1
(21)4603ЛОО/09
(22)09.11.83
(46) 07.02.91. Бюл. № 5
(71)Горьковский политехнический институт
(72)А.Н.Зайцев и С.В.Логанов
(53)621.317.041 (088.8)
(56)Приборы и техника эксперимента. 1938, V 5, с. 89-91.
Техника средств связи. Сер.Радиоизмерительная техника, 1988, вып.4, с. 82-94.
(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКА СВЧ
(57)Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - упрощение реализации. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленные ответвители 2 и 3, вентиль 4,исследуемый двухполюсник 5 СВЧ, согласованные отключатели 6-8, синфазные
сумматоры 9 и 10, квадратурный делитель 11, согласованную нагрузку 12 я индикатор 13. Перед началом измерении проводят калибровку путем подключения вместо исследуемого двухполюсника 5 двух образцовых нагрузок.Измерение проводят при различных соотношениях режимов согласованных отключи: елей 6-8 Включено, Выключено и измерении при этом амплитуды постоянней составляющей выходного напряжения квадратичного детектора 14 с помощью вольтметра 15, входящего в состав индикатора 13. После этого путем вычислений определяют искомый комплексный коэффициент отражения двухполюсника 5. Неидеальность СВЧ- уэлов, входящих в состав устройства, интегрально учитывается в процедуре калибровки, за счет чего обеспечивается высокая точность измерений без использования прецизионных дорогостоящих СВЧ-узлов. 1 з.п. ф-лы,1 ил.
а 8
(/
С
сг tc
о:
со со
Изобретение относится к радиотехнике СЗЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линейных и нелинейных двухполюсников СВЧ.
Целью изобретения является упрощение реализации.
На чертеже представлена структур- ная электрическая схема устройства для измерения ККО двухполюсника СВЧ.
Устройство содержит генератор 1 СВЧ с регулируемым уровнем выходного сигнала, первый и второй направ- ленные ответвители (НО) 2 и 3,вентил 4, исследуемый двухполюсник 5 СВЧ, первый 6, второй 7 и третий 8 согласованные отключатели, первый 9 и второй 10 синфазные сумматоры, квадра- турный делитель 11, согласованную : нагрузку 12 и индикатор 13, состоящий из квадратичного детектора 14 и вольтметра 15.
Устройство работает следующим образом.
Гармоническое колебание генератор 1 через первый НО 2, вентиль 4,второй НО 3 поступает на вход исследуемого двухполюсника. Котебание,пропор циональное амплитуде падающей волны, с ответвляющего выхода первого НО 2 поступает на вход квадратурного делителя 11, выходные колебания которого через согласованные отключат ели 7 и 8 и первый синфазный сумматор 9 поступают на первый вход второго синфазного сумматора 10.
Колебание,пропорциональное амплитуде отраженной волны, с ответвляю- щего выхода второго НО 3 через согласованный отключагель 6 поступает на второй вход второго синфазного сумматора 10, выходное колебание которого поступает на вход квадратичного детектора 14. Выходное постоянное напряжение квадратичного детектора 14 измеряется вольтметром 15.
На вход квадратичного детектора 14 поступают слепую ние колебания в
зависимости от положении согласованных отключателей 6-7 (примем,что положение О cnoi nei пвует состоянию Выключено, по гд-ченню 1 - противоположное С ОГ ГО Ч 1).
нахоСогласованный оп п чатель дится в положении 1,согласованные отключатели п и 7 - и положении 0 тогда
X4(t) C cosWt,
(О
где С, Q - амплитуда и частота соответственно .
Согласованный отключатель 7 - находится в положении 1, согласованные отключатели 6 и 3 - в положении О, тогда
Xg(O (COt + Ц/),
(2)
где q - амплитудный множитель,
учитывающий неравномерность деления амплитуд сигналов квадратурного делителя 11; ty - фазовый сдвиг, вносимый им по отношению к сигналу Х4(С).
Согласованные отключатели 7 и 8 находятся в положении 1, согласованный отключатель 6 - в положении О, тогда
z(t) x,(t) + x2(t).(з)
Согласованный отключатель 6 находится в положении 1, согласованные отключатели 7 и 3 - в положении О, тогда
Dcos(COt + Cf) +
Djcos(i(0f + If;),
(4)
где D, (J) - амплитуда и фаза первой гармоники соответственно;
D ,, Cfi - амплитуды и фазы высших гармоник, порожденных исследуемым двухполюсником, соответственно; N - количество высших гармоник.
Согласованные отключатели 8 и 6 находятся в положении 1, согласованный отключатель 7 - в положении О, тогда
Z,(t) X((t) + Y(t). (5)
Согласованные отключатели 6 и 7 находятся в положении 1, согласованный отключатель 8 - в положении О,тогда
Z,(t) Xe(t) + Y(t).
(6)
Вольтметр 15 измеряет амплитуду постоянной составляющей выходного напряжения квадратичного детектора 14 при подаче на его вход сигналов (1) - (6). Эти напряжения соответственно равны
и,
-fl.
