Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения двухполюсника СВЧ Советский патент 1991 года по МПК G01R27/06 

to.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может использоваться для измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линейных и нелинейных СВЧ-объектов.

Целью изобретения является упрощение реализации.

На чертеже представлена структур- нал электрическая схема устройства для измерения ККО двухполюсника СЗЧ.

Устройство содержит генератор 1 СВЧ с регулируемым уровнем выходного сигнала, первый 2 и второй 3 нап- равленные ответвители (НО), вентиль 4, исследуемый двухполюсник 5 СЗЧ, первый 6, второй 7 и третий 8 согласованные отключатели, первый 9 и второй 10 синфазные сумматоры,квад- ратурный делитель 11, согласованную нагрузку 12 и индикатор 13.

Устройство работает следующим образом.

Гармоническое колебание генера- тора 1 через первый НО 2, вентиль 4, второй НО 3 поступает на вход исследуемого двухполюсника 5 СВЧ. Колебание , пропорционапьное амплитуде падающей волны, с ответвляющего выхода первого НО 2 через первый согласованный отключатель 6 поступает на второ вход первого синфазного сумматора 9. Колебание, пропорциональное амплитуде отраженной волны, поступающее с ответвляющего выхода второго НО 3,делится примерно в равной пропорции квадратурным делителем I1. Колебания с выходов последнего через второй согласованный откпючатель 7, второй синфазный сумматор 10 и через третий согласованный отключатель 8, второй синфазный делитель 10 соответственно поступают на первый нход первого синфазного сумматора 9.

3 зависимости от состояния согласованных отключатилеч 6 - 8 на индикатор 13 подаются следующие нормированные колебания: согласованные отключатели 7 И 8 НЛ/.ОЧЯТОЯ В СОСТОЯНИИ

Отключен, coi л.тов-тшше отключатели 6 - в состоянии Включен, тогда,X(t) UcosO .,

где U, (0 - амп. Ш rvrt 1 и частота колебания соотпетс г ш-нио, согласованные отключатслп о и 3 находятся в состоянии Vi ь ПОМРИ, i-пгчасованный

отключатель 7 - в состоянии Включен, тогда

C,cosdyt +Ц ) +

cos (iOt -f (ft ),

(2)

С, --амплитуда колебания первой

гармоники;

Ц - фаза колебания первой гармоники по отношению к X(t);

Г.

J1

ЦЬ - амплитуды и фазы высших гармоник;

N - число высших гармоник, согласованные отключатели 6 и 7 находятся в состоянии Отключен, согласованный отключатель 8 - в состоянии Включен, тогда

Y2(t) qC,cos(Qt +(|7 +()

N + C2;cos(i(0t ty;),

1

где qC - амплитуда первой гармоники; q - коэффициент, учитывающий неравномерность деления амплитуды входного сигнала квадратурным делителем 11;

Ц) - фазовый сдвиг, вносимый

квадратурным делителем 11 на первой гармонике; Со| - амплитуды высших гармоник; ц); - фазовые сдвиги, вносимые квадратурным делителем 11 на высших гармониках,

согласованные отключатели 6 и 7 находятся в состоянии Включен, согласованный отключатель 8 - в состоянии Отключен, тогда

Z,(t) X(t) + Y4(t), (4)

согласованные отключатели 6 и 8 находятся в состоянии Включен,согласованный отключатель 7 - в состоянии Отключен, тогда

Zt(t) X(t) + Yu(t). (5) При подаче на вход индикатора, представляющего собой ваттметр, сигналов (1) - (5) его показания соответственно равны

(6) (7) (3)

162

Р4 Ua/2 + cf/2 +

+ иС,созЦ + Pr, ,(9)

Р5 UZ/2 + +

+ qUC,cos((f+ Ц/) + Ргг ,(10)

где Рг( Р г2. суммарные мощности высших гармоник.

Из соотношений С9) и (10) с учетом (6) - (3) выразим следующие величины:

(| (P4-P2 P, ), (11)

C,sinq (Р + Р, - Р +

+ qC(cos07cos(j))/ J2p7qsin(f;. (12)

Так как СВЧ-тракт не является ид альным, то первая гармоника колебания YjCt) пропорциональна линейной комбинации первых гармоник падающей а . и отраженной Ь4 волн

С, -j-a, + pb ,.(13)

Колебание, поступающее с ответвляющего выхода первого НО 2,пропорционально амплитуде падающей волны

U -cU,.(14)

Поделим (13) на (14) и из полученного отношения выразим искомый ККО (Г Ц/а, ) исследуемого двухполюсника 5

Г К,С,/U - Ке,

(15)

где К, tf /f3, K2 tf//3- калибровочные константы; отношение C/U вычисляется по формуле

C/U.- С(созО) + JC sin(/ /42p7,

4(16)

где j -1.

