Способ определения комплексного коэффициента отражения и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/06 

- з - ь

Изобретение относится к радиоизмерениям на СВЧ, Цель изобретения - упрощение способа и устройства его осуществления. При определении комплексного коэффициента отражения (ККО) измеряют мощность падающей волны, мощность линейной комбинащл сдвинутой на определенный угол и уменьшенной по амплитуде падающей волны и первой гармоники отраженной вопьы. Измеряют мощность суммы падающей волны и линейной комбинации и проводят вычисление. Устройство для реализации способа содержит генератор 1 СВЧ, направленный ответвн- тель 2, фильтр 3 нижних частот,ИССЛУ- дуемый двухполюсник 4 СВЧ,квадратурный делитель 5, выравнивающий отрезок 6 линии передачи, синфазные сумматоры 8 и 9, согласованные отключа- тели 10 и 11 и индикатор 12. Измерения проводят при различных сочетаниях режимов Включено - Выключено согласованных отключателей 10 и II, при этом снимают показания индикатора 12, по которым вычисляют величину ККО. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. с (Л

ТЛ

ггп.

О

to

с&

Jo ел

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

Целью изобретения является упрощение реализации способа.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для определения ККО двухполюсника СВЧ, которое содержит генератор 1 СВЧ с регулируемым уровнем выходного сигнала, направленный ответвитель 2, фильтр 3 нижних частот, исследуемый двухполюсник 4 СЗЧ, делитель 5, выполненный квадратурным, выравнивающий отрезок 6 линии передачи,аттенюатор 7 с регулируемой величиной ослабления, первый 8 и второй 9 сумматоры, выполненные сингЬазными, первый 10 и второй 11 согласованные отключатели и индикатор 12, реализованный в виде ваттметра.

Способ определения ККО двухполюсника СЗЧ осушсс ПШЯРТСЯ следующим образом.

Из измерительного тракта, где в опорной плоскости исследуемого нелинейного двухполюсника 4 существуют полигармонические падающая a(t) и отраженная b(t) волны, фильтрует и ответвляют их первые гармоники

и

гм

tf а, 3 Ь, ,

+ К,,

(О

(2)

У а и ч IK, , U0( - комплексные амплитуды первых гармоник ответвленных колебаний ;

а , b | - комплексные амплитуды первых гармоник падающей и отраженной волн в опорной , л плоскости; , ft , Ц , О - комплексные частотно-зависимые коэффициенты,

причем

/У, т.е. колебания U( и U 0) приблизительно пропорциональны соответственно падаюшей и отраженной волнам. В идеальном случае

/JV о.

Сформируем колебание U как сумму колебания Up, и колебания U,

сдвинутого по фазе на угол ty , где

О ||

и /4 i /( 1-т- и измененного по

q раз:

№ + Чич,е .

(3)

причем

/U0/ q/Um/./sin(.(4)

При этом условии фазовый сдвиг между

имеет постоянколебаниями 0 и U п,

ный знак при любой фазе колебания

UQ) . В частности, для ( 0 этот Аазовый сдвиг (Р всегда положителен

при любой Фазе колебания Uo,,обусловленной фазой ККО исследуемого устройства.

Таким образом, с учетом заданного

диапазона измерений по модулю ККО /Г/, например Оёг/Г/61, при максимальной величине /Г/ и, следовательно, максимальной амплитуде Л 0|/ из условия (4) находится допустимая мини(мальная величина q. Целесообразно

выбрать величину q с некоторым запасом, однако чрезмерно большая величина q снижает точность измерений. Поделив (3) на (1), имегм

us/Unt (v a + fi b )/(лМ, +Bb, ),

(5)

где у У + C/qejH,

(. Из (5) выразим искомый ККО Г (

г ( р - к,)/(к2 - рк3), (6)

где (3 ъуип, ; К, f /t/;

К2 /(У; К3 р/0 - калибровочные константы. Измерим мощности волн и Uf,t , a также мощность их суммы:

р, u2n,/2, P2 , ()

Р3 uJ/2 + Ug/2 + Um 11,-c-ostp,

где волны UП1 и U- nojiai аются нормированными. Из (7) следует

cos(|) (Р, - Р2 - Р, ), Р2 , (8)

sin

cos2

где знак + перед квадратным корнем в Лормуле для синуса берется при , а знак - при(|) ; 0.

Из (7) и (8) получаем величину/5

j) -JF,/ (созЦ + jsinlf),

подстановка которой в (6) при известных калибровочных константах К, , К,

К

3

N Л2.1 позволяет получить искомый ККО Г

К)

по формуле

г Ј-1

К2 ( К 3

Для определения калибровочных констант в каждой частотной точке проводится стандартная калибровка по трем образцовым нагрузкам с известными ККО Г, , Г, Г-}. При поочередном подключении их к измерителю соотношение (6) порождает систему из трех линейных алгебраических уравнений с тремя неизвестными К , К, К, имеющую единственное решение. В идеальном случае при & 0 константа Kj 0 и для калибровки достаточно дву образцовых нагрузок.