и
и
/и ч
V,
3 fUC + 2Ц/яС2со8,
U« P
+ U
u5 fU(c + 2CDcos(|)
2
D2 +
Mg.
U,
2„1 .
+
(12)
6 D +
+ 2qCDcos (q - V )
М
где U EljU (1Ш)0; - вклад в пос-
тоянную составляющую выходного напряжения квадратичного детектора ) |Ц (М (СО) -коэффициент передачи на
основной частоте; |U(iu3) - коэффициент передачи на
i-й гармонике.
Из соотношений (7), (10) и (11) выразим величину h, 4juDcosC|, а из (8), (10) и (12) - величину
U4)/2-Jif7,
(3)
U4 - ,со8ф)/
(14)
Амплитуда колебания X(t) пропорциональна амплитуде падающей волны
. С La,(15)
а амплитуда гармоники Y(t) из-за рассогласования СВЧ-тракта является линейной комбинацией падающей (а) и первой гармоники отраженной (Ь) волн
D
(16)
Ua +PbПоделив (16) на (15), выразим искомый
КК°: . . .
Г К, D/C - К2,(17)
45
При измерении ККО нелинейных СВЧ объектов требуется знать уровень падающей волны /а/. С этой целью определяется третья калибровочная константа К j при подключении вместо исследуемого объекта образцового ваттметра. Показание образцового ваттметра PQ связано с уровнем нормированной падающей волны /а0/ соотношением.
/а0/ л|2Р0/(1 - /Г0|4),(22)
«
, , .где ККО образцового ваттметра Гй опгде К,, о/ /р, KЈ у //3 - калибро- 50 ределяется из соотношения (17) по
вычисленному значению D/C,
Из соотношения (16) с учетом (7) получаем
вочные частотно-зависимые
константы,
а отношение D/C вычисляется из (13), 04) и (7):
-JUfT/K,,
где
D/C (h, + jh4)/, j -J4.
Для определения калибровочных констант К и Кг производится калиб
16261936
ревю, С этой целью вместо исследуг - мсго двухполюсник.1. 5 поочередно п д- ключаются две образцовые нагрузьн с с известными ККО Г( и Г, для которых по выражению (18) рассчитываются отношения (D/C)( и (D/C).
При поочередном подключении образцовых .нагрузок соотношение (17) по- 10 рождает два линейных уравнения с двумя неизвестными К и К2:
15
К, (D/C), - Ка, К,(D/C) 2- К2,
откуда
К, Г( - Г2
(57с)Т(27с)Г
(19)
ходтича
а
11) у
3)
20
К,
(20)
25
30
riP/c)j I.MD/C). (u72T, - (S/СТг
гдд (D/C) i2 - для каждой образцовой нагрузки вычисляются по формуле (18) с учетом того,что величина ср находится из соотношения (9) по формуле
О/ iarccos (U3 - U - U2)/
8ф)/
(14)
,U2 ,(21)
где знак выбирается по приближенно
известному значению ( .
При измерении ККО нелинейных СВЧ объектов требуется знать уровень падающей волны /а/. С этой целью определяется третья калибровочная константа К j при подключении вместо исследуемого объекта образцового ваттметра. Показание образцового ваттметра PQ связано с уровнем нормированной падающей волны /а0/ соотношением.
(13),
(18) 55
-JUfT/K,,
(2з:
где
К,
/.
Подставляя в. (23) вместо /а/ величину ай|, определим величин5г Кд,позво ляющую по показанию 1 вольтметра 23 контролировать уровень падающей волны.
Калибровка проводится в каждой частотной точке заданного частотного диапазона.
После определения - калибровочных констант присоединяется исследуемый двухполюсник, измеряются напряжения (7) - (12), рассчитываются величины (13), (14), (18), откуда по формуле (17) вычисляется искомый ККО пр уровне падающей волны, определяемом по формуле (23).
Неидеальность СВЧ-узлов, входящих в состав устройства для измерения ККО двухполюсника СВЧ, интегрально учитывается в процедуре калибровки, обеспечивающей высокую точность измерений без использования прецизионных и дорогостоящих СВЧ-узлов.
Формула изобретения
5
Q
5
0
ванные отключатели, второй направленный ответвитель, к выходу лервичного канала которого подсоединяется исследуемый двухполюсник СВЧ, первый сумматор, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а выход последнего - с входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью упрощения реализации, выход вентиля соединен с входом второго направленного ответвителя, к ориентированному на падающую волну выходу вторичного канала которого подсоединена согласованная нагрузка, а ориентированный на отраженную волну выход вторичного канала соединен с вторым входом сумматора через первый согласованный отключатель, первый выход делителя соединен с первым входом первого сумматора через второй согласованный отключатель, а второй выход делчтеля соединен с вторым входом первого сумматора через введенный третий согласованный отключа- тель, при этом, делитель выполнен квадратурным, а сумматоры - синфазными.