Для определения калибровочных констант К( и К- производится калибровка. С этой целью вместо исследуемого двухполюсника поочередно подключаются две образцовые линейные нагрузки с известными ККО Г( и Г , измеряются мощности Р( -Р5 и вычисляются отношения (C/U). и (/V) B с° ответствии с (16).

Для одной из нагрузок, например для первой, вычисляют из (7) и (8) с учетом того, что Рг Рг% 0,величину q, которая равна q л|Р$/Р2 .

(17)

1626194

Кроме того, производят допспнитель- ное измерение при включенных гигля- сованных откпючателя:: 1 и 8 и отключенном согласованном отключатсяе 6. Показание индикатора 21 в этом случае равно

Р6 - + q2cf/2 + qcfcostf ,084 о;кудч точное значение ф

V ± arccos Г(Р6 - Pz - Р, )/2-|ivPs j

О9)

где знак выбирается по поиближенню известной величины ($ .

Записав для каждой образцовой нагрузки соотношение (15), получим линейную систему уравнений с дгумя неизвестными К и .. .Разрешив эту систему относительно К и К , получим

К.

Г, - г,

(й/иГ )

К2 К, (C/U) 2 - Г2 ,

(20) (21)

где отношения (C/U) вычисляются по формуле (16) для каждой образцовой нагрузки.

При проведении измерений величины q, у и К1 , KЈ считаются известными.

При измерении ККО нелинейных СВЧ- объектов требуется знать уровень падающей волны а,/ . С этой опге- деляется третья калибровочная коНстан- та К при подключении вместо исследуемого двухполюсника 5 образцового ваттметра. Показание образцового ваттметра 0 связано с уровнем падающей волны /а0| соотношением

/S/ л|2Р07(Нг7Р),(22)

где ККО образцового ваттметра Гд оп- ределкется по формуле (15).

Выразим из (14) величину /г,/ с учетом (6)

/&,/.- () где .

Подставляя в (23) вместо а величину /ав/, определим К, позволяющую по показанию Р, ваттметра контролировать уровень падающей волны.

Неидеальность СВЧ-узлов, входящих в состав устройства для измерения ККО двухполюсника СВЧ, интегрально учитывается в процедуре калибровки, обеспечивающей повышенную точность измерений без использования прецизнойных и дорогостоящих СВЧ-элемен- тов,

Формула изобретения

Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения двухполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ с регулируемым уровнем выходного сигнала, первый направленный ответви- тель, к выходу ориентированного на падающую волну вторичного канала которого подсоединен первый согласованный отключатель, и вентиль,второй направленный ответвитель, выход первичного канала которого служит для подсоединения исследуемого двухполюсника СВЧ, а к ориентированному на отраженную волну выходу вторичного канала подключен делитель, первый сумматор, выход которого соединен с

5

0

первым входом второго сумматора, а выход последнего - с входом индикатора, и второй согласованный отключатель, о тлич ающе е с я тем, что, с целью упрощения реализации, выход первого согласованного отклю- чателя соединен с вторым входом второго сумматора, вход второго направленного ответвителя соединен с выходом вентиля, а к ориентированному на падающую волну выходу его вторичного канала подсоединена введенная согласованная нагрузка, первый выход делителя соединен с первым входом первого сумматора через второй согласованный отключатель, а второй выход делителя соединен с вторым входом первого сумматора через введенный третий согласованный отключатель,причем делитель выполнен квадратурным, а сумматоры - синфазными.

Изобретение относится к радиоизмерениям на СВЧ. Цель изобретения упрощение реализации. Устройство содержит генератор 1 СВЧ, направленные ответвители 2 и 3, вентиль 4,исследуемый двухполюсник 5 СВЧ,согла- сов иные отключатели 6-8, силфаз- ные сумматоры 9 и 10,квадратурный .тель 1 1 , сопасозанную нагрузку 12 и индикатор 13. Измерение и калибровку проводят при различных сочетаниях режимов Включено - Выключено согласованных отключателей 6 - 8, снимая при этом показания индикатора 13 и рассчитывая по ним искомый комплексный коэффициент отражения. Поскольку неидеальность входящих в состав устройства СВЧ-узлов интегрально учитывается в процессе калибровки, достигается высокая точность измерений без использования прецизионных и дорогостоящих СВЧ-эле- ментов. 1 ил. с Ј (I С о: tc ев 5 4