Устройство для измерения комплексных параметров СВЧ-элементов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/06 

сл

с

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - увеличение диапазона перестройки частоты исследуемого сигнала. Устр-во содержит г-р 1 качающейся частоты, направленные ответвители 2, 3 и 4, детектор 5, аттенюатор 6, фазовращатель 7, смесители 8, 9 и 10, блок 11 автоматической подстройки частоты, гетеродины 12 и 21, делители 13, 14 и 15 мощности, вентили 16 и 17, балансные смесители 18, 19 и 20, полосовые фильтры 22 и 23, исследуемый СВЧ-эл-т 24, согласованную нагрузку 25, СВЧ-переключатель 26, коммутатор 27, индикатор 28 и блок управления 29. Цель достигается за счет последовательного осуществления двух процессов калибровки устр-ва: по параметрам коэф. передачи; по параметрам коэф. отражения. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано при создании измерительных устройств миллиметрового диапазона, предназначенных для измерения модуля и фазы коэффициентов отражения и передачи исследуемых СВЧ-элементов миллиметрового диапазона.

Целью изобретения является увеличение диапазона перестройки частоты исследуемого сигнала.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров СВЧ-элементов.

Устройство для измерения комплексных параметров СВЧ-элементов миллиметрового диапазона содержит генератор 1 качающейся частоты, первый 2, второй 3 и третий 4 направленные ответвители, детектор 5, аттенюатор 6, фазовращатель 7, первый 8, второй 9, третий 10 смесители, блок 11 автоматической подстройки частоты, гетеродин 12, первый 13, второй 14 и третий 15 делители мощности, первый 16 и второй 17 вентили, первый 18, второй 19 и третий 20 балансные смесители, дополнительный гетеродин 21, первый 22 и второй 23 полосовые фильтры, исследуемый СВЧ-элемент 24, согласованную нагрузку 25, СВЧ-переключатель 26, коммутатор 27, индикатор 28, блок 29 управления.

При этом выход генератора 1 качающейся частоты через основной канал первого направленного ответвителя 2, выход вторичного канала которого подключен к входу основного канала второго направленного ответвителя 3, первый балансный смеситель 18, основной канал третьего направленного ответвителя 4, исследуемый СВЧ-элемент 24 подключен к первому входу

о сл чэ о о сл

СВЧ-переключателя 26, выход блока 11 автоматической подстройки частоты через гетеродин 12 подключен к входу первого делителя мощности 13. Первый выход первого делителя мощности 13 подключен к первому входу первого смесителя 8, а второй его выход - к первым входам второго 9 и третьего 10 смесителей, Выход вторичного канала третьего направленного от- ветвителя 4 подключен к второму входу СВЧ-переключателя 26, первый выход которого подключен к входу согласованной нагрузки 25, а второй выход- к входу третьего делителя мощности 15. Первый выход делителя мощности 15 через полосовой фильтр 22, второй балансный смеситель 19, второй смеситель 9 подключен к первому входу коммутатора 27, а второй его выход через второй полосовой фильтр 23, третий балансный смеситель 20, третий смеситель 10 - к второму входу коммутатора 27. Выход вторичного канала второго направленного от- ветвителя 3 через детектор 5 подключен к первому управляющему входу генератора 1 качающейся частоты, выход основного канала второго направленного ответвителя 3 через аттенюатор 6, фазовращатель 7, первый смеситель 8 подключен к опорному входу индикатора 28 и входу блока 11 автоматической подстройки частоты. Выход дополнительного гетеродина 21 подключен к входу второго делителя 14 мощности, первый выход которого подключен через первый вентиль 16 к второму входу первого балансного смесителя 18, а его второй выход через второй вентиль 17 - к вторым входам второго 19 и третьего 20 , балансных смесителей. Выход коммутатора 27 подключен к измерительному входу индикатора 28, к первому, второму и управляющему входам которого подключены выходы второго 9 и третьего 10 смесителей и первый выход блока 29 управления, вторым и третьим выходами соединенного с вторым управляющим входами генератора 1 качающейся частоты и управляющим входом индикатора 28.

