Измеритель S-параметров линейных четырехполюсников Советский патент 1987 года по МПК G01R27/32 

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерителях комплексных коэффшщен- тов передачи (S-параметров) линейных четырехполюсников в миллиметровом ди- апазоне волн.

Цель изобретения повьшение точности измерений четырехпол}осников.

На чертеже приведена электрическая структурная схема измерлтеля S- параметров линейных четырехполюсников

Измеритель S-параметров линейных четырехполюсников содержит генератор 1 СВЧ-сигнала, первый тройник 2, первую измерительную головку 3 и второй тройник 4, первый синфазный делитель 5 мощности, первый 6, второй 7 и тре- тНй В направленные ответвители (НО), первый 9, второй 10, третий 11, четвертый 12 аттенюаторы, управляюще-вычислительный блок (УВБ) 13, вторую 14 третью 15, четвертую 16 и пятую 17 измерительные головки, а также пйтьй аттенюатор 18, четвертый 19 и пятьш 20 НО, второй 21 и третий 22 синфазные делители мощности, а также согласованные нагрузки 23-25, исследуе- мьй линейньй четырехполюсник 26.

Измеритель S-параметров линейных четырехполюсников работает следующим образом.

Аттенюатор 9. в процессе измерений постоянно открыт и на вход первого синфазного делителя 5 мощности поступает сигнал и, пропорциональный волне, падающей от генератора 1 СВЧ- сигнала на исследуемый четырехполюсник 26. Четвертьй 19 и пятьш- 20 НО

ориентированы на ответвление во вто

ричные тракты волн, отраженных от четырехполюсника 26. Поэтому при открытых аттенюаторах 10 и 12 и за.кры- тах аттенюаторах 11 и 18 с выхода синфазного делителя 22 мощности на вход НО 8 поступает сигнал U. , пропор циональньй параметру S исследуемого четырехполюсника 26.

Выражение, определ}тющее показания Р, измерительных головок 14-17, нормированные к показаниям PJ измерительной головки 3, в случае измерения параметра 8 принимает следующий вид;

1 /К- + /5 S,, /

(1)

При открытых аттенюаторах 10 и 18 и закрытых аттенюаторах 11 и 12 сигнал ил пропорционален параметру S ,

992

а выражение для Р соответственно принимает вид

Р-

Г /,- - s,,/

(2)

При от :рытых аттенюаторах П и 18 и закрытьпс атте1шаторах 10 и 12 сигнал Uj пропорционален параметру S,, а выражение для Р имеет вид си

1: /к т, s,,/

22

(3)

5

0

при открытых аттенюаторах 11 и 12 и закрытых аттенюаторах 10 и 18 сигнал и пропорционален параметру S , соответственно выражение для Р принимает вид ()

/K.o.S,, / (4)

Каждое из выражений (1) - (4) представляет собой систему четырех уравнений (i соответствует показаниям измерительных головок 14-17), в которую помимо измеряемого 5 параметра входят параметры четырехполюсника ( по восемь неизвестных комплексных коэффициентов - К-, fbi, i.,j.., с/,-). Например, в выражении (1), кроме величины S , входят четыре величины р; и четыре величины К . Осуществляя попарное вычитание ( ) и (Р,Р), каждое из выражений.(1) - (4) можно представить в следующем виде:

pvl-рЧ К --р--- Е,(х +у2)|

р Si,,,()

X Re( Sp;); у -ImCAp - Sp),

-,(5)

(6)

где f, ,,i m jrrt,n,nj

X, у 0

5

скалярные константы, определяющие параметры синфазно-квадратурного преобразователя сигналов и Uj, состоящего из НО 6-8, головок 14-17 и делителя 5; реальная и мнимая части произведения измеряемого параметра 5р ,

1л ™ соответствующий ему коэффициент передачи Ар

- 11 li zi схе мы измерителя от выхода генератора 1 СВЧ- сигнала до входа сигнала, и. .

Коэффициенты передачи по своей сути являются величинами относительными. Поэтому коэффициенты передачи

Ар в реальных измерениях параметров эффициент А , Для этого при непос Sit« S

гг

возможно пронормировать

относительно коэффициента передачи, который имеет место в реальных измерениях параметра 82 , т.е. относительно величины Aj , значение которого

12 редственно соединенных выходах НО 1

и 20, открытых аттенюаторах 9, 11 и 12 и закрытых аттенюаторах 10 и 18 в память УВБ 13 записывается результат измерения, равньм

, + m.,Xj + n.Yj (х| +У|)1.

принимается за единицу:

21

В этом случае константы

,4

т, п и п могут быть определены в результате следующих калибровочных измерений.

В начале выход НО 19 подключается непосредственно к выходу НО 20, аттенюатор 9 открыт, а аттенюаторы 10-12 и 18 закрыты. В этом случае в память УВБ 13 записываются результаты изме- рений,, соответствующие условию и равные

Rr , и Q . (8)

Далее аттенюаторы 10 и 18 открываются, а аттенюаторы 9, 11 и 12 за- крываются. В этом .случае в память УВБ 13 записываются результаты измерений, соответствующие условию и равные

R 3 и QJ Е4. (9) Затем аттенюаторы 9, 10 и 18 открываются, а аттенюаторы 11 и 12 закрываются. При этом в память УВБ 13 заносятся данные, соответствующие режиму измерения величины ные

Е, + т,

zi 1

и равКз

QA е, «- т,

, е

(10)

:3 - Cj mj

После этого в разрьш между выходами первичных трактов НО 19 и 20 включается отрезок образцового волновода без потерь, фаза коэффициента передачи Lf которого на средней рабо- чей частоте .волновода равна 90 и ат- тенюаторы 9-12 и 18 приводятся в положение, аналогичное случаю определения величин Кз и Q (выражение 10) При этом в память УВБ 13 заносятся следующие результаты измерений:

, + tn

.Хо +П,Уо

,

+ j

4

где X,

, у„

sin у

Из системы уравнений (8)-(11) с помощью УВБ 13 вычисляется и заносится в память УВВ 13 значение констант

, -

4

m

1

m

i

Пц и п.

