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

4;:а 4:

оо со

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ.

Цель изобретения - обеспечение измерений ко{ плексных коэффициентов отражения неустойчивых активных и нелинейных СВЧ-двухполюсников и определения частоты и аг-тлитуды побочных колебаний.

На чертеже приведена электричес- кая функциональная схема устройства для измерения комплексных коэффициентов отражения СВЧ-двухполюсников.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, второй направленный ответвитель 2j вентиль 3, первьй управляемьй аттенюатор 4, первьй направленный ответвитель 5, и исследуемьй СВЧ-двух- ПОЛ10СНИК 6j второй управляемьй аттенюатор 7, делитель мощности 8, первь и второй двойные мосты 9 и 10, первьй - четвертьй измерители мощности 11-14 и линейньй пассивньй четырехполюсник 15.

Устройство работает следующим об- разом.

Сигнал СВЧ-генератора 1, проходя через каскадное соединение направленного ответвителя 2, вентиля 3, управляемого аттенюатора 4 и направленного ответвителя 5, поступает на вход исследуемого СВЧ-двухполюсника 6, где устанавливается стационарньй режим падающей a(t) и отраженной b(t) волн;

jcot a{t) Re(A е ) + a,(t);

(О

,-

iwt ) Re(B e ) + )

де A и В - комплексные амплитуды падающей и отраженной волн, отношение которых являет- j ся исходным комплексным коэффициентом отражения Г В/А(2)

СО --частота СВЧ-генератора 1 (частота измерений a(t); bn(t) - побочные составляющие падающей и отраженной волн, причем для линейных пассивных и устойчивых активных исследуемых объектов b(t) aj(t) О, для неустойчивых линейных активных исследуемых объектов:

55

a(t) А coscopt; b(t) В cosco t.

(3)

где Op - частота генерации (частота

самовозбуждения или параметрического возбуждения автоколебаний) для нелинейных исследуемых СВЧ-двз полюсни- ков.

После ответвления направленным ответвителем 5 падающей и отраженной волн на входы измерителей, мощности 11 и 14 поступают сигналы, являющиеся линейными комбинациями падающей и отраженной волн:

io3t Re(C е ) + c(t);

JQ Re(p e ) + d(t).

(M

25

35

.30

40

j

55

где С и D - комплексные амплитуды линейных комбинаций, связанные с А и В в силу линейности устройства .- линейными алгебраическими соотношениями: .А + В;

. - V 5

D |А + I В,

где s , у , О - неизвестные калиб- ровочные коэффициенты;

) vid(t) - побочные составляющие, порожденные a(t) и brt(t).

Сигналы, регистрируемые измерите- лями мощности 12 и 13, пропорциональные сигналам, регистрируемым измерителями мощное ти П и 14:

jwt с, (t) Re(C e ) + с„, (t);

;аэ (6) d,(t) Re(/UD e ) + d, (t)

Коэффициенты 9 и /u в интегральном виде учитьшают неидентичность трактов от вькодов вторичного тракта направленного ответвителя 5 до входов измерителей мощности П, 12 и 13, 14 и неидентичность измерителей мощности..

С выхода вторичного тракта направленного ответвителя 2 через управля 1448302

емый аттенюатор 7, делитель мощности ,, „

8 на двойные мосты 9 и 10 пос ттают 2- + О U,+ 2Ш С U cosdf-).

-j опорные сигналы, суммирующиеся с сиг- пг

.налами (4) и (5) на выходах двойных .. .2-,i „,лч

-мостов 9 и 10. 5 Л С + Р„2(9)

Опорные сигналы на входах измери- р /-Ьт . телей мощности 11, 12, 13 и 14 имеют вид:

10 где ( - дополнительный фазовый сдвиг, |ц вносимый двойным мостом 9.

о, (t) Re(y, е );Взаимное влияние опорного и измерительного каналов исключается за

U (t) Ref G Ue 1 вентиля 3 и свойства развязки

° - х. 15 входов двойных мостов 9 и 10.

