Измеритель комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника Советский патент 1991 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контроля.

Целью изобретения является повышение точности путем линеаризации шкалы индикатора модуля коэффициента отражения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема измерителя комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя.

Измеритель комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника содержит генератор СВЧ 1, направленный ответвитель 2 падающей волны, четырехзондовый датчик 3, исследуемый СВЧ-двухполюсник 4, зонды 5-8 связи, коммутатор СВЧ 9, блок 10 управления, квадратичный детектор 11, коммутатор НЧ 12, полосовой фильтр 13, линейный амплитудный детектор 14, фазометр 15, фильтр 16 нижних частот, измеритель 17.отношений, индикаторы модуля 18 и фазы 19.

Измеритель работает следующим образом.

Сигнал ип от генератора 1 поступает через направленный ответвитель 2 и четырехзондовый датчик 3 к исследуемому СВЧ- двухполюснику 4 с некоторым комплексным коэффициентом отражения

ON 44

2

MrMiMXO+lrl lhsintflnpMOdxT/S; Mz W4Mn(4h 2lr|Cos(f)npMT/4 -U3Tj8 Мз МгМЖДНг -г rising приT|2 t 5T/3 J 4VM2KjMU in4-2|ncoS npH3T/4 -U7T

Г.-lfle (1)

где |п- модуль коэффициента отражения;

р- фаза коэффициента отражения.

Отраженная волна Uo интерферирует с падающей. Анализ распределения поля осу- 5 ществляется.с помощью четырех зондов 5- 8, размещенных в различных сечениях четырехзондового датчика 3 так, чтобы фазовые набеги между ними были равны л/4 на средней длине волны.10

Коммутатор 9 по сигналу с блока 10 где М - коэффициент передачи низкоча- периодически коммутирует с частотой стотного коммутатора 12 в состоянии вклю- Ј2 2тг/Т каждый из выходных сигналов чено,

зондов 5-8 и сигнал из третьего плеча вто-Полосовой фильтр 13 выделяет первую

ричного канала направленного ответвите- 15 гармонику выходного сигнала коммутато- ля 2 в общий канал. При этом на выходе ра 12. Выходное напряжение 1)4полосово- коммутатора 9 получается сигнал в виде го фильтра 13 детектируется линейным периодической последовательности радио- амплитудным детектором 14, выходной импульсов, которые детектируются квадра- сигнал которого имеет вид тичным детектором 11.20

Выходной сигнал квадратичного детек-Us Ks Ke AI,

тора 11 является периодической функцией,

которая на интервале, равном периоду ком- где Kg, Кб - коэффициенты передачи по- мутации Т, имеет вид (см. фиг. 2 а)лосового фильтра 13 и линейного амплитуд25 ного детектора 14 на частоте Q соответственно;

MrMiMXO+lrl lhsintflnpMOdxT/S; Mz W4Mn(4h 2lr|Cos(f)npMT/4 -U3Tj8} Мз МгМЖДНг -г rising приT|2 t 5T/3j J 4VM2KjMU in4-2|ncoS npH3T/4 -U7T/8;

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности путем линеаризации шкалы индикатора модуля коэффициента отражения. Измеритель комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника содержит генератор f СВЧ, направленный ответвитель 2 падающей волны, четырех- зондовый датчик 3, исследуемый СВЧ-двух- полюсник 4, зонды 5-8 связи, коммутатор СВЧ 9, блок 10 управления, квадратичный детектор 11, коммутатор НЧ 12, полосовой фильтр 13, линейный амплитудный детектор 14, фазометр 15, фильтр 16 нижних частот, измеритель 17 отношений, индикатор 18 модуля и индикатор 19 фазы. Введение ответвителя 2 и коммутатора 12 позволяет линеаризировать шкалу индикатора 18, что позволяет использовать цифровую индикацию, а также расширить функциональные возможности, так как сигнал на выходе фильтра 16 пропорционален уровню падающей мощности, что кроме измерения модуля и фазы коэффициента отражения позволяет измерять и уровень падающей мощности. 2 ил. w I

U,W

AT vaf + bi-амплитуда первой гармо6l k(k2k1yni(i4-irr+2lr|5Lnq npnO t T/85ники;

Bs- kjUfl KWo при T/e t T/4} 30 ai, bi-коэффициенты разложения вряд

,к2к5и 1Чг| 2|г|со5С| прцт|4Н т/в; Фурье сигнала U2. вб-М КиоПриэт/в -т/а-Коэффициент ai определяется из выра л IЖЙНИС1

&5 K,4Mn(Hr| -2|r|S;n4 npMT/2 t 5Tf8;« Т

в3 к4к511рКИот1ри5Т/в 1 этИз35 J U(t)cosQtdt.

( 4 l Llft-2ll -|coStf)npM3T/4«t 7t/e. Подставляя0уравнение (3) в уравнение (5) и &у-кгк5ивкиопри7т/в -ит,учитывая, что Й 2л:/Т,

получают

40оД«

2/ °зт/8

( jB.CQSQidt+j BjCoSCZtJt +

оТ/4

5Т/8тг/8

где Кно-коэффициент передачи направлен-+J В5со5Q-tdi + | & Cosc d-tного ответвите л я 2;т/гJ.. 4

5Т/Ф

Un - амплитуда падающей волны;45гT)g

t- текущее время; (s.eincit

Ki - коэффициент передачи зонда четы BiS.

VrlS

ТГ4рехзондового датчика 3 в предположении,t 5mszt|5T/84- В 4 тт 8

что зоны 5-8 идентичны;3 . e tt $т)

Ка - коэффициент передачи коммутато-50 „ , . 7, 7 ,„ т ..

ра 9 в состоянии включено ; Г в1114 1в -в«)(В4-в4. (б)

Кз - коэффициент передачи квадратичного детектора 111.Коэффициент bi определяется из выраКоммутатор 12 по сигналу с третьегожения

выхода блока 10 коммутирует на вход поло-55 т сового фильтра 13 сигнал U2, являющийсяbi - / U(t) shi Qt dt.

периодической функцией, которая на интер-о

вале, равном периоду коммутации, имеетПодставляя уравнение (3) в уравнение (7) и

вид (см. фиг. 26)учитывая, что Q 2 л /Т,

получают

g

BiS.

VrlS

ТГ4Т/8

Ь, j B,5lnt2tcH + j 82&;пяШ

;оT/i

51(87T/8

tj Bjematdtt | B4sinnidt т/г3т

-(В.собЫ

TI8,зт/8

+ 8acosn.t +

|5T(S

It/14-B,cosnl| i-84cosnt|7 8

T|2Ulf V /

4(вгвэ)мЦ вгВгЬ п|чвгв,( c«)

Используя выражения (6) и (7) и подставляя значения В1...В4 из уравнение (3), дают при подстановке в уравнение (4)

U5 skeil)(6rBJN62-64)7J l-cosf .А)(в1-в,П&г-54)г

,lC2tiJK4ksK6U1n,|(4|r|sm(ff+(4 r|co5Cf)2

. Гл1

О.Зв -у-К,К2К3К4К5-М7п|Г| -0.,KfK5KeU |r|.0

Сигнал Уз на втором выходе коммутатора 12 является периодической функцией (см. фиг. 2 в) и определяется следующим образом на интервалах Т/8-Т/4; ЗТ/8-Т/2; 5Т/8-ЗТ/4; 7Т/8-Т:

Уз KHOK2K3K4Un2.(Ю)

Фильтр 16 выделяет постоянную составляющую сигнала Уз

а0 1

Y / U3lt}dt.

или

4 / UaCOdt- Is

- К 4 / K2K3K4KHoUn2dt VB

4KHoK2-K3K4-K7Un Т(ч Т

T/« Кно-К2КзК4К7и

где К - коэффициент передачи фильтра 16 на постоянном токе.

Напряжение Us с выхода линейного амплитудного детектора 14 подается на вход делимого, а напряжение Ue с выхода фильтра 16 - на вход делителя измерителя 17.

Тогда сигнал U на выходе измерителя отношений имеет вид

U7 Ka Ue

0.6 6К1К2КзК4К5КбКвиЈ 0,5К2КзК4К7и К„0

1,32KiKsK6K8 КноК

in,

(12)

где Ke - коэффициент передачи измерителя Л1 .

Из выражения (12) видно, что результат измерения пропорционален модулю коэффициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 и не зависит от коэффициентов передачи коммутатора 9, квадратичного детектора 11 и уровня мощности генератора 1. Кроме того, зависимость между выходным напряжением измерителя 17 и измеряемой величиной модуля комплексного коэффициента отражения

СВЧ-двухполюсника является линейной, что позволяет использовать индикатор 18 с линейной шкалой.

Выходное напряжение фильтра 16, как это следует из выражения (11), однозначно

связано с Un . Поэтому это напряжение может использоваться для измерения уровня падающей мощности, если его подать на индикатор 18, шкала которого калибруется непосредственно в значениях Un. Это расширяет функциональные возможности измерителя комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника.

Фазометр 15 сравнивает по фазе сигнал U4 с опорным сигналом, поступающим с второго выхода блока 10. Выходное напряжение фазометра 15 имеет вид

Us Кю р,

(15)

где Кю коэффициент передачи фазометра 15.

Напряжение Us подается на индикатор 19, который калибруется непосредственно в значениях (р.

Введение новых элементов: направленного ответвителя 2 и коммутатора 12 позволяет линеаризировать шкалу индикатора 18, что позволяет использовать цифровую индикацию, а также расширить

Функциональные возможности измерителя, так как сигнал на выходе фильтра 16 пропорционален уровню падающей мощности, что кроме измерения модуля и фазы коэффициента отражения позволяет измерять и уровень падающей мощности.

Формула изобретения Измеритель комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника, содержащий генератор СВЧ и четырехзондовый датчик, выход которого является выходом для подсоединения исследуемого СВЧ- двухполюсника, а выходы зондов связи подсоединены к соответствующим входам коммутатора СВЧ, последовательно соединенные полосовой фильтр, фазомепри индикатор фазы, последовательно соединенные линейный амплитудный детектор, выход которого соединен с выходом полосового фильтра, измеритель отношений и измеритель модуля, блок управления, выходы которого соединены с управляющим входом коммутатора СВЧ и вторым входом фазометра, а также квадратичный детектор,

подключенный к выходу коммутатора СВЧ, и фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом измерителя отношений, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности путем линеаризации шкалы индикатора модуля коэффициента отражения, выход генератора СВЧ соединен с входом четырехзондового датчика через введенный направленный ответвитель

падающей волны, выход вторичного канала которого подключен к пятому, дополнительному, входу коммутатора СВЧ, выход квадратичного детектора соединен с входом полосового фильтра через введенный коммутатор НЧ, второй выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, а управляющий вход - с третьим, дополнительным, входом блока управления.

a

a, a

jBs

№

0t%%f %t7

( ЪЪЩЪЩЩЪт

(7

п

% % Л т

Ј

27

2T

ZT

Фиг. 2