Устройство для измерения параметров СВЧ-элементов работает следующим образом.

В режиме калибровки исследуемый СВЧ-элемент 24 замещается четырехполюсником с единичной матрицей рассеяния, геометрические размеры которого эквивалентны исследуемому СВЧ-элементу. СВЧ-переключатель 26 устанавливается в положение, при котором обеспечивается измерение параметров коэффициентов передачи.

В этом случае с выхода генератора 1 качающейся частоты на вход первого балансного смесителя 18 поступает измерительный сигнал e(t) Em cos ( ) , часть которого ответвляется с помощью первого направленного ответвителя 2 и через основной канал второго направленного ответвителя 3 поступает на аттенюатор 6.

После прохождения аттенюатора 6 и фа- 0 зовращателя 7 на вход первого смесителя 8 поступает СВЧ-сигнал сантиметрового диапазона

. во (t) .о ( ftfct + f + ро ).

где .о - переходное ослабление первого

5 направленного ответвителя 2;

Д - ослабление, вносимое аттенюатором 6;

- фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 7.

0 В результате частотного преобразования на выходе первого смесителя 8 формируется опорный сигнал промежуточной частоты, который поступает на опорный вход индикатора и управляет работой блока

5 11 автоматической подстройки частоты.

На второй вход балансного смесителя 18 поступает с выхода дополнительного гетеродина 21 СВЧ-сигнал миллиметрового диапазона

0 er(t) Er cos( аи + р ),

где Ег и fr - амплитуда и начальный фазовый сдвиг выходного сигнала гетеродина 21. В результате частотного преобразования сигналов в балансном смесителе 18 на его выходе образуется сигнал разностной и суммарной частот

ei(t) Em1pCOS( (De )(pr + + Em1cCOS(uJr +СУс)г Q где Emip - амплитуда сигнала разностной частоты;

Emic амплитуда сигнала суммарной частоты.

с Данный сигнал после прохождения четырехполюсника с единичной матрицей рассеяния получает дополнительные фазовые сдвиги р и (pi . обусловленные определенной электрической длиной данного

Q четырехполюсника, на выходе которого образуется сигнал

e2(t) Emip cos (ал- - ftJt )t + p + fr + p +

-f EmlcCOS ( (Dr + We )t + (p + + pl .

5 Далее полученный сигнал разделяется с помощью третьего делителя 15 на два канала и с помощью полосового фильтра 22 выделяется сигнал разностной частоты

es(t) Emip COS ( (Dr - (Ik )t + /) + pr + f ,

а с помощью полосового фильтра 23 выделяется сигнал суммарной частоты

64(t) Em1c COS ( uJr + We )t -f p + (fr + (pi

Сигналы ез(т.) и e(t) поступают соответственно на входы второго 19 и третьего 20 балансных смесителей.

В результате обратного преобразования частоты сигналов ea(t) и e4(t) во втором 19 и третьем 20 балансных смесителях на их выходах образуется сигнал

es(t) Em2p COS ((УсТ + (р + ff ) ;

и сигнал ee(t) Етзр cos( шс1 + p + pi ), которые выделяются стоящим после балансных смесителей трактом сантиметрового диапазона.

После частотного преобразования во втором 9 и третьем 10 смесителях сигналы промежуточной частоты подаются на входы коммутатора 27, который осуществляет попеременную подачу этих сигналов на измерительный вход индикатора 28. В индикаторе 28 осуществляется сравнение сигналов eo(t), es(t) и ee(t) по фазе и амплитуде. При этом добиваются нулевых показаний индикатора амплитуды и фазы с помощью регулировок аттенюатора 6 и фазовращателя 7.

