Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника Советский патент 1987 года по МПК G01R27/06 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано во встроенных автоматических измерительных системах.

Цель изобретения - повышение точности измерений в полосе частот.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника..

Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ- двухполюсника содержит СВЧ-генера- тор 1, четьфехзондовьгй датчик 2 полных сопротивлений, управляемый СВЧ- фазовращатель 3 и исследуемый СВЧ- двухполюсник 4. Элементы связи 5-8 четырехзондового датчика 2 полных сопротивлений, четырехканальный СВЧ коммутатор 9, первый блок 10 управления, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 первой гармоники частоты коммутации, первый амплитудный детектор 13, первый полосовой фильтр 14 второй гармоники частоты коммута1Ц-1и, второй амплитудньш детектор 15, электронный ключ 16, второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации, третий амплитудный детектор 18, измеритель

19 отношений, второй блок 20 управл ния, управляемый делитель 21 напряжния, индикатор 22, фазометр 23, инд катор 24 фазы, пороговьш блок 25.

Устройство для измерения модуля

и фазы коэффи1щента отражения СВЧ- двухполюсника работает следуюш11м об разом.

Сигнал постоянной амплитуды (11) от СВЧ-генератора 1 поступает через четьфехзондовый датчик 2 и управляемый СВЧ-фазовращатель 3 к исследуемму СВЧ-двухполюснику 4.

Отраженная волна интерферирует с падающей. Анализ распределения поля осуществляется с помощью четырех элментов связи 5-8 четырехзондового датчика 2, размещенных в различных сечениях таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны на верхней частоте диапазона.

Четьфехканальный СВЧ-коммутатор по сигналу с первого выхода блока 1 периодически коммутирует с частотой 52 каждый из выходных сигналов эле- ментов связи 5-8 четьфехзондового датчика 2 в канал. При этом н выходе,четьфехканапьного СВЧ-коммут

0

2

тора 9 получается сигнал в виде периодической последовательности радир- импульсов. Этот сигнал детектируется квадратичным детектором 11, выходной сигнал которого является периодической функ1щей.

Полосовой фильтр 12, настроенный на частоту SI , выделяет первую гармонику выходного сигнала квадратичного детектора 11. Напряжение с выхода полосового фильтра 12 поступает на вход первого амплитудного детектора 13,-выходное напряжение которого зависит от частоты, и цри ее .уменьшении из- меняется при постоянном коэффициенте отражения.

Корректировка частотной зависимости проводится следующим образом.

Выходной сигнал квадратичного детектора 11 подается на вход первого полосового фильтра 14 второй гармоники, выходной сигнал которого детектируется вторым амплитудным детектором 15.

Выходное напряжение второго амплитудного детектора 15 определяется вы

ражением:

и к к А.

то

ъ А

(1)

-

-

коэффициент передачи первого полосового фильтра 14 второй гармоники на частоте 22;

коэффициент передачи второго амплитудного детектора 15;.

+ Ь - амплитуда второй гармоники частоты коммутации;

а , bj - коэффициенты разложения в ряд Фурье. Коэффициент а„ определяется вьфа50

45

жением:

2

т

U(t ) cos 2 5i tdt. (2)

Выражение для U имеет вид:

В ККзК.1),, |„-I I

Sin

il

COS

sin If

J& 2

(3)

где К - коэффициент пропорциональности.

Из формулы (3) видно, что вторая гармоника появляется только при час3

тотной расстройке, а при fi Д

0, так как

10,

1, 2) - Ц

Jr5 п cos --- - и.

Но напряжение на выходе второго амплитудного детектора 15 зависит не только от частотной расстройки

, . ;j Jr J5 (члены sinq --- : cos -). но и -от о /

модуля I г| и фазы (член sin Ч) комплексного коэффициента отражения. Для того, чтобы получить информацию только о частотной расстройке, необходимо зависимость от | г и f исключить.

Дпя этого выходной сигнал квадратичного детектора 11 подается на электронный ключ 16, управление которым осуществляется с третьего выхода блока 10 управления, электронный ключ открывается только на время, когда на выходе квадратичного детектора 11 появляются напряжения B-J, Bj (сигналы с элементов 6 и 7 связи четырехзондового датчика 2). При этом выходной сигнал (U ) электронного ключа 16 является периодической функ1щей.

Второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации выделяет вторую гармонику сигнала Ug(t ). Выходной сигнал (U,,,) второ- То полосового фильтра 17 детектиру- 1ется третьим амплитудный детектором 18, напряжение на выходе которого имеет вид:

,.

(4)

коэффициент передачи второ

го ПОЛОСОВОГО фильтра второй гармоники 17 на частоте 2ьг;

коэффициент передачи третьего амплитудного детектора 18;

амплитуда второй гармоники

частоты коммутации, ажение (4) имеет вид:

.|x

. Ч. I I

j(

, . ,35/5 jrji . , .jsin (-- sin4(.

(5)

Из выражения (5) видно, что напря жение на выходе третьего амплитудного детектгрра 18 зависит от частотной

. ЗЗГВ расстройки (член --- - ---) от мо8 8

дуля |Г| и фазы (член sin Ч ) комплексного коэффициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4. Следовательно сигнал, завися1ций только от частотной расстройки, можно сформировать, если подать Ц на вход делимого измерителя 19 отношений, а и j - на вход делителя. Тогда выходное напряжение измерителя отношений 19 с учетом выражений (3) и (5) имеет вид:

I cos - тт iiSiiSi,J

-J Т/-Т/-1У- l 4)

14

. JS

sin ---- --(6)

где К - коэффициент передачи измерителя 19 отношений. Из выражения(6) видно,чточлен 2 К.КК /К величина постоянная

а член I sin cos -т- /sin (-o о / о

- I несет информацию о частот-/ 8

ной расстройке. Каждому значению частоты в рабочем диапазоне соответ- ствует единственное значение . циента

JL.

8

5iS cos --35

. f 3W n X

sin (-gg- )

0

a значит и единственное значение

. jiS коэффициента sin --- .

Напряжение с выхода измерителя 19 отношений подается в блок 20 управления, который осуществляет установку коэффициента передачи управляемого делителя 21 напряжения в соответствии с формулой:

К

Кс

ЗРН

. lt&

sin --(7)

где KO - коэффициент передачи управляемого делителя 21 напряжения при А (о (S 1). Напряжение на выходе управляемо- го делителя 21 нанряжения имеет вид:

55 и,, , .

is

- cos 2 4 cos t - . (8 )

5128

Это напряжение подается на инди- ч катор 22, шкала которого калибруется непосредственно в значениях | т |.

Из (8) видно, что погрешность измерения модуля кошшексного- коэффициента отражения определяется только частотным коэффициентом , т.е. в предлагаемом измерителе достигнуты такая же точность измерения и широко- полосность, так и в известном, но без введения корректирующего канала, что значительно расширяет его функциональные возможности, так как позволяет использовать его для цепей

встроенного контроля.

Напряжение (U ) с выхода полосового фильтра 12 подается на вход фазометра 23, на опорный вход которого поступает опорное напряжение со второго выхода блока 10.

Сигнал с выхода фазометра 23 подается на индика.гор 24 фазы, шкала которого калибруется непосредственно в значениях Ч .

Если фаза коэсЬфициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 равна О , 180° или 360°, то напряжения

и

10

и , согласно выражениям (3) и

и

(5), обращаются в нуль. Измеритель 19 отношений, из-за нулей на обоих входах, работать не будет. Следовательно, возникает неопределенность в определении частотной расстройки. Для исключения этой неопределенности в измеритель введены пороговый блок 25 и управляемый СВЧ-фазо - вращатель 3 (дискретный). Сигнал (и j ) с выхода фазометра 23 кроме индикатора фазы поступает на порогоотличающееся тем, что-, . целью повышения точности измерений полосе частот, в него введены перв и второй полосовые фильтры второй

вьй блок 25, который,если фаза иссле- 40 гармоники частоты коммутации, злак

дуемого СВЧ-двухполюсника 4 находится в пределах О - 5% 175 - 185% 355 - 360°, вырабатывает сигнал (), который подается на управляющий вход управляемого СВЧ-фазовра- щателя 3. При этом сдвиг по фазе, вносимый управляемым СВЧ-фазовраща- телем 3, з величивается, например, на