Из (8) и (9) следует:

Uo,(t) Re(Ua ,

С cosq, (Р, - Р, - Р )/2л|р, ;

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - обеспечение измерений комплексных коэф. отражения и определения частоты и амплитуды побочных колебаний. В устр-во введены направленный ответ- витель 2, вентиль 3, два управляемых аттенюатора 4 и 7, линейный пассивный четырехполюсник 15. Введенные в устр-во новые элементы и связи являются существенными, поскольку они меняют алгоритм измерений, образуют отсутствующий в прототипе опорный канал, расширяют функциональные возможности. Взаимное влияние опорного и измерительного каналов исключается ;. за счет вентиля 3. Измерениям предшествует калибровка. Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона с целью определения значений констант, входящих в соотношения для расчета коэф. отражения Г, уровня падающей волны А, уровня побочного колебания Б и частоты побочного колебания О лS сл

u,,(t) Re(r Ц, е ), sincp, 4 Д

-L

гдеС и - коэффициенты, учитьшаю-- АС cos Cf, cos(|,J- (А sin (|, ) .(Ю) щие неидентичность.трактов, а также неидентичность измерителей мощ-Здесь ц, О, + , что обеспечивает- НОС.ТИ.ся использованием моста на частоте, Каждый из измерителей мощностиотстроенной от центральной частоты определяет 3 отсчета мощности: пер- о вый - мощность суммы линейной комби- соотношений (10) нации падающей и отраженной волн и- - , . опорного сигнала (управляемые атте- 5°5 9 eintf, нюаторы 4 и 7 включены на пропуска-..

ние), второй - мощность линейной ком-Аналогично по трем показаниям из- бинации падающей и отраженной волн мерителей мощности 14 и 12 определяпри отключенном опорном сигнале (уп-ется величина u,(t)(c отсчетом фазы

равляемый аттенюатор 7 включен наотносительно опорного сигнала UojCt))

максимальное затухание), третий -in ,f 2 «

мощнос ь опорного колебания при за-D cos q ()H РЭ)

пертом измерительном тракте (управля- (11)

емьй аттенюатор 4 включен на макси- , „

мальное затухание), в частности, по- sinCf j .

казания измерителя мощности 11: 2

Р, cS uf + 2CU,cosq, + Р„, ; . cos(f cos (j (р sin V, ) ; (11)

PI С + РП, ; (8)D D coscfi + j D sinq i .

p - 1 5Q После полученного деления уравнений (5) одно на другое, и введения

где Cf, - фазовый сдвиг гармоникиобозначений С.., C/D с частотой СО в линейной комбинации () относительно опорного сигнала;С - У Г /j2) Р - мощность побочного колеба- 1 - S Г ния,-S

Аналогично, показания измерителяоткуда при известных константахо умощности 13 . В/У; у и изме рен5

ном отношении комплексных амплитуд линейных комбинаций С и D, найденным по трем отсчетам мощности каждого из 4 измерителей мощности, определяется искомый параметр Г

СР -

(

(13)

Кроме того, по модулю С из вторых уравнений (8) и (9) определяется мощность побочных колебаний:

- 7

л2 р2

Т

(14)

Если РГ,, О я „ О, то это свидетельствует о том, что СВЧ-двух- полюсник возбудился (малосигнальньй режим) или генерирует высшие гармоники (.режим большого сигнала) . Устройство позволяет определить частоту самовозбуждения или частоту наиболее интенсивной высшей гармоники, по отношению РП /Р„,

Рпг/Рп, A(Wr)

(15)

где Qr - частота побочной составляющей; учитывает неидентичность выходов двойного моста 5. Поскольку ли- Нейньш пассивный четырехполюсник $5 имеет монотонную в рабочем диапазоне частот амплитудно-частотной характеристикой, функция ( (Юг) также йме- кнцая монотонный вид, позволяет.по значению отношения (15) однозначно определить частоту побочного колебания СОр .

