Анализатор цепей Советский патент 1991 года по МПК G01R27/32 

о о со ел VI

00

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения. Анализатор содержит генератор 1 СВЧ-сигнала, управляюще-вычислительный блок 2, синфазно-квадратурный преобразователь 3, тройники 4 и 5, измерительные головки 6 и 16, управляемые аттенюаторы 7, 8 и 9, блок 10 формирования измерительных сигналов, сумматор 11, исследуемый четырехполюсник 12, управляемые фазовращатели 13, 14 и 15. Уменьшение погрешностей измерения, вносимых рассогласованием в измерительном тракте, достигается за счет максимального приближения направленного ответвителя падающей волны, который используется в качестве тройника 4, к объекту измерения, в качестве которого используется исследуемый четырехполюсник 12. Размещение тройника 4 непосредственно на входе блока 10 и использование направленного ответвителя в качестве тройника 4 позволяет уменьшить погрешности рассогласования в 2 - 3 раза. 3 ил.

фиг.1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании многофункциональных измерителей параметров (коэффициентов отражения и передачи S-параметров, группового времени запаздывания, полных входных сопротивлений и проводимостей) СВЧ-двух- и четырехполюсников.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема анализатора цепей; на фиг.2 - то же, блок формирования измерительных сигналов; на фиг.З - то же, синфазно-квад- ратурного преобразователя.

Анализатор цепей (фиг.1) содержит ге- нератор 1 СВЧ-сигнала, управляюще-вы- числительный блок (УВБ) 2, синфазно-квадратурный преобразователь (СКП) 3, первый 4 и второй 5 тройники, первую измерительную головку 6, первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые аттенюаторы, блок 10 формирования измерительных сигналов, сумматор 11, исследуемый четырехполюсник 12, первый 13, второй 14 и третий 15 управляемые фазовращатели и вторую измерительную головку 16,

Блок 10 (фиг.2) состоит из направленного ответвителя (НО) 17, согласованной нагрузки 18 и согласующего устройства 19.

СКП (фиг.З) включает первый тройник 20, НО 21, второй 22 и третий 23 тройники, измерительные головки 24-27 и согласованную нагрузку 28.

Анализатор цепей работает следующим образом.

Результат измерения параметра Sfk исследуемого четырехполюсника. 12 определяется из соотношения напряжений Vx, VY и V4 к напряжению Vn. С помощью схемы автоматической регулировки мощности (АРМ) генератора 1 и соответствующего выбора параметров схемы анализатора цепей обеспечивается квадратичный режим работы измерительных головок 6 и 16. Поэтому принимается, что напряжения Vn и V4 соответственно равны;

Vn m0 I Un I2:(1)

V4 n0IU4l2,(2)

где m0 и По - скалярные константы, учитывающие значение параметров измерительных головок 6 и 16.

Для упрощения записи отношений напряжений Vx, VY, V4 к Vn значение m0 принимается равным 1 при Sik Ui/Un , I 1.2, что позволяет записать отношения напряжений Vx. VY и V/i к Vn в следующем виде:

e,+ M,,Y + ЈJ(x4Y) vn

+ WjXthjY E X1 2)

Q .-rteiif tv«)

при X ReStk: Y ImS.k.(5)

Константы ei - ЕЛ . mi. m2, m, 02, n0 определяются из калибровочных иэмерений. Процесс калибровки осуществляется автоматически по командам, подаваемым из УВБ 2. После нажатия кнопки Калибровка на передней панели УВБ 2 приводятся в исходное положение управляемые аттенюаторы 7-9 и управляемые фазовращатели 13- 15. В процессе работы анализатора цепей осуществляется только поочередное измерение сигналов Ui и IJ2. Поэтому, когда измеряется сигнал Ui. автоматически

включается управляемый аттенюатор 9 для выключения сигнала U2, а при измерении сигнала Ua автоматически включается управляемый аттенюатор 8 для выключения сигнала Ui.

При калибровке анализатора цепей может использоваться любой из сигналов (Ui или 1/2). С этой целью управляемые фазовращатели 13 и 14 установлены в оба измерительных канала. Предположим, что

измеряется сигнал Ui (параметры Sik). т.е. управляемый аттенюатор 9 закрыт.

При таких условиях исходное положение заключается в том, что управляемые аттенюаторы 7 и 8 открываются, управляемые

фазовращатели 13 и 14 устанавливаются в положение р и на экран дисплея УВБ 2 выводится команда оператору Включить прямое сочленение измерительного тракта, т.е. обеспечить выполнение условия

1; Y 0.(6)

После выполнения оператором этой команды и повторного нажатия кнопки Калибровка по команде УВБ 2 выключается сигнал с помощью управляемого аттенюатора 8, тем самым имитируется условие

Sik X -HY 0.(7)

В память УВБ 2 записывается результат измерения

Ri Ei; Si Ј2.(8)

Возвращается в исходное положение управляемый аттенюатор 8, и с помощью управляемого аттенюатора 7 выключается сигнал Ко. Тем самым обеспечиваются условия:

|Uil -1: lUol 0; Х2 + Y2 1(9)

второго калибровочного измерения

RZ ез; S2 &i; 0.2 п0,(10)

результат которого заносится в память УВБ 2. Найденные значения Ј1 - ЕА и пр подставляются в формулы (3). В результате система квадратных уравнений (3) сводится к системе линейных уравнений относительно Хи Y:

i

R -R-, - ;r Q m.X m,V ;

u Л

5,lM)

5 5-,- -Ј- Q rnl ,

где переменные R и S определяются из результатов дальнейших измерений R, S и Q.

