Измеритель коэффициента передачи невзаимного СВЧ-четырехполюсника Советский патент 1990 года по МПК G01R27/32 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при аттестации невзаимных СВЧ-четырехполюсников„

Целью изобретения является расширение диапазона измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя коэффициента передачи невзаимного СВЧ- четырехполюсника.

Измеритель коэффициента передачи невзаимного СВЧ-четырехполюсника.-,ср держит последовательно соединенные генератор 1,вентиль 2, последовательно соединенные первый двунаправленный ответвитель 3 и исследуемый тырехполюсник 4,, последовательно соединенные второй двунаправленный ответ витель 5, первьй детектор 6 и первый индикатор 7, подсоединенные к второму выходу первого ответвителя 3 последовательно соединенные первый фазовращатель 8 и первый аттенюатор 9, выход которого соединен с вторым выхо дом второго двунаправленного ответвителя 5, а также первый управляемый фазовращатель 10 с установленным на выходе первым короткозамыкателем 11, второй детектор 12, соединенный с вторым индикатором 13, и генератор 14 Низкой частоты, соединенный с управляющим входом первого управляе- фазовращателя 10, первьй направ- ленный ответвитель 15, к первому вы- (ходу которого подключены последовательно соединенные второй фазовращатель 16, второй аттенюатор 17 и цир- кулятор 18, подключенные к второму плечу циркулятора 18 последователь- но соединенные второй управляемый фазовращатель 19 с установленным на выходе вторым короткозамыкателем 20, подключенный к третьему плечу циркулятора 18 третий двунаправленный ответвитель 21, подсоединенный между выходом исследуемого четырехполюсника 4 и входом второго двунаправленного ответвителя 5 второй направленный ответвитель 22, согласованную нагрузку 23, присоединенную к первому выходу третьего двунаправленного ответвителя 21, согласованную нагрузку 24, присоединенную к третьему вы- ходу второго двунаправленного ответ- вителя 5.

В качестве индикаторов 7 и 13 могут быть использованы осциллогра&ические индикаторы или вольтметры пиковых значений, а в качестве второго направленного ответвителя 22 - трех- децибельный направленный ответвитель.

Измеритель коэффициента передачи невзаимного СВЧ-четырехполюсника работает следующим образом.

СВЧ-излучение от генератора 1 через вентиль 2 попадает в первьй направленный ответвитель 15, откуда частично проходит во второй опорный канал, образованный вторым фазовращателем 16, вторым аттенюатором 17 и циркулятором 18 с присоединенными к его плечу вторым управляемым фазовращателем 19 и вторым короткозамыкателем 20, а частично попадает чере первьй двунаправленный ответвитель

3в исследуемый СВЧ-четырехполюсник

4и первьй опорньй канал, образованный первым фазовращателем 8 и первым аттенюатором 9. Сигнал, прошедший через исследуемый СВЧ-четырехполюсник 4, во втором направленном ответ- вителе 22 делится пополам: одна част сигнала проходит во второй двунаправленный ответвитель 5, где складывается с сигналом первого опорного канала, а другая часть через первьй управляемый фазовращатель 10 отражается от первого короткозамыкателя 11 и проходит через исследуемый четырехполюсник 4 в обратном направлении,

а далее через первьй двунаправленный ответвитель 3 проходит в третий двунаправленный ответвитель 21, где складывается с сигналом второго опорного канала.

Перед началом измерений прово- - дится балансировка измерителя. Для этого вместо исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в тракт включается отрезок регулярного волновода известной геометрической длины. С помощью первого Фазовращателя 8 и первого аттенюатора 9 добиваются минимального сигнала по первому индикатору 7, а с помощью второго фазовращателя 16 и второго аттенюатора 17 - минимального сигнала по второму индикатору 13. После этого включают в трак исследуемый СВЧ-четырехполюсник 4 и снова добиваются минимальных показаний первого и второго индикаторов. Изменение коэффициентов передачи первого фазовращателя 8 и первого

10

51539685

аттенюатора 9 относительно их значе- ий при балансировке соответствует 1 модулю и фазе коэффициента передачи ; (без учета электрической длины отрезка регулярного -волновода) исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в прямом Направлении. Изменение коэффициентов передачи второго фазовращателя 16 и (Второго аттенюатора 17 относительно ;их значений при балансировке соответствуют произведению комплексных коэффициентов передачи исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в прямом и обратном направлении, а модуль и фа- 15 за коэффициента передачи СВЧ-четырехполюсника в обратном направлении определяются с учетом измеренных модуля и фазы коэффициента передачи в прямом направлении.

Сигнал, подаваемый на первый детектор 6, определяется из соотноше&ErS3td,Јaid(l-l%,) + +d1CaiSaixMi Mff Пч+Мпр (lА .1 1 f.

