Способ измерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников Советский патент 1990 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линейных и нелинейных СВЧ-двухполюсников.

Цель изобретения - повышение точности и обеспечение возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсНИКОВо

На чертеже изображена злектричес-. , кая функциональная схема устройства для осуществления способа измерения ко {плексного коэффициента отражения СВЧ-двьгхполюс1 иков..,Устройство содержит СВЧ-генератор 1, управляемый аттенюатор 2, рефлектометр 3, СВЧ-двухполюсник 4, первый фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), пер- Bbzi вентиль 6, первый отключатель

31

7, второй BBHTtmb 8, пассивный четырехполюсник 9, синфазный мост 10, второй фильтр 11 нижних частот (ФНЧ) третий вентиль 12, второй отключа- тель 13, четвертый-вентиль 14, первый 15 и второй 16 ваттметрыо

Способ осуществляют следующим образ ом «

Формируют две линейные комбинации падающей (а) и отраженной (Ь) волн, существующих в отсчетной плоскости исследуемого СВЧ-двухполюсника

С oia + .,(1)

I) k + S b,(2)

где D/, В, j и S - комплексные коэффициенты, a фазы отсчитываются относительно Со

При этом, комплексньм коэффициент отражения равен

Г (р - K,)/(Kg . -

где J) D/C,, а К, / , К Ь Р , К, В/(Х - калибровочные константы., При прохождении волн С и D через линейные цепи, имеющие соответственно затухание q, и фазовые сдвиги .СР, и q , из волн С и D формируют дополнительно 1ропнЫо

С

JH

q Ce и г

D

34-2

/

D нормироЕсли волны С,. С , D ваны, то их мощности, а также мощности сумм этих волн:

Р, С2/2, q,C2/2,

PZ qiDV2,

(4

Р,, D2/2,

Pj С2/2 }- D2/2 + CD cosCfJ,

q2C2/2 + q|D2/2 + f q,qiCD cosCtp + Al-f),

где Ф - фаза волны D по отношению к

волне Со Из (4) следует, что

Рг (

РЗ PI - Р

(5)

здесь ЛЧ) , откуда при uLf fO

sinq) (cosq; создф- COS(Q; +

+ i&q)))/sin , что позволяет определить/величину

55

(|) - фазовьй сдвиг сигнала y,(t) по отношению к сигналу X (t) ; (О - круговая частота с, Если отключатель 7 находится в состоянии Выключено-, а отключатель

7) р /р (cos ly + j sin), (7) 13 - Включено, то сигналы, посту4

5

0

5

0

35

40

связанную с искомым комплексным коэффициентом отражения вьражением (3).

Для определения К,, K j для каждой фиксированной частоты проводят стандартную калибровку по трем образцовьм нагрузкам с известными

ККО Г , Г к Гдо

Устройство работает следующим образом

Сигнал СВЧ-генератора 1 через управляемьм аттенюатор 2 и рефлектометр 3 поступает на вход исследуе- мого СВЧ-двухполюсника 4„ Сигнал с выхода падающей рефлектометра 3 через первый фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), первый вентиль 6, первый отключат ель 7, второй вентиль 8 и пассивный четьфехполюсник 9 поступает на -первьй вход синфазного моста Юо Сигнал с выхода отраженной рефлектометра 3 через последовательно соединенные второй ФНЧ 11, третий вентиль 12, второй отключатель 13 и четвертый вентиль 14 поступает на второй вход синфазного моста 10 Сигналы с первого и второго выходов синфазного моста 10-поступают на ваттметры 15 и 16,, Так как тометр 3 и СВЧ-тракты неидеальны, то сигналы .на выходах падающей и отраженной рефлектометра 3 согласно уравнениям (1) и (2) пропорциональны линейным комбинациям падающей (а)- и отраженной (о) волн.

Сигналы, поступающие на ваттметры 15 и l6jB случае, если,отключатель 7 находится в состоянии Вклю- , а отключатель 13 - Выкпюче- соответственно равны

чено но,

X .(t) С cos cot.

(8)

у (t) q,C cos (cot 4 Ц),), (9)

где С и q.C - нормированные амплитуды сигналов,

q- коэффициент, учитьшаю ишй несимметрию амп- ;

литудно-частотнои характеристики (АЧХ) синфазного моста 10 .для сигналов x(t) и

y,(t)i

(|) - фазовьй сдвиг сигнала y,(t) по отношению к сигналу X (t) ; (О - круговая частота с, Если отключатель 7 находится в состоянии Выключено-, а отключатель

пающие на ваттметры 15 и 16, ственно равны

X (t) D cos((ot +g );

y,(t)

qjD cos( (J t + ),),

где D и л D - нормированные амплитуды сигналов;

q - коэффициент, учитывающий неидеальность АЧХ синфазного моста 10 для сигналов x2(t) и

Уг().