Абсолютный уровень падающей волны А, необходимый для измерения амплитудной зависимости Г (А) нелинейных объектов, определяется по модулю С в соответствии с (5) А

А,П + |3у Г(Ыу)/

(16)

Амплитуда побочного колебания, генерируемого исследуемым СВЧ-двух- полюсником Bj,, при условии хорошего согласования измерительного тракта много больше переотраженной волны Aj. При коэффициенте отражения изме4483026

рительного тракта Г О,1 и направленности второго направленного ответ- вителя не хуже 20 дБ, с погрешностью с не более 1% из (5)

ЧР

П1

f(Ur)B

п

(17)

что по величине Р, , известной ча- стоте Wf и значению константы на частоте сОг позволяет определить амплитуду побочного колебания В,,.

Измерениям предшествует калибровка.

Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона. С целью определения значений констант, входящих в соотношения для расчета коэффициента отражения Г, уровня падающе й волны А, уровня побочного колебания Вц и частоты побочного колебания со г .

Калибровка опорного канала.

В качестве исследуемого СВЧ-двух- полюсника 6 подключают пассивную нагрузку, регистрируют по 3 отсчета мощности каждым из четырех измерителей мощности и из (9), (10) определяют

Pl/P, -, ,(18)

{|д р4/р;

(1 9)

35 и ВЬ ЧИСЛЯЮТ

costf, (Р,. )/2л|р ; р;

COS (Cf.-V,) (Р -Рг -Рг )/2тГр1РГ (20)

Второе из соотношений (20) при наличии приближенного значения Cj), с точностью ± 10-15°, которое получают расчетным путем или предварительным измерением параметров моста 9, определяет квадрант, в котором находится угол tp, , что дает однозначно sin q, позволяя выбрать знак в соотношении

sin ср,

, .4

cos cf,

(21)

после чего по cos (ср,-Q ,) при найденном tf, и приближенном (v , находят утоgg чненное значение (у, . Аналогично определяют ( ,

Калибровка измерительного канала. К устройству поочередно подктпочают .- три образцовые нагрузки с известными

коэффициентами отражения Г,, Г Г и для каждой из них определяют величины C jJ, , , . Подстановка полученных значений в (13) дает систему трех линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов

Затем подключают образцовый измеритель мощности с неизвестным коэффициентом отражения Г и определяют

(41

Cjj . При найденных , fii- S u по

(13) вычисляют Г и по показанию образцового измерителя мощности определяют уровень падающей волны

А , (1 - (Г), (22)

где R - нормированное сопротивление

канала.

По найденному уровню падающей волны А из (16) определяют коэффициентoi

.(

oL

А (1 Ч: /5у r,(oi)

позволяющий затем в процессе измерений коэффициента отражения нелинейного СВЧ-двухполюсника 6 -контролировать амплитуду падающей волны Q(t) по соотношению (16).

По коэффициенту oi вычисляют

|b / y/oij/ o6, (24)

необходимый для контроля в процессе измерений уровня побочных колебаний по соотношению (17).

Фор м-у л а из об р е т е н и я

Устройство для измерения комплексных коэффициентов отражения СВЧ-двухg полюсников, содержащее генератор, первый направленный ответвитель, выход которого является выходом для подключения исследуемого СВЧ-двухполюсника, делитель мощности, к первому выходу

10 которого подсоединены последовательно соединенные первый двойной мост и первый измеритель мощности, а к второму - второй двойной мост и второй измеритель мощности, третий и четвертый

15 измерители мощности, причем выход отраженной волны вторичного тракта первого направленного ответвителя соединен с вторым входом первого двойного моста, отличающееся

20 тем, что, с целью обеспечения измерения комплексных коэффициентов отражения неустойчивых активных и нелинейных СВЧ-двухполюсников, введены последовательно соединенные второй

25 направленньй ответвитель, вход которого соединен с выходом СВЧ-генера- тора, вентиль и первый управляемый аттенюатор, выход которого соединен с входом первого направленного от30 ветвителя, второй управляемый аттенюатор, включенный между выходом падающей волны второго направленного ответвителя и входом делителя мощности, линейный пассивный четырех-jg полюсник, включенный между вторым выходом первого двойного моста и третьим измерителем мощности, причем выход падающей волны вторичного тракта первого направленного ответвителя

40 соединен с вторым входом второго

двойного моста, второй выход которого соединен с четвертым измерителем мощности.