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

1/ /5

i. Tff

IJL 20

Щ

клгочатель 11, блок 2 памяти, ЦАП 13, блок 14 умножения5 полосовой фильтр 15, линейный амплитудный детектор /16,, управляемый делитель 17 напряжения, индикатор 8 модуля, измеритель 19 фазы, индикатор 20 фазы, реверсивный счетчик 21, компара тор 22, элементы И 23, 26, генератор 24 импульсов и инвертор 25. Сигнал падающей волны от генератора 1 через ЧЗД 3 поступает на ИД 2.- Сигнал от- ралсенной от.ИД 2 волны интерферирует

Изобретение относится к радиоиз- мерительной технике СВЧ и может использоваться в автоматических из мерительных системах и приборах , встроенного контроля,.

Цель изобретения - повышение точности измерений в диапазоне частот.

На.чертеже приведена структурная , электрическая схема устройства дпя из мерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника.

Устройство }1ля измерения модуля и фазы комплексного коэффициента от- ралсения двухполюсника содержит генератор 1 сигнала, исследуемый двухполюсник 2, четырехзондовый датчик 3 с зондами 4-7 связи, коммутатор 8, блок 9 управления, квадратичный детектор 10, переключатель 11, блок 12 паг/1ятИэ цифроаналоговый преобразователь 13, блок J4 умножения, полосовой ф1-шьтр 15, линейный амплитудный детектор 16 ., управляемый дели- тель 17 напряжения, индикатор 18 модля, измеритель 19 фазы, индикатор . 20 фазы, реверсивный счетчик 21, компаратор 22, первый элемент И 23, геинвертор 25 и

нератор 24 импульсов второй элемент И 26

Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента от

,5а

и,

К. 005(-1 K.U,l-.Hrl42|rlcos(f. х,.1г|Ч2|г1со8(,|. -н гГ--1-21Р1соз.(1 + о

K.iUn

с сигналом падающей волны. Анализ распределения поля осуществляется ЗС 4-7, размев);енными в различных сече ниях ЧЗД 3, Коммутатор 8 коммутирует., сигналы ЗС 4-7 в общий канал. .В умножителе 14 сигналы умножаются на значения, которые корректируют погрешности измерения, обусловленные неидентичностыо характеристик ЗС и каналов коммутатора 8. Корректирующие значения заносятся в блок 12 памяти в резкиме калибровки. 1 ил.

ражения двухполюсника работает еле- образом.

Сигнал падающей волны U от генератора 1 через четырехзондовый датчик 3 поступает на иccлeдye ый двухполюсник 2 с комплексным коэффициентом отражения

Г 1П

чд

5

0

5 0

где

- модуль комплексного коэффициента отражения; tf - фаза комплексного коэффициента отражения.

Сигнал волны, отраженной от входа исследуемого двухполюсника 2, интерферирует с сигналом падающей волны и. Анализ распределения поля осуществляется с помощью четырех зондов 4-7, размещенных в различных сечениях четырехзондового датчика 3 таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны 1Т/4 на средней длине волны рабочего диапазона.

Коммутатор 8 по командам блока 9 периодически коммутирует с частотой 52 каждый из выходных сигналов с зондов 4-7 в общий канал. Квадратичный детектор 10 детектирует выходной сигнал коммутатора 8. Выходной сигнал квадратичного детектора 10 является периодической функцией, которая на интервале, равном периоду коммутации T 2 ir/f2., имеет .вид

-(, при -cpl, при +cf), при T/2 t 3T/4; +Ч ), при ЗТ/4 t T,

3 1350622 де К ,К,,К ,К. - коэффициенты передачи четырехзондо- вого датчика 3, коммутатора 8 и квадратичного детектора 10 для каждого из зондов 4-7 соответственно, на i-и частоте;

S,y - частотные коэффициенты;

,2,3...n - номер частоты, где п - число частот

J. ё

10

диапазона генерато- 15 который на интервале, равном

ра 1 . Коэффициент о зависит от разноса

зондов 4-7 вдоль тракта и определя- /ется формулой

/ л;,

где Аср средняя длина волны диапазона;Л; - дискретное значение текущей

длины волны.

Коэффициент у зависит от разворота зондов 4-7.

2

1

+ ln42|r|C+2|rrcos( -с, при

1 + |Г| 2|Г|+21Г1 cos( - |iL -cpj, пpиT/4-t-T/2;

и„и.

- -(4)

UoUn.l + lnV2|ri+2|rrcos{ - - Y- +tf), при T/2 t-3T/4;

и„и

l + |rlV2lr|+2iricos(5|i + :i: +(f, при .

Полосовой фильтр 15 вьщеляет пер- :вую гармонику из выходного сигнала :Uj блока 14. Напряжение Uj с выхода

. и, |p,in |i cosVsin (|)+sin ;fcos4 p , (5)

Kj и Kg -.коэффициенты передачи полосового фильтра 15 на частоте Q и линейного амплитудного детектора 16 соответственно;

ulrl U4CP-U4 . 2

iPl

;rSД

4ср

1- t sin Д| J cosVsinM )+sin e cos4 |); (6) -Го

442

где и,„ ZJ- ± lhi°h:n ,г, напряже При изменении частоты в 50%-ной

йр Т плирлже полосе -максимальное значение погреш- ние на выходе линейного ампли- кости, вычисленной по формуле (6), тудного детектора 16 на сред- на краях диапазона (при cf и /2) сос- ней длине волны диапазона тавляет 6,8-16%. ().

622

Для коаксиального канала в 50%-ной полосе частот коэффициент S изменяется в пределах1,33-0,8,а коэффици- J. ёнт J - в пределах 0,75-1,25, т.е. эти коэффициенты имеют значительную частотную зависимость,

В режиме измерения переключатель 11 включает блок 12 в режим считыва- ния. При этом сигнал с первого вы-о- да блока 9 и сигнал с выхода синхронизации генератора 1 считывают на выход блока 12 коды.Цифроаналоговый преобразователь 13 преобразует эти коды в сиг-

0

и,

периоду коммутации Т, имеет вид

и„/К,; , при 0 t-T/4, UO/K,,; , при , , . ,; , при T/2 t-3T/4, ° при ЗТ/4-t-T, где UQ - постоянная величина.

Блок 14 перемножает сигнал U с сигналом и. В результате выходной 25 сигнал-и блока 14 на интервале,, равном периоду коммутации Т, имеет вид

полосового фильтра 15 детектируется линейным амплитудным детектором 16, выходное напряжениекоторого имеет вид

Р 5+ - суммарный частотный 45коэффициент.

Относительная погрешность измерения модуля комплексного коэффициента отражения в соответствии сформулой 5 при работе в диапазонечастот равна

3506226

полосе изменяется в пределах 2,05- 2,08, т.е. мало зависит от-частоты.

Для исключения составляющей погрешности, связанной с коэффициентом,

1- I 2 2/ -ч- 7 ft- сигнал и, подается на управляемый де- sin ji- H-A cosqisin ( g)+sin (f g j. литель 17 напряжения, коэффициент

передачи которого рассчитывается ncJ формулек- -i-. .

hb5 .

Из выражения (6) следует, что погрешность измерения модуля комплексного коэффициента отражения определяется произведением двух членов

Г

Наибольший вклад в погрешность вноrS

сит член sin д- , так как коэффициент & значительно изменяется при перестройке- частоты. - Вклад второго чле на меньше, так как он определяется частотным коэффициентом , который в соответствии с (2) и (З) в 50%-ной

10

(7;

sin -7

При этом напряжение на выходе управляемого .делителя 17 напряжения 15 имеет вид

I и EMiHn|p,eosVsin4 |)-bsinVcos( |).(8)

Это напряжение подается на индикатор 18, шкала которого калибруется в значениях |Г| . Погрешность из-.