RpK E,. + e,,( )

На этом заканчивается калибровка

измерителя в.режиме измерения пара- рк 1 ™1 ;рк гУрк )

1322199

метра

2.1

Для калибровки измерителя

в режиме измерения параметра S тре1

буется дополнительно определить коэффициент А , Для этого при непос

10

15

20

25

12 редственно соединенных выходах НО 19

и 20, открытых аттенюаторах 9, 11 и 12 и закрытых аттенюаторах 10 и 18 в память УВБ 13 записывается результат измерения, равньм

, + m.,Xj + n.Yj (х| +У|)1.,2).

+ 4Щ УРР

Решение системы уравнений (12) позволяет определить и запомнить с помощью УВБ 13 величину А,Х5+ЗУ5.

Для калибровки измерителя в режиме измерения параметра открывают аттенюаторы 9, 10 и 12, закрывают аттенюаторы 11 и 18 и к выходу НО 19 подключают образцовый короткозамыкатель (S,, -1).

В память УВБ 13 записываются следующие результаты измерений: Rfc ,+m,x,+n,y, + E (х|+ур

(13)

Q,,+m,x,, + ,(x +У). Решение системы уравнений (13) от- величин х и у позволяет

носительно найти

40

45 .

30

АИ - (х + jyg).

(14)

Для калибровки измерителя в режиме измерения параметра открывают аттекю аторы 11 и 18, закрывают аттенюаторы 10 и 12 и к выходу НО 20 подключают 35 образцовьй короткозамыкатель (5 -1). В память УВБ 13 записываются следующие результаты измерений:

RT i +m,x +п,у, + ез(х +у,)|

Q ,jx , +(-, +yp.(15) Аналогичным образом решение системы уравнений (15) позволяет найти

21 - (х-, + :У7)- В результате перечисленных калибровочных измерений в памяти УВБ 13 записываются значения всех констант , m,m,j,n и п, а также величин , А, и Aj, соответствующих условию А 21 1 .

i После этого в разрыв между выходами первичных трактов НО 19 и 20 ;включается измеряемый четырехполюсник и при положениях аттенюаторов, со- ответствуюшзях режиму измерения любого из параметров 5рц, в память УВБ 13 за- 55 носят результат измерений

RpK E,. + e,,( )

50

(16)

Решение системы уравнений (16) позволяет определить измеряемый параметр по формуле

г

(17)

V- 4; - - 2Поставленная цель достигается за счет того, что каждый из результатов измерений (1)(4) содержит инфор- только об одном из измеряемых параметров. Это упрощает процесс измерения параметров S. и S.. по отг-1

ношению к процессу определения параметров S,. и S. в известном измери12

теле и повышает точность измерений. Формула изобретения

Измеритель S-парамеТров линейных четырехполюсников, содержащий .четыре аттенюатора и генератор СВЧ-сигнала, к выходу которого через первый тройник подключена пер1вая измерительная головка и второй тройник, к первому выходу которого через первый аттеню атор подключен вход первого синфазного делителя мощности, выходы которого соединены с первыми входами первого и второг о направленных ответви- телей, выходы которых подключены к второй, третьей, четвертой и пятой измерительным головкам, а вторые вхоРедактор М.Бланар

Составитель В.Рабинович

Техред И..ПОПОВИЧ Корректор С.Черни

Заказ 2859/41 Тираж 730Подписное

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

5

0

5

0

ды - к выходам третьего направленного ответвителя, причем выходы измери - тельных головок, управляющие входы первого аттенюатора и генератора СВЧ- сигнала подключены к соответствующим входам управляюще-вычислительного блока, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений,, введен второй синфазный делитель мощности, вход которого соединен с вторым выходом второго тройника, а выходы - через второй и третий аттенюаторы - с входами первичных трактов введенных четвертого и пятого направленных ответвитёлей, выходы вторичных трактов которых нагружены на согласованные нагрузки, а входы через четвертый и введенньй пятый аттенюаторы соединены с введенным третьим синфазным делителем мощности, подключенным к первому входу третьего направленного ответвителя, второй вход которого нагружен на согласованную нагрузку, причем управляю- ВЦ1Й вход пятого аттенюатора подключен к соответствующему входу управляюще- вычислительного блока, а выходы пер- ничных трактов четвертого и пятого направленных ответвитёлей являются входами для подсоединения;исследуемого линейного четырехполюсника.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - ловьппение точности измерений четырехполюсников. Измеритель содержит г-р 1 СЕЧ-сигнала, тройники 2 и 4, измерительные головки 3, 14, 15, 16 и 17, синфазные делители 5, 21 и 22 мощности, направленные ответвители (НО) 6, 7, 8, 19 и 20, аттенюаторы 9, 10, 11, 12 и 18, управляюще-вычислительный блок 13, согласованные нагрузки 23, 24 и 25 к исследуемый линейный четырехполюсник 26. Цель достигается введением аттенюатора 18, НО 19 и 20 и делителей 21 к 22, с помощью которых каждый из результатов измерений S-na- раметров линейного четырехполюсника 26 содержит информацию только об одном из измеряемых параметров. 1 ил. at (Л с: