Устройство для измерения комплексных коэффициентов отражения СВЧ-двухполюсников Советский патент 1988 года по МПК G01R27/06 

1

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может иснользоваться для измерения комплексного коэффициента отражения элементов и устройств СВЧ.

Цель изобретения - иовьпиение точности и сокращение времени измерений.

На чертеже приведена электрическая структурная схема устройства для измерения комплексных коэффициентов от)аже11ия СВЧ-двухполюсников.

Устройство содержит последовательно соединенные двухканальный СВЧ-геператор 1, первый переключатель 2 и косьмииолюс- ник 3, первый выход которого является выходом для подключения исследуемого СВЧ- двухполюспика 4, второй выход СВЧ-гене- ратора 1 нагружен на последовательно сое- динеппые первый направленный ответвитель 5, вторичный тракт которого нагружен па третий измеритель 6 мопиюсти, второй пере- к.чючатель 7, вентиль 8, второй делитель 9 мопиюсти, первый делитель 10 моплности, первый сумматор I I и первый измеритель 12 мощности, второй выход второго делителя 9 нагружен на последовательно соединенные третий делитель 13 мощности, четвертый сумматор 14 и пятый измеритель 15 мощности.

Второй выход восьмиполюсника 3, яв- ляюнцжся выходом падающей волпы, соеди- нен с первым входом квадратурного моста 16, а третий выход восьмиполюспика 3, И1 ляю 1и1Йся выходом отраженной волны, сое- дипеп с вторым входом моста 16. Первый В1,1()д моста 16 нагружен на последовательно соедипепщз1е второй направленный огвет- витель 17, вторичный тракт которого нагру- |жеп на П1естой измеритель 18 мон1ности и |четвертый делитель 19 мощности. Второй моста 16 нагружен на последовате;1ь- но соедипепные третий направленный ответ- |витель 20, вторичный тракт которого нагру- :жен па седьмой измеритель 21 мощности, и |пятый делитель 22 мощности.

Второй выход делителя 10 нагружен на последовательно соединенные второй су.м- |мат()р 23 и второй измеритель 24 мощности. Второй выход делителя 13 нагружен на последовательно соединеппые третий сумматор 25 и четвертый измеритель 26 мощности. Второй выход делителя 19 соединен с вто- |рым входом сумматора 25, а второй выход делителя 22 с вторым входом сумматора 14. Второй выход делителя 9 соединен с входом делителя 13.

Устройство работает следующим образом .

Сигнал СВЧ-геператора I с его первого выхода через переключатель 2 и восьмиполюсник 3 иоступает на вход исследуемо1 (

sin(., -Эз) Р - -(

1

2(kflo k,

08385

2

СВЧ-двухнолюсника 4. С второго выхода сигнал поступает в опорный канал, причем часть мощности опорного сигнала, ответвленная ответвителем 5, поступает в измеритель 6. Опорный канал образуют каскад- 5 но подключенные к выходу ответвителя 5 переключатель 7, вентиль 8, первый делитель 9, к выходам которого подключены делители 10 и 13. С помощью вось.миполюсника 3 ответвляется часть энергии падающей и

10 отраженной волн, причем ответв.1енные колебания замешиваются мостом 16. Образованные на выходе моста 16 две линейные комбинации падающей и отраженной волн через ответвители 17 и 20 поступают на

. входы делителей 19 и 22. Измерители 18 и 21 показывают часть мощности колебаний па вЕ)1ходе моста 16. Их показания Р, и Р.

Колебания с выходов делителей 19 и 22 попарно суммируются с выходными колебаниями делителей 13 и 10с помощью сумма- 20 торов И, 25, 23 и 14.

Принимая фазу сигнала в референсной плоскости измерителя мощности за нулевую, колебание на датчике измерителя 12 можно представить в виде как суперпозицию опор- 25 ного сигнала U5 exp(j9.3) исследуемого сигнала C explj ip, ), который является первой „тинейной ко.мбинацией падающей и отраженной Bo;iH. Показание измерителя 12

Р, + 2С, Jfos(f,-&). Здесь л з- коэффициент преобразования из- 30 мерителя 12.

С учетом иоказаний измерителей 6 и 18

РЗ ,P,+2{k3 kj,, )Vz

cosif,-Оз),

где и kj, - неизвестные коэффициенты связи.

Соответственно показание измерителя 26 Р ,P, Р, (p,- -Sj-f йН зч),(2)

где - разность между сдвигом фаз сигналов на входах сумматора 11 и сдвигом 40 фаз сигналов на входах сум.матора 25.

Схема соединений выходов делителей 13, 10, 19 и 22 и входов сумматоров 11, 25, 23 и 14 обеснечивает значение в окрестности 90°. Недопустимыми являются значе- дс ния 0+180 °, поэтому при измерениях в щироком диапазоне частот необходимо приблизительно выравнять электрические длины линий связи выходов делителей мощности и входов сумматоров.

В соответствии с (1) по показания.м трех 50 измерителей 6, 18 и 12 определяются величины

55

ti;,C,k3lP

со5(ф,--(-):5)0,5(Р.з-k:ioPo- X(k.i,,k,-iiPnPi)

При известном дЧ з.

k,. Р,. В )( P, - ез)со5АЧ.

Р, Рг )sin А Г,

Аналогично для второй пары измерителей 24 и 15 их показания Pj и Р в сочетании с показаниями измерителей 6 и 21 Р и

cos(f, -в,) 0,5(P,-k,oP.-k,,Pjx (kscks PoR Г

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерений. Устр-во содержит двухканальный СВЧ-гсне- ратор 1, восьмиполюсник 3. исследуемый СВЧ-двухполюсник 4, измерители мощности 12,24, 6, делитель мощности 10, сумматоры 11, 23. Для достижения цели введены пере- к тючатели 2, 7, направленные ответвители 5, 17, 20, вентиль 8, делители мощности 9, 13,19, 22, сумматоры 25, 14, измерители мощности 26, 15, 18, 21 и квадратурны мост 16. Делители мощности выполнены с синфазными первыми выходами и противофазными вторыми выходами, а сумматорьи выноль1е- ны с синфазными первыми входами и противофазными вторыми входами. При измерениях в щироком диа 1азоне частот необходимо приблизительно выравнять электрические длины линий связи выходов делителей мощности и выходов сумматоров. 1 и.ч. (f С

позволяют найти

sin(

Р -kffo PC - k., Р,

- 2 (kio k« Р„ P

2(k k6iP«P2) isin 4 5fe

где Сг, «Pi- амплитуда и фаза второй линейной комбинации на измерителе 24, Д разность сдвига фаз колебаний на входах сумматора 23 и сдвига фаз колебаний на входах сумматора 14.

Соотношения (3)-(5) дают комплексные амплитуды эквивалентных колебаний

Х| 1зС1С05{ф|-Вз) -f jjisCisin (ф|-вя) |азС1 зсо5(ф|+ а1пф1),

Х2(г5С2С05(ф2 -(-)5) + Ц5С;251п(ф2 -65) |д15С2е (С05ф2 + 51Пф2)

прямо пропорциональных линейным комбина циям с/ и Сз, следовательно, справедливы соотношения

X| aiai+§ibi; X2 a2a24-P2bi.

откуда искомый коэффициент отражения Г

т : . fe. У

1-.гЬ

(6)

гдеу,, ji, - константы калибровки, определяемые известны ми методами по трем образцовым мерам, X,,/X;.

В задачу калибровки входит также определение коэффициентов kj, kj, , k, k, kso- k52, kjQ, kg. Четыре из них определяются при отключенном с помощью переключателя 2 измерительном канале.

р о

k.f-;k,.

л«л

k -Pse ео п

«

где РЗО -1 - показания измерителей 12, 26, 24 и 15 при отключенном измерительном канале, Ц, - показание измерителя 6.

Остальные коэффициенты определяются при отключенном с помощью переключателя 7 опорном канале.

k - Рд| Ь- - 41 . I, Руг . Ь Рб2 р l - р )

г,

R

где р.

л , i , , FSZ- - показания измерителей 12, 26, 24 и 15 при отключенном опорном канале, Р, и Р, - показания измерителей 18 и 19.

В случае, если фазовые сдвиги дУз и AH sz известны приближенно, однако с погрешностью не хуже ±(15-20)°, их точные значения определяются при калибровке фаз. Процедура калибровки фаз заключается в следующем.

Измеряются мощности Ре -Р и по формулам (3) и (5) определяются -0j)

) соз(с/ г-е)

созАЧ,

(5)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

и coslYV - ©г), затем по формулам (41 и, (5) по приближенным зна,чениям Д 4 HATs вычисляются оценки sin(f., - ©j) и sTii(f. - 65), позволяющие точно определить квадранты, в которых находятся углы (pi 63) и (%-&s). После этого из (2) определяется cos(), что при наличии опенки .ч позволяет однозначно найти точное значение . Аналогичное (2) соотношение позволяет по показанию РО измерителя 15 мощности определить точное значение Д st

Формула изобретения

Устройство для измерения комп.чекспых коэффициентов отражения СВЧ-двухпо- люсников, содержащее двухканальньп СВЧ- генератор, восьмиполюсник, nepBbiii выхо.л которого является выходом для нодк.мючения исследуемого С В Ч-двухполюсника, первьи делитель мощности, к первому и второму выходам которого подсоединены соответственно последовательно соединенные первьп сумматор и первый измеритель мощности и второй сумматор и BTOpoii измерите. 1ь мощности отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и сокращения времени измерений, в него введены первый переключател1, вк.пю- ,ченный между первым выходом двухканаль- ного СВЧ-генератора и входом восьмиполюсника, носледовате.чьно соединеппые первый направленный ответвитель, второй переключатель, вентиль и второй делитель мощности, вход основного тракта nepBoi o направленного ответвите,1я соединен с вторым выходом двух канального СВЧ-гепера гора, третий измеритель мощности, вход Koropoi o соединен с выходом вторичног о тракта первого направленного ответвито,чя, первьн 1 libi- ход второго делителя моншости соединен с входом первого делителя мониюсти, третий делитель мощности, вход которого соединен с вторым выходом второго делито.т мощности, последовательно соедннещИ)1е третий су.мматор и четвертый измерите.чь мон ноети,

квадратурный мост, первый вход которого соединен с вторым выходом восьмиполюсника, являющимся выходом падаюп1ей B O.V ны, а второй вход - с третьим выходом

восьмиполюсника, являющимся выходом 01раженной волны, 11оследовате. соединенные второй направленный ответвито.п, вход которого соединен с первым выходом квадратурного моста, и четвергый делите.чь мощности, последовате.чьно сое.ппч иные треп: направленный ответвите., пчол KoTopd соединен с BTopi) :- -.iv, ip:ir iM .iii

моста, и пятый делитель мощности, последовательно соединенные четвертый сумматор, первый вход которого соединен с первым выходом третьего делителя мощности, а второй вход соединен с вторым выходом пятого делителя мощности, и пятый измеритель мощности, шестой измеритель мощности, подключенный; к выходу вторичного тракта второго направленного ответвителя, седьмой измеритель мощности, подключенный к выходу вторичного тракта третьего направленного ответвителя, второй вход первого сумматора соединен с первым выходом четвертого делителя мощности, второй вход второго сумматора соединен с первым выходом пятого делителя мощности, первый вход третьего сумматора соединен

с вторым выходом третьего делителя мощности, второй вход третьего сумматора соединен с вторым выходом четвертого делителя мощности, причем делители мощности выполнены с синфазными первыми выходами

и противофазными вторыми выходами, а сумматоры выполнены с синфазными первыми входами и противофазными вторыми входами.