На этом процесс калибровки устройства по параметрам коэффициентов передачи заканчивается. .Калибровка устройства по параметрам коэффициента отражения осуществляется аналогично калибровке по параметрам коэффициентов передачи, при этом к входу основного канала третьего направленного ответвителя 4 вместо четырехполюсника подключается короткозамкнутая нагрузка, а СВЧ-переключатель 26 устанавливается в положение, соответствующее режиму измерения параметров коэффициента отражения,

В процессе измерения четырехполюсник с единичной матрицей рассеяния заменяется на исследуемый СВЧ-элемент. При этом выходные сигналы второго 19 и третьего 20 балансных смесителей будут описываться выражениями

е б( t ) - Ет2й#х1С05( COci + (р + ipxl ) И е б( t ) - Em3p$t2COs( (Wet + (f + tpx2 ),

где Дс1 и - ослабление и фазовый сдвиг, вносимые исследуемым СВЧ-устройством в полосе частот от fr - fc. до fr - fc мин;

и - ослабление и фазовый сдвиг, вносимые исследуемым СВЧ устройством в

ПОЛОСе частот ОТ fr + fc.MMH ДО fr + fc.Maxc.

Выделение и обработка измерительной информации.о комплексных параметрах исследуемого СВЧ-элемента 24 осуществляется

в индикаторе 28, на управляющий вход которого от блока управления 29 поступает сигнал развертки, синхронизированный с напряжением перестройки частоты генера- 5 тора 1 качающейся частоты. Этим достигается получение панорамного режима измерения комплексных параметров. Формула изобретения Устройство для измерения комплексных 10 параметров СВЧ-элементов, содержащее генератор качающейся частоты, выход которого подключен к входу основного канала первого направленного ответвителя, соединенного выходом вторичного канала с входом основ- 15 ного канала второго направленного ответвителя, выход вторичного канала которого соединен через детектор с первым управляющим входом генерат ора качающейся частоты, блок автоматической подстройки частоты, вы- 0 ход которого через гетеродин подключен к входу первого делителя мощности, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго смесителей, выход первого смесителя 5 подключен к входу блока автоматической подстройки частоты и опорному входу индикатора, третий направленный ответвитель, выход основного канала которого и первый вход СВЧ-переключателя являются выходами для 0 подсоединения входов.исследуемого СВЧ- элемента, а выход вторичного канала третьего направленного ответвителя через СВЧ-переключатель подключен к входу согласованной нагрузки, отл и-чающееся 5 тем, что, с целью увеличения диапазона перестройки частоты исследуемого сигнала, введены аттенюатор, фазовращатель, дополнительный гетеродин, второй и третий делители мощности, первый, второй и третий 0 балансные смесители, первый и второй полосовые фильтры, третий смеситель, коммутатор и блок управления, причем выход основного канала первого направленного ответвителя через первый балансный 5 смеситель подключен к входу третьего направленного ответвителя, второй выход СВЧ-переключателя подключен к входу третьего делителя мощности, первый выход третьего делителя мощности через последо- 0 вательно соединенные первый полосовой фильтр и второй балансный смеситель подключен к второму входу второго смесителя, а второй выход через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и тре- 5 тий балансный смеситель - к первому входу третьего смесителя, второй вход которого подключен к второму выходу первого делителя мощности, выход дополнительного гетеродина подключен к входу второго делителя мощности, первый выход которого соединен с вторым входом первого балансного смесителя, а второй выход - с вторыми входами второго и третьего балансных смесителей, причем выход основного канала второго направленного ответвителя через последовательно соединенные аттенюатор и фазовращатель подключен к второму входу первого смесителя, а первый, второй и третий выходы

0

блока управления подключены соответственно к второму управляющему входу генератора качающейся частоты, управляющему входу индикатора и управляющему входу коммутатора, выход которого подключен к измерительному входу индикатора, а первый и второй входы соединены с выходами второго и третьего смесителей.