2

1- -| eosVsin ( |)-fsinVcos ( |).(9)

В 50%-ной полосе (npaCf /2) эта погрешность на краях диапазона составляет 2,0-3,3%.

-.Одновременно напряжение с выхода полосового фильтра 15 поступает на вход измерителя 19, на выходе которого напряжение имеет вид

. U,:K,Cf,(10)

где Kj - коэффициент передачи измерителя 19.

Это напряжение подается на индикатор 20, шкала кот-орого калибруется в значениях -f

Реж1-1му измерения предшествует режим калибровки,- при котором исследуемым двзгхполюсником 2 служит согласованная нагрузка, с модулем коэффициента отражения (Г| 0. При этом в четырехзондовом датчике 3 устанавливается режим бегущей волны и сигнал и воспроизводит собственную амплитудно-частотн5то характеристику четырехзондового датчика 3, - коммутатора 8 и квадратичного детектора 10 для каждого из зондов 4-7

K,;U ,при 0 t-cT/4;

Кг-и„%при ТА4 г Т/2;

. ад,при T/2-t-3T/4; ., ,

КХ,при 3T/4-t T.

к- -i-. .

hb10

(7;

hb

sin -7

При этом напряжение на выходе управляемого .делителя 17 напряжения 15 имеет вид

20 мерения зависит только от частотного, коэффициента и определяется формулой

5

0

В режиме калибровки переключатель 11 переключает блок 12 в режим За- 0 пись, в котором блок 12 записывает выходной код реверсивного счетчика 2 в массив памяти, соответствзтоЕ(ий включенному в данный момент времени одному из зондов 4-7. Цифроаналоговый преобразователь 13 преобразует выходной код блока 12 в сигнал U. .

Дальнейшую работу в режиме калибровки рассмотрим на примере формирования сигнала U-j на интервале времени 0,, соответствующем включению зонда 4 на i-й частоте генератора I ,

Компаратор 22 сравнивает сигнал 1/2 с опорным сигналом Ug . При выпол- нении условия U, и„ компаратор 22

Ь/о

переключается в состояние единицы и открывает первый элемент И 23j кото- рый пропускает импульсы с выхода генератора 24 на вход вычитания ре- - версивного счетчика 21. С приходом каждого импульса на вход вычитания реверсивного счетчика 2 его выходной код уменьшается на единицу. При этом сигнйл и,, уменьшается на величину iUj. . В результате сигнал U уменьшается на величину. .

Указанные изменения сигналов про- исходят до тех пор, пока при посту- плении т-го импульса на вход вычита-

0

цию погрешности измерения, обусловленную нейдентичностью и неправомерностью частотных характеристик зондов связи, коммутатора и квадратичного детектора, в результате чего повышается точность измерения в диапазоне частот.

НИН реверсивного счетчика /I не окажется выполненным условие Пз Ug.

При выполнении условия компаратор 22. переключается в состояние логического нуля..Инвертор 25 инвертирует выходной сигнал компаратора 22 и открывает второй элемент И 26, который пропускает импульсы с выхода генератора 24 на вход сложения- ре- д Формула изобретения версивного счетчика 21. С приходом, (т+1)-го импульса на вход сложения реверсивного счетчика 21 его выходной код увеличивается на единицу. В

Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента.от- ражени я двухполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала и четырехзондовый датчик с зондами связи, выход которого является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника, коммутатор, сигнальные входы которого соединены с зондами связи четырехзондового датчика, управляювщй вход - с первым выходом блока управления, а выход - с.входом квадратичного детектора, последовательно соединенные полосовой фильтр, линейный амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подсоединен к выходу синхронизации ге- н.ератора сигнала, и индикатор модуля, последовательно соединенные фа- . зометр, измерительный вход которого подключен к выходу полосового фильтра, а управляющий вход - к второму выходу блока управления, и индикатор 35 фазы, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности из-, мерений в диапаз.оне частот, введены последовательно соединенные блок ножения, первый вход которого под- клгочеы к выходу квадратичного детектора, компаратор, первый элемент И, реверсивный счетчик, блок памяти и аналого-цифровой преобразователь, подсоединенный к второму входу блока умножения, а также последовательно соединенные инвертор и второй эле- ент И, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу введенного генератора импульсов,выходы первого и второго элементов И подсоединены соответственно к входам вычитания и сложения реверсивного счетчика, второй вход блока памяти под.ключен к введенному -переключателю, третий вход - к первому выходу блока управления, а четвертый вход - к выходу синхронизации генератора сигнала.

