексного коэффициента отражения СВЧ-элементов по первому и второму вариантам.

Устройства содержат генератор 1, первый и второй наггравленные ответ- вители 2 и 3 (по второму варианту), восьмиполюсник 4 . (по первому варианту) , первый 5, второй 6 и третий 7 аттенюаторы фазовращатель 8, первый и второй- сумматоры 9 и 10, делитель 11 мощности, четвертый аттенюатор 12, первый 13 и второй 14 и третий 15 измерители МОЩНОС.ТИ, исследуемый СВЧ элемент 16.

Способ определения комплексного коэффициента отражения СБЧ элементов реализуется следующим образом.

Известна связь комплексного коэффициента отра сения Г измеряемой СВЧ нагрузки с отношением комплексных ам- плитуд С и (i первых гармоник двух линейных комбинаций падающей и отраженной волн:

pi

, 1 COTH Kj

где Г b /а, а ,

(1)

комплексные

амплитуды первых гармоник падающей и отражанной вол1{;

, С отн С / С ,

к,, К,, к, - нормированные константы калибровки, определяемые из калибровочных измерений .по трем образцовым мерам.

Сущность способа заключается в следующем.

Находят величины С при наличии в спектре падающих и отраженных волн полигармонических Составляющих и не- когерентных помех. Согласно способу, рассматривается некоторая референсная плоскость, в которой имеется первая линейная комбинация полигармонических

5

0

9 2

составляющих падающей и отраженной волн U(t), возможно содержащая неко- герентнуго помеху S(t) со сплошным или дискретным спектром

U(t) Щ С ( + Ч) + S(t), К--1 (2)

nj

где С и Чк неизвестные амплитуды и фазы гармоник, причем спектр S(t) не содержит составляющих с частотами Кд),, К 1, 2, ..., N.

Вводится когерентное гармоническое опорное колебание

) (uJ,t + ) (3) с неизвестной амплитудой А и фа- ЗОЙ Ч„,. °

Задача определения С , и Ч, решается на основе измерения ваттметром мощности этих колебаний, а также мощностей их суперпозиций.

Мощности колебаний (2) и (3) соответственно равны

(4)

W г «1 А оь . г 1

в о,5ы(кч) (i -1Го (КиЗ)РК5)

где ci(Kw3), Г (КоОр) -коэффициенты

преобразования и отражения ваттметра;

Р - мощность некогерентной помехи S(t) .

Мощность первой суперпозиции указанных колебаний

W 111В„С2 + В А2 +2Й, С А X

3 7 к к 1 on 1 1 on

(6)

X cos (ДЧ) + PS

где дЧ.Чт М оп сдвиг фаз первой

гармоники колебания (2) и

опорного колебания.

Сдвиг фазы опорного колебания на. угол Ч о дает вторую суперпозицию, с мощностью

W4 IZ + fi A + 2В, С, А,„ cos (Ч К-

- о) + PS-(7)

при условии, что 0 K ii, к о, 1, .

« « «

Выра}кения (4)-(7) образуют систему линейных алгебраических уравнений, решение которой дает величину

Ju4 С //3, с, е R + JQ;

R (Wa - W - Wj/2v/iw.j;

312820194

Q W - (W + W,j)(1 - cos4) - моннческого колебания (2) и опорного

колебания (3) с двумя различ1 ыми ам-

- Wgcos Ч д /2/У2 sin fjj,плитудами, равными Ч,Ад и

Аналогичные измерения и вычисления (q Я« ) зтом случае

проводятся для опорного колебания и -5 N

второй линейной комбинации полигар- W, + |9 i i П:, А, х .

монических падающей и отраженной волн.

В результате получают комплексную совСдЧ) + Рд ;(8)

величину С | и отношение С,/С, С N

решая, таким образом, задачу опреде- 0 W 5 (к л (i Pi - t

Лекия комплексного коэффициента от-

ражения нелинейного СВЧ-элемента или ои °

устройства в режиме большого сигнала. Величина С определяется выражениями По варианту способа конечный ре- , „

зультат достигается также добавлением -5 С, R + jQ;

для каждой комбинации к измерениям

(6) и(7) двух отсчетов мощности

W и Wg новых суперпозиций: полигар-

б .-созЧ о) +( ( ailPJ. - 2() /P sin Ч ,

P ()-Wa().() (1 - q)(r- qj(q q

Коэффициент отражения нелинейного элемента зависит от мощности падающей волны. Для ее определения вместо исследуемого СВЧ элемента включают калибровочный измеритель мощности и проводят измерения согласно -способам. Коэффициент отражения Г, от входа этого ваттметра и амплитуда (а) падающей fia него волны позволяют рассчитать уровень Мощности падающей волны la IB процессе измерения Г нелинейного элемента

. .

IK.

ТТ

1

Устройство, реализующее способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов, работает следующим образом.

СВЧ-генератора 1 генерирует двако герентных гармонических колебания частоты i- зондирующее и опорное. В режиме измерения коэффициента отражения первое колебание зондирует ис- следуемый СВЧ элемент 16. В результате в отсчетной плоскости 1-1 элемента возникают две полигармонических волны - падающая и отраженная Ь.

Через ответвляющие плечи направленных ответвителей 2 и 3 электрически перестраиваемые аттенюаторы 6 и 7 соответственно ответвленные части волн а и b поступают на сумматор 9, формирующий первую линейную комбина

R ()P. 2(1 - q.)