1 X2a s кя где Ег - комплексная амплитуда сиг. нала генератора; S,Ste и d1 d1e 4 c 1- коэффициент

ника 4 в прямом направлении (от генератора 1). Сигнал, подаваемый на второй детектор 12, имеет вид

20

25

Ј Э4 Еr ( S/X1 d ,St ) х

О- ГкзО+Зз праКи ЛШ ),(2)

где и d«.d-e dt- коэффициен передачи и переходное ослабление третьего двунаправ у ленного ответвителя 21; п коэффициент отражения вхо

.,. да СВЧ-четырехполюсника 4; с - коэффициент передачи меж- . ду плечами циркулятора 18; - коэффициент передачи последовательно соединенных второго фазовращателя 16 и . второго аттенюатора 17; обр о5ре ° коэффициент передачи

исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в обратном направ лении (от короткозамыкателя 11 к генератору 1).

С « Ue

Во время балансировки вместо исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в передачи и переходное ослаб- 30 ТраКТ включается отрезок регулярно- ление первого двунаправлент ГО волНОВ°Да- Предполагая отсутствие в нем потерь, в выражения (1) и (2) подставляют

ного ответвителя 3;

и d2 d2elVJ - коэффициентпередачи и переходное ослабление второго двунаправленного ответвителя 5;

( коэффициент передачи и переходное ослабление первого направленного

35

2ffe ТГ J

и г„ г,

XI

О,

V P 1-exp

2 где - - электрическая длина отрезка

8 регулярного волновода, а сигналы на детекторах имеют вид

ответвителя 15; Sj-Sj.e 4 и dff d5er t «teсь«,е

коэффициент

передачи и переходное ослабление второго направленного . ответвителя 22; - коэффициент передачи последовательно соединенных

iy

первого фазовращателя 8 и первого аттенюатора 9; Гг- коэффициент отражения выхода СВЧ-четырехполюсни. ка 4; / ГК11е ° - коэффициент отражения г

первого короткозамыкателя 11 с учетом вносимого фазового сдвига первого электрически управляемого фаэовра- , щателя Ю;

Ј„„6 - коэффициент передачи исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в прямом направлении (от генератора 1). Сигнал, подаваемый на второй детектор 12, имеет вид

5

5

Ј Э4 Еr ( S/X1 d ,St ) х

О- ГкзО+Зз праКи ЛШ ),(2)

где и d«.d-e dt- коэффициент передачи и переходное ослабление третьего двунаправ- у ленного ответвителя 21; п коэффициент отражения вхо.,. да СВЧ-четырехполюсника 4; с - коэффициент передачи меж- . ду плечами циркулятора 18; - коэффициент передачи последовательно соединенных второго фазовращателя 16 и . второго аттенюатора 17; обр о5ре ° коэффициент передачи

исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в обратном направлении (от короткозамыкателя 11 к генератору 1).

С « Ue

5

2ffe ТГ J

и г„ г,

XI

О,

V P 1-exp

2 где - - электрическая длина отрезка

8 регулярного волновода, а сигналы на детекторах имеют вид

Е;. ErSjd,Ca1dJexp i(vol1+ , + vrf,)J +

.к

+S1S2SJexpCi(v1+V, + Vj+ -Je-)3}r (3)

Eji- Ёг ЕКЗ&З C«s|d4expCi(4,3+4W+2wc+ )3+S1S3d|d1S4expCi(V3 + Vt+2vrf

+ ,+ v4 2JS)jj

(4)

с учетомГк ГКз гкэ.

Очевидно, минимальный сигнал на первом индикаторе 7 имеет место при условии

« - Ґf ;

а-,0. 2 21Ге

t-Vt+v4+V5+ --

(5)

Условие балансировки по второму индикатору 13:

С SxS SUdjS .

Oil

±15 +1 -vd3-2i/,.- 5

о g-

-Vd+.(6)

Затем в тракт включается исследуемый СВЧ-четырехполюсник А. Сигнал на первом детекторе 6 в этом случае имеет вид

«ErSsfdi cM diexpti(d, + 4 d1+ )+S Сr,pSsSaexpCi(v, + + +ErVK31d2 Ma,) (7)

и представляет собой в общем виде румму двух сигналов, один из которых промодулирован по фазе генератором 14 низкой частоты. Амплитуда сигнала снимаемого с первогодетектора 6, будет меняться с частотой, кратной частоте генератора 14, до тех пор, пока присутствуют оба сигнала. С помощью первого фазовращателя 8 и первого аттенюатора 9 добиваются минимальной амплитуды огибающей ам- плитудно-модулированного сигнала на экране первого (осциллографического) индикатора 7. При этом устраняется влияние переотражений от выхода ис