результате сигнал U увеличивается на величину uU. , а сигнал -Ц - на величину U, что приводит к выполнению условия U,.

В дальнейшем устройство для измерения модуля и.фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсника на интервале 0 t :T/4j работает аналогично. В установившемся режиме калиб-- ровки сигнал U. колеблется относительно опорного сигнала Ug с ампли- - тудой AU. и.

Аналогично происходит работа на других интервалах времени, соответ- ветс вующих включению зондов 5-7, и на других рабочих частотах генератора 1 .

В режиме калибровки индикатор 18 индицирует значение, близкое к нулевому, соответствующее модулю коэффициента отражения согласованной нагрузки.

Период повторения импульсов, вырабатываемых генератором 24, выбирается большим времени, необходимого для однократного срабатывания компаратора 22, инвертора 25, элементов И 23 и 26, реверсивного счетчика 21, блока 12 и цифроаналогового преобразователя 13.

Выражение (4) показывает, что в режиме измерения сигнал обеспечивает коррекцию погрешности измерения модуля и фазы коэффициента отражения,- обусловленную неидентичностью характеристик зондов 4-7 четырехзондового датчика 3 и каналов коммутатора 8,. а также неравномерностью частотных характеристик зондов 4-7, коммутатора 8 и квадратичного детектора 10.

Такое выполнение устройства для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента .отражения двзгхполюсника обеспечивает автоматическую коррек1350622-8

цию погрешности измерения, обусловленную нейдентичностью и неправомерностью частотных характеристик зондо связи, коммутатора и квадратичного детектора, в результате чего повышается точность измерения в диапазоне частот.

е- д Формула изобретения В

д Формула изобретения

5

0

25

30

Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента.от- . ражени я двухполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала и четырехзондовый датчик с зондами связи, выход которого является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника, коммутатор, сигнальные входы которого соединены с зондами связи четырехзондового датчика, управляювщй вход - с первым выходом блока управления, а выход - с.входом квадратичного детектора, последовательно соединенные полосовой фильтр, линейный амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подсоединен к выходу синхронизации ге- н.ератора сигнала, и индикатор модуля, последовательно соединенные фа- . зометр, измерительный вход которого подключен к выходу полосового фильтра, а управляющий вход - к второму выходу блока управления, и индикатор 35 фазы, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности из-, мерений в диапаз.оне частот, введены последовательно соединенные блок ножения, первый вход которого под- клгочеы к выходу квадратичного детектора, компаратор, первый элемент И, реверсивный счетчик, блок памяти и аналого-цифровой преобразователь, подсоединенный к второму входу блока умножения, а также последовательно соединенные инвертор и второй эле- ент И, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу введенного генератора импульсов,выходы первого и второго элементов И подсоединены соответственно к входам вычитания и сложения реверсивного счетчика, второй вход блока памяти под.ключен к введенному -переключателю, третий вход - к первому выходу блока управления, а четвертый вход - к выходу синхронизации генератора сигнала.

40

45

50

55

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВ-Ч и обеспечивает повышение точности измерений в диапазоне частот. Устр-во содержит генератор 1 сигнала, исследуемый двухпол1Йсник (ид) 2,. четырехзондовый датчик (ЧЗД) 3 с зондами 4-7 связи (ЗС), коммутатор 8, блок 9 управления, квадратичный детектор 10, пере