25

- 35

40

.

0

5

цию полигармонических волн. Это колебание подается на первый вход сумматора 10, на второй вход которого подается гармоническое опорное колебание. Причем в качестве развязывающего сумматора 10 используют направленный ответвитель, вход основного плеча которого является первым, а вход вс;помогательного плеча - вторым входом сумматогэа 10.

В результате измеритель 14 мощное- ти показывает мощность W первой.линейной комбинации полигармонических волн, просуммированной с опорным колебанием, имеющим амплитуду А и начальную фазу „ . При этом аттенюатор 12 применяют для ослабления отраженной мощности, распространяющейся от измерителя 14 мощности при рассогласовании его с измерительным трактом. Далее фазовращателем 8 сдвигают фазу опорного колебания на угол Ч д и проводят второе измерение мощности: суммЬ: первой линейной комбинации волн со сдвинутым на -f опорньш колебанием (отсчет мощности W).

При осуществлении способа по второму варианту мощность W. первой линейной комбинации полигармонических волн измеряют при максимальном ослаблении, аттенюатора 5, мощность W. гармонического опорного колебания - при максимальном ослаблении аттенюаторов 6 и 7.

При осуществлении способа по первому варианту аттенюатором 5 умень- шают амплитуду А,,, опорного колебаq l Ort5128

ния в q, раз (q, т 1) и измеряют мощность первой линейной комбинации волн, просуммированной с опорным колебанием, амплитуды , с фазой Ч оп Далее аттенюатором 5 уменьшают ампли- ТЗ ДУ А,п в qa раз (q q,:), измеряют мощность W: первой линейной комбинации волн, просзгммированной с опорным колебанием амплитуды с фазой ап

Затем согласно каждого способа вычисляют величину С..

Для формирования второй линейной комбинации волн измеряют уровень : ослабления аттенюаторов 6 и 7. Нов- торяя для каждого способа приведенные алгоритмы измерений, получают другие соответствующие отсчеты мощности. Вычисляют , при этом число требуемых измерителей мощности сокращается в два (фиг.1) или четыре (фиг.2) раза, и алгоритм обработки результатов измерений, имеющий линейный характер, существенно проще нелинейного алгоритма обработки, присущего известному способу. При работе в условиях помех пpeдлaгae гыe устройства в отличие от известных не требуют использования перестраиваемых полосовьгх фильтров.

Формула изобретения

1. Способ определения комплексного коэффициента отражения СВЧ-элементов, основанный на измерении мощностей линейных комбинаций падающей и отраженной волн,, по которыг: рассчитьшают комплексный коэффициент отражения СВЧ-элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функ- циональных возможностей путем обе96

спечения измерения кгтмттпекснгич) к.)- эффициента отражения нел1тнейиьгх элементов в режиме большого сигнала, для каждой линейной комбинации полигармонических падающей и отраженной волн измеряют мощность суммы линейной комбинации и гармонического опорного колебания основной частоты, измеряют мощность суммы линейной комбинации и orfopHoro колебания, измененного по амплитуде в q. раз, измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, измененного по амплитуде в q.. раз, измеряют мощность суммы линейной комбинаци и опорного колебания, сдвинутого по фазе на угол Ц, причем

1, Ч- kTT; k 0,± 1, + 2.

2. Способ определения комплексног коэффициента отражения СВЧ-элементов основанный на измерении мощностей линейных.комбинаций падающей и отраженной волн, по которьт рассчитывают комплексный коэффициент отражения СВЧ-элемента, отличающийс тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения комплексного коэффициента отражения нелинейных элементов в режиме большого сигнала, для каждо линейной комбиЕнации падающей и отраженной волн измеряют мощность суммы линейной комбинации и гармонического опорного колебания основной частоты, измеряют мощность суммы линейной комбинации и опорного колебания, сдвинутого по фазе на угол f , измеряют мощность опорного колебания, причем f kSi , k О,.+ 1, ±2.... , /

Редактор Н.Марголина

Составитель Р.Кузнецова

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 7260/42Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

ПроизвЬдственно- Полиграфичес15ое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, А

Фиг. 2

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Расширяются функциональные возможности путем обеспечения измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) нелинейных элементов в режиме большого сигнала.-. Данный способ по 1-му и 2-му вариантам основан на измерении мощностей линейных комбинаций (ЛК) падающей и отраженной волн, по которым рассчитывают ККО исследуемого СВЧ-элемента. Способ по 1-му варианту отличается тем, что для каждой ЛК полигармонических падающей и отраженной волн измеряют мощность- суммы ЛК и гармонического опорного колебания (ОК) основной частоты, измеряют мощность суммы ЛК и ОК, измененного по амплитуде сигнала в q раз, а затем в q, раз, измеряют мощность суммы ЛК и ОК, сдвинутого по фазе на угол , причем q q 5 1, V ji k5r, k О, ± 1, i 2... Способ по 2-му варианту отличается тем, что для каждой ЛК падгющей и отраженной волн измеряют мощность суммы ЛК и гармонического ОК основной частоты, измеряют мощность суммы ЛК и ОК,- сдвинутого по фазе на угол f, измеряют мощность ОК, причем f kft, k О, ± 1, ±2,... Даны примеры устройств, реализующих данный способ по 1-му и 2-му вариантам. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. i (Л С 00 1C о со