-г- , т.е. к фазе исследуемого СВЧ- двухполюсника добавляется постоянная

ТГ величина, равная --45

50

2 При этом напряжения U

и,,, на

тронный ютюч, второй и третий ампли тудные детекторы, измеритель отнош ний, второй блок управления, порог вый блок и управляем1з1й СВЧ-фазовращ тель, при этом входы первого и втор го полосовых фильтров второй гармо ки частоты коммутации - одного неп средственно, а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управляющи вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управ ления, выходы полосовых фильтров вт рой гармоники частоты коммутации с

входах измерителя 19 отношений отлич- 55 бтветственно-чере з второй и третий ны от нуля. Таким образом полносч ью :амплитудные детекторы соединены с исключена неопределенность в определении частотной расстройки.

входами измерителя отношегшй, выход которого tiepes второй блок управле

Дпя точного определения фазы коэффи- Щ1ента отражения исследуемого СВЧ-двух- полюсника 4 в этом случае следует из показаний на индикаторе 24 фазы, вычесть

2

зовращателя 3 сигнализируется, например, с помощью светодиода, устапов- . ленного непосредственно на папели индикатора 24 фазы.

Состояние управляемого СВЧ-фа5

0

5

Формула изобретения

Устройство для измерения модуля и фазы коэффигщента отражения СВЧ- двухполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, че- тырехзондовый датчик полных сопротивлений, последовательно соединенные четырехканальньш СВЧ-коммутатор, сигнальные входы которого подключены к элементам связи четырехзондового датчика полных сопротивлений, квадратичный детектор, полосовой фильтр первой гармоники частоты коммутации, перв1)Ш амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, индикатор, фазометр, подключенный измерительные входом к выходу полосового фильтра первой гармоники частоты коммутации, индикатор фазы, соединенный входом с выходом фазометра, и первый блок управления, первый выход которог о подключен к управля оя(ему гходу четырех- канального CBЧ-кo мyтaтopa, а второй 35 выход - к опорному входз фазометра,

отличающееся тем, что-, с . целью повышения точности измерений в полосе частот, в него введены первьй и второй полосовые фильтры второй

0

40 гармоники частоты коммутации, злак

тронный ютюч, второй и третий амплитудные детекторы, измеритель отношений, второй блок управления, пороговый блок и управляем1з1й СВЧ-фазовраща- тель, при этом входы первого и второго полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации - одного непосредственно, а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управляющими вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управения, выходы полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации собтветственно-чере з второй и третий амплитудные детекторы соединены с

бтветственно-чере з второй и третий амплитудные детекторы соединены с

входами измерителя отношегшй, выход которого tiepes второй блок управле712820208

ния соединен с управляющим входомщателя, вход которого подключен к выуправляемого делителя напряжения,ходу четьфехзондового датчика полных

вход порогового блока соединен с вы-сопротивлений, а выход является выходом фэзометра, а выход - с управля- ходом для подсоединения входа иссле- ющим входом управляемого СВЧ-фазовра- .5 дуемого СВЧ-двухполюсника.

Составитель М.Кромин Редактор Н.Марголина Техред Л.Сердюк ова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7260/42Тираж 730 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение и.б. использовано во встроенных автоматич. измерительных системах. Цель изобретения повышение точности измерений. Устр- во содержит СВЧ г-р 1, четырехзондо- вый датчик 2 полных сопротивлений, эл-ты связи 5-8 датчика 2, четьфех- канальный СВЧ-коммутатор 9, блок управления (БУ) 10, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 1-й гармоники частоты коммутащш, амплитудный детектор (АД) 13,управ- ляемьй делитель 21 напряжения, индикатор 22, фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25, исследуе- мый СВЧ-двухполюсник 4. Вновь введены управляемый СВЧ-фазовращатель 3, два полосовых фильтра 14 и 17 2-й гармоники частоты коммутации, АД 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 19 отношений БУ 20. 1 ил. I ся o СХ) ю о ю