Устройство для определения ККО двухполюсника СВЧ работает следующим образом.

Гармоническое колебание генератора 1 через направленный ответви- тель 2 и фильтр 3 поступает на вход исследуемого двухполюсника 4, в опорной плоскости которого возникают полигармонические падающая и отраженная волны, часть энергии которых i(энергии первых гармоник) ответвляется направленным ответвителем 2 с переходным ослаблением 3-30 дБ и конечной направленностью. Сигнал падающей волны, содержащий небольшую долю отраженной волны (-15... ... - 40 дБ), делится примерно пополам квадратурным делителем 5,сигналы на выходах которого сдвинуты по фазе на угол ( , приблизительно равный 90 и незначительно изменяющийся в диапазоне частот.

Электрическая длина каналов между выходами квадратурного делителя 5 приблизительно выравнивается при настройке с помощью выравнивающего отрезка 6 с регулируемой длиной. В силу этого фазовый сдвиг у между колебаниями, формирующимися на выходах квадратурного делителя 5, сохраняется и на входе индикатора 12.

Сигнал отраженной волны с ответвляющего выхода направленного ответ- вителя 2 поступает на первый вход первого синфазного сумматора 8t где суммируется с сигналом падающей вол

1

х

10

ны, сдвинутым на угол (J и измененным по амплитуде в q раз с помощью аттенюатора 7. Величина q, соответствующая условию (4), выбирается при настройке следующим образом.

Первым согласованным отключателем 10 отключается сигнал на первом входе второго синфазного сумматора 9. Вместо исследуемого двухполюсника 4 включается короткоэамыкатель с модулем ККО, примерно равным единице. Аттенюатор 7 включается на максимальное ослабление и индикатором 12 измеряется мощность Р колебания U0. .входящего в (4). Затем короткозамыкэ- тель заменяется согласованной нагрузкой с модулем ККО, меньшим 0,1.Ослабление аттенюатора 7 регулируют таким 20 образом,чтобы индикатор 12 регистриы

ровап мощность Р второго слагаемого в (3), соответствующего условию (4), т.е.

(Ю)

15

25

30

50

55

Prtsin2yЈp

При неточно известном или изменяющемся в диапазоне частот угле ( условие (10) обеспечивают с полутора- двухкратным запасом.

Сигнал К. с первого выхода квадраU, постутурного делителя 5 через выравнивающий отрезок 6 и первый согласованный отключатель 10 поступает на первый вход второго синфазного сумматора 9, где суммируется с сигналом

35 пающим с выхода первого синЛазного сумматора 8 через второй согласованный отключатель 11 на второй вход второго синфазного сумматора 9.

Показание Р. формулы (7) снимает-

40 ся индикатором 12 при включенном (на пропускание) первом согласованном отключателе 10 и выключенном втором согласованном отключателе 11, показание Р- - при выключенном первом сог45 ласованном отключателе 10 и включенном втором согласованном отключателе 11, показание Р} - при включенных согласованных отключателях 10 и II,

рассчитываПо показаниям Р, , 2 , I ется величина b по формуле (9) и искомый ККО по формуле (6),

Формула изобретения

собой сумму падающей РОЛНЫ, сдвинутой на угол

37

V. - V 4 уменьшенной по амплитуде, и первой

гармоники отраженной волны, и вычислении, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа,дополнительно измеряют мощность Р3 суммы падающей волны и линейной комбинации, а вычисление комплексного коэффициента отражения Г осуществляют по формуле

Г де К.,

Р - К

к,,

- DK

Kj - постоянные комплексные коэффициенты, определяемые при калибровке;

Q

5

0

5

0

ла и направленный отпет вит ель,делитель, первый и второй сумматоры,индикатор, соединенный с выходом второго сумматора, первый и второй согласованные отключатели, от личаю- щ е е с я тем, что, с целью упрощения реализации, ориентированный на падающую волну выход вторичного канала направленного ответвителя соединен с входом делителя, а ориентированный на отраженную волну выход, его вторичного канала соединен с первым входом первого сумматора,первый выход делителя соединен с первым входом второго сумматора через последовательно соединенные введенный выравнивающий отрезок линии передачи и первый согласованный отключатель, второй выход делителя соединен с вторым входом первого сумматора через введенный аттенюатор с регулируемой величиной ослабления, выход первого сумматора через второй согласованный отключатечь соединен с вторым входом второго сумматора, при этом делитель выполнен квадратурным, сумматоры - синфазными, а выход первичного канала направленного ответвителя соединен с введенным фильтром нижних частот, выход которого служит для подключения исследуемого двухполюсника СВЧ.