Далее включаются оба сигнала (U0 и Ui), тем самым обеспечивается выполнение условия (6) и в памятьУВЕ 1 заносится результат измерения

R 3 mi 1

S 3-m2 ) , (12)

после чего с помощью управляемого фазовращателя 15 вносится фазовый сдвиг р0, приближенно равный

ро - .(13)

и производится четвертое калибровочное измерение. Результаты измерений

R(4 miXo + niY0 -f4

S 4 m2X0 + n2Y0 JIм/

заносится в память УВБ 2, где Хо - РО cos (pa , Yo - РО sin ( ;д-измерение p , внесенное управляемым фазовращателем 15.

Затем с помощью управляемого фазов- ращателя 13 вносится второй фазовый сдвигай, приближенно равный:

,Q5)

и производится пятое калибровочное изме- рение.

Результат измерений

(XuXo-YllYohni(XoYlJ+X,JY0)r ,

(Xl,Xo-YuY0)-1-n2(X0Yli+XuYo)J заносится в память УВБ 2, где

Xu pu cos ; Yu sin : () сомножитель перед mi и гп2 равен р0-ри cos (р0 + ), а сомножитель перед гм и П2 равен р0ри sin ((p0 ) где/, - изменение/9 ,внесенное управляемым фазов- ращателем 13.

После этого производятся перевод в исходное положение управляемого фазовращателя 15 и шестое калибровочное измерение.

Результат измерения

R e miXu+niYu

S e т2Хи+п2У„ заносится в память УВБ 2.

Из системы уравнений (12). (14), (16) и (17) УВБ 2 находит значение констант mi, ГП2, ni, П2, заносит их в память УВБ 2 и приводит в исходное положение управляемый фазовращатель 13. На этом процесс калибровки заканчивается.

В разрыв измерительного тракта блока 10 включается исследуемый четырехполюсник 12 и в память УВБ 2 заносится результат измерений

R ik miXik+niYik

S ,k m2X,Hri2Y,k ) .U9)

Из решения системы уравнений (19) находится измеряемый параметр

S,v - X,k iYik(20)

Уменьшение погрешностей калибровки анализатора цепей достигается за счет перехода от калибровки анализатора цепей по одному фазовращателю, модуль и фаза коэффициента передачи которого заданы с погрешностью не менее +0,5 дБ по модулю и +5° по фазе, к калибровке по двум фазовращателям, значения коэффициентов передачи которых не оказывают влияния на результат калибровки анализатора цепей.

Введение измерительной головки 16 позволяет упростить алгоритм обработки данных путем сведения системы квадратных уравнений (3) относительно X и Y при подстановке в них Q из (А) к системе линейных уравнений (8), (11), (12), (14), (16) и (18) в процессе калибровки и к системе (19) в процессе измерений

Решение системы уравнений (3) относительно X и Y с помощью УВБ 2 в прототипе возможно только методом последовательных приближений и занимает много времени, что не позволяет реализовать панорамный режим измерения в полосе частот в реальном масштабе времени.

Решение системы уравнений (11) относительно X и YB анализаторе цепей сводится к прямому вычислению X и Y no формулам.

(21)

.-

50

55

и не представляет труда для реализации с помощью микропроцессорного УВБ 2.

Уменьшение погрешностей измерения анализатора цепей, вносимых рассогласованием в измерительном тракте анализатора цепей, достигается за счет максимального приближения ответвителя падающей волны Un, в качестве которого используется тройник 4, к объекту измерения - исследуемому четырехполюснику 12. Размещение тройника 4 непосредственно на входе блока 10 и использование в качестве этого тройника направленного ответвителя с КСВН первичного тракта не более 1,1 позволяют уменьшить погрешности рассогласования в 2-3 раза.

Формула изобретения Анализатор цепей, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ- сигнала, первый и второй тройники и первую измерительную головку, первый управляемый аттенюатор, подсоединенный к первому входу синфазно-квадратурного преобразователя, второй и третий управляемые аттенюаторы, подсоединенные к входам сумматора, выход которого подключен к второму входу синфазно-квадратурного преобразователя, блок формирования измерительных сигналов, вход которого подсоединен к выходу второго тройника, а выходы предназначены для подключения исследуемого четырехполюсника, и управ- ляюще-вычислительный блок, входы которого подсоединены к выходу первой измерительной головки и выходу синфазно- квадратурного преобразователя, а выходы - к управляющим входам первого, второго и третьего управляемых аттенюаторов и генератора СВЧ-сигнала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности

Фиг.2

0

5

0

измерения, в него введены первый управляемый фазовращатель включенный между вторым выходом первого тройника и пер- вымуправляемым аттенюатором, второй управляемый фазовращатель, включенный между выходом сигнала падающей волны блока формирования измерительных сигналов и вторым управляемым аттенюатором, третий управляемый фазовращатель, включенный между выходом сигнала прошедшей еолны блока формирования измерительных сигналов и третьим управляемым аттенюатором, сумматор выполнен в виде двойного волноводного тройника, к второму выходу которого подсоединена введенная вторая измерительная головка, причем управляющие входы управляемых фазовращателей соединены с дополнительными выходами управляюще-вычислительного блока.

Фиг. 3