(J - фаза колебания сигнала X2(t) по отношению к сигналу X ((t) , (D - фазовьй сдвиг сигнала y2(t) по отношению к сигналу X j,(t) о

Если отключатели 7 и 13 находятся в состоянии Включено, то сигналы, поступающие на ваттметры 15 и 16 соответственно равны

X (t) C.cosQt +

+ D cos (cot + (),:

(12)

y,(t)

q,C cos(GOt +tf,) + , . + cosCoOt +С| +ф2.

Показания; ваттметров 15 и 16 пропорциональны квадратам а Литуд колебаний, определяемых уравнениями (8) и (13)и соответственно, равны: для ваттметра 15 - мощностям Р, ,

.Pg, и

3

Z. i I

ДЛЯ ваттметра 16 - мощностям Р, ,

р;и

3«

По этим показаниям находят величины cosW и cos((j)+ йЦ)) по форму- лам (5), а затем sin (| по формуле (6) Величину р определяют по формуле (7), а искомый ККО Г - по формуле (3) ,

Перед калибровкой устройства .вмес то исследуемого СВЧ-двухполюсника подключают короткозамыкатель с подвижным короткозамыкателем и приближенно известным значением Г, Перемещая короткозамыкатель, добиваются, . ,чтобы о L j 0,5, после чего вычисляют величины

( 4-arccos(cosC )j (( utf) 1 A ,

где A arccos cos(C + utp)J

При малом углы имеют одинаковый знак, т

.е.

АЦ (А -t),

взяты положительные

(16)

5

0

5

0

5

0

где для А и W значения„

Выполнив калибровку по трем образцовым мерам, вычисляют, два набора ка- либроьочных констант К,, К з один - при fitf О, другой - при 4(0 - О, так как знак йС|)неизвестен.,

Используя соотношение (3) по приближению известному Г подвижно го ко- роткозамыкателя, выбирают одну из двух групп калибровочных констант, Тое определяют знак и Ц)и вычисляют точное значение ККО подвижного ко- роткозамыкателя

Если величина иtPявляется известной, то необходимость подключения короткозамыкателя с подвижной границей отпадает

При измерении ККО нелинейных СВЧ-объектов требуется знать уровень падающей волны (а), С этой целью определяют четвертую калибровочную константу К при подключении вместо исследуемого СВЧ-двухполюс- ника образцового ваттметра о Показание образцового ваттметра (Рд) связано с уровнем нормированной падающей волны соотношением

jaj 2Р„/(1 - |ГИ)(17)

где ККО образцового ваттметра определяют как ККО неизвестной- нагрузки на основе (4) измерения мощностей по формуле (3),

Из (4) следует, что

С

а из (1) йаходят модуль С, равный

С UI | %1 И К, rj откуда

а ,/К(1 + К.,Г )

(18)

45 50

где Г - ККО исследуемого объекта,

а К Ы1.

Подставив в (18) вместо |а| величину (17), а вместо Г найденный ККО Гg, определяют константу К4, которая позволяет по формуле (18) контролировать уровень падающей мощности в процессе измерений.

55 Фор мула изобретения

Способ измерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсНИКОВj заключающейся в измерешги мощностей линейных комбинаций падающей к отраженной волн, о т л и ч а,ю щи и с я тем, что., с целью повьшю- ПИЯ то пшстн я обеспечения возможности измерения комплексных коэффициентов- отражения нелинейнык СВЧ-двух- папюсников, отфильтровывают низкочастотные составляющие первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн, измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн Р и Р ,j измеряют мощность суммы первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн Р,, сдвигают по фазе первую и вторую линейные 1:юмбинащ1И падающей и отлаженной j БС;ЛН на углы Ср, иср., вновь измеря-

ют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн р и Р, вновь измеряют мощност суммы первой и второй комбинаций падающей и отраженной волн Рд, а комплексный коэффициент отражения вычисляют по формуле

Г (р - К,.)/(К2 где р Д| (созЦ) + j

Р,

cosl (РЗ - Рг - Р, )/2л), 31пф созц; ) - со8(Ц + iCp)J /

/81п&Ц); ьч -M. 0;,

cos(ct) + дч) (РЯ Р - р,)/

К, к2, к,, - константы, определяемые при калибровке по трем образцовым нагрузкам

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности и обеспечение возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсников. Способ измерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников заключается в измерении мощностей линейных комбинаций падающей и отраженной волн. Поставленная цель достигается тем, что отфильтровывают низкочастотные составляющие первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн, измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P₁ и P₂, измеряют мощность суммы первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P₃, сдвигают по фазе первую и вторую линейные комбинации падающей и отраженной волн на углы φ₁ и φ₂, вновь измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P₁ и P₂, вновь измеряют мощность суммы первой и второй комбинаций падающей и отраженной волн P₃, а комплексный коэффициент отражения вычисляют по формуле, в которую входят измеренные мощности, а также константы, определяемые при калибровке по трем образцовым нагрузкам. 1 ил.