следуемого СВЧ-четырехполюсника 4 на погрешность измерения коэффициента передачи в прямом направлении. Тогда модуль и фаза коэффициента передачи исследуемого СВЧ-четырехполюс ника в прямом направлении из (7) с учетом балансировки (5)определяются по изменению коэффициента передачи первого фазовращателя 8 и первого аттенюатора 9 относительно баланси- ровки по первому индикатору 7;

fk -«t

Lflp - l-c,,

где t - изменение коэффициента пере- 45 дачи (ослабления) аттенюатора 9;

„ , пр AS . Т

i

где Ч ф,- Ч ф,) изменение фазового сдвига, вносимого первым фазовращателем 8, При включенном в тракт исследуе- мом СВЧ-четырехполюснике 4 сигнал на втором детекторе 12 имеет вид

(LK$ldJC;7Sed4expCi(Vol3 + +Vdt )+S,S3Onpda5 pd,S4exp i(v, +V3+

5

V dl гМ/Ч i S4

(8)

и представляет собой амплитудно-мо- дулированный сигнал. С помощью второго фазовращателя 16 и второго аттенюатора 17 добиваются минимальной амплитуды огибающей амплитудно-модулированного сигнала на втором индикаторе 13, что соответствует наличию на втором детекторе 12 только сигнала, отраженного от входа СВЧ-четырех- полюсника 4.

Разница комплексных коэффициентов передачи второго фазовращателя 16 и второго аттенюатора 17 во втором опорном канале в этом случае и в случае балансировки без исследуемого СВЧ-четырехполюсника соответствует произведению комплексных коэффициентов передачи невзаимного СВЧ-четырехполюсника 4 в прямом и обратном направлениях: . Тогда модуль и фаза коэффициента передачи исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в обратном направлении

С

JlSL« . т s

rip

4ffe „

4.. -r- +

Ф2 np

Предложенный измеритель позволяет определять комплексные коэффициенты передачи невзаимных СВЧ-четырехполюс- ников независимо от их уровня развязки. Если провести калибровку первого и второго детекторов по уровню падающей мощности, то можно измерять дополнительно модули коэффициентов отражения от входа и выхода невзаимного СВЧ-четырехполюсника.

Формула изобретения

Измеритель коэффициента передачи невзаимного СВЧ-четырехполюсника, содержащий генератор, последовательно соединенные первьй двунаправленньй ответвитель и исследуемый СВЧ-четырехполюсник, последовательно соединенные второй двунаправленньй ответвитель, первьй детектор и первый индикатор, последовательно соединенные первьй фазовращатель и первый аттенюатор, включенные между вторыми выходами первого и второго двунаправленных ответвителей, последовательно

соединенные первый управляемый фазовращатель и первый короткозамыкатель последовательно соединенные второй детектор и второй индикатор, а так- же генератор низкой частоты, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого фазовращателя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, введены последовательно соединенные первьй направленный от- ветвитель, второй фазовращатель, второй аттенюатор, циркулятор, второй управляемый фазовращатель и второй короткозамыкатель, последовательно соединенные третий двунаправленный ответвитель, вход которого соединен с третьим плечом циркулятора, и первая согласованная нагрузка, а также вторая согласованная нагрузр

подключенная к третьему выходу второго двунаправленного ответвителя и второй направленный ответвитель, вход которого подключен к выходу исследуемого СВЧ-четырехполюсника, первый выход соединен с входом второго двунаправленного ответвителя, а второй выход - с входом первого

управляемого фазовращателя, при этом вход первого направленного ответвителя подключен к выходу генератора, а второй выход соединен с входом первого двунаправленного ответвителя,

третий выход которого соединен с вторым выходом третьего двунаправленного ответвителя, третий выход которого соединен с входом второго детектора, а управляющий вход второго управляемого фазовращателя подключен к

выходу генератора низкой частоты.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при аттестации невзаимных СВЧ-четырехполюсников. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Для достижения цели в измеритель введены два направленных ответвителя 15, 22, фазовращатель 16, аттенюатор 17, циркулятор 18, управляемый фазовращатель 19, короткозамыкатель 20, двунаправленный ответвитель 21 и две согласованные нагрузки 23, 24. Перед началом измерений проводится балансировка измерителя. Изменение коэффициентов передачи фазовращателя 8 и аттенюатора 9 относительно их значений при балансировке соответствует модулю и фазе коэф. передачи исследуемого СВЧ-четырехполюсника 4 в прямом направлении. Изменение коэффициентов передачи фазовращателя 16 и аттенюатора 17 относительно их значений при балансировке соответствует произведению комплексных коэффициентов передачи четырехполюсника 4 в прямом и обратном направлениях. Измеритель позволяет определять комплексные коэффициенты передачи независимо от их уровня развязки. Если провести калибровку детекторов по уровню падающей мощности, то можно измерять дополнительно модули коэф. отражения от входа и выхода четырехполюсника. 1 ил.