Способ калибровки согласованного измерительного преобразователя СВЧ напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ--напряжения от образцовых средств измерений к рабочим и предназначено для калибровки преобразователей напряжения, КСВН которых близок к единице.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона калибруемых измерительных преобразователей.

Цель достигается тем, что в спосо- бе калибровки согласованного измерительного пресбразтвателя СВЧ-напряне- ния, основанном на подаме на его Б;;ОД СВЧ-сигнала через отрезок линии передачи известной длины, измерении СВЧ- напрлжения U( на входе отрезка, отсчете СВЧ-напряжения на калибруемом пре- . обр.азователе и вычислении калибруемого СВЧ-напряжения, длину отрезка линии передачи выбирают равной четверти волны, дополнительно измеряют модуль кр- Зффициента отражения Г калибруемого преобразователя и падающую на его вход мощность , а величину калиб- руемого СВЧ-напряжения U определяют по формуле

U2 (1 +гЪ - uf

где Z. - волновое сопротивление линии передами„

Предлагаемый способ позволяет при калибровке измерительного преобразова Ч

О

-vj

ел ел со

-MuuU

3 ;1707553

теля СВЧ-напрлжения вместо полуволновых отрезков линии использовать четвертьволновые отрезки линии и тем самым расширить вдвое нижнюю границу с диапазона частот калибруемых измерительных преобразователей СВЧ-напряже- ния„

Способ калибровки может быть реализован на следующих устройствах: ю на проходном измерительном преобразователе, в поперечном сечении которо- го -включены два термистора, напряжение на которых прокалибровано; на Т- . разветвителе, в одном из выходных 15 плеч которого включен измерительный . преобразователь напряжения и отрезок коаксиальной линии, прокалиброванные .в величинах напряжения в плоскости симметрии Т-разветвителя„20

На фиг. 1 представлена схема калибровки коаксиального измерительного преобразователя СВЧ-напряжения, использующая проходной измерительный преобразователь; на фиг„ 2 и 3 - 25 схемы калибровки коаксиального измерительного, преобразователя СВЧ-напряжения, использующие Т-разветвитель с измерительным преобразователем в выходном плече. 30

Устройства, реализующие предлагаемый способ калибровки (фиг01-3), . содержат генератор 1, проходной из- . мерительный преобразователь 2 с двумя термисторами, включенными в поперечное сечение коаксиальной линии, термисторный мое г 3 и его отсчетное устройство 1, четвертьволновый отрезок 5 коаксиальной линии, волновое сопротивление которого равно волново- 4о му сопротивлению калибруемого преобразователя, калибруемый преобразователь 6, отрезок 7 коаксиальной линии, опорный преобразователь 8 и Т-разветвитель 9.- 45

Способ в схеме с проходным измерительным преобразователем реализуется следующим образом.

ВЧ-генератор 1 (фигс 1) подключавертьволнового отрезка 5,нагруженного согласованным измерительным преобразователен 6„

Плоскость включения термисторов является входом отрезка 5 и напряжение в этой плоскости прокалибровано- Запи шем напряжения на входе U, и выходе U отрезка в следующем виде

U,

U,

&

1 + Г + 2 Г cosW

(1 +Г + 2 fcos Ц ) ,

4

1 +Г - 2ГсозЦ

где

Т -Г (1 +Гг- 2Гсозу),.

Г и и - модуль и фазовый угол коэффициента отражения , калибруемого преобразователя;

мощность на входе и на выходе преобразователя; падающая мощность на входе преобразователя; волновое сопротивление

Р «.

Р преобразователя. Суммируя U и 11, получим

и,

откуда U

+ U,

2P+Z,

(1

+ гг),

(1 t

г2) и

35

2 о ч u t

Если модуль коэффициента отражения измерительного преобразователя Г мал например не превышает 1,1, то можно пренебречь в формуле для U2 членом (1 + Гй) и формула упрощаетсяи,

Н

2PfZ0 U

I N - О |

Таким образом, главным элементом в способе калибровки является измерение уровня падающей мощности на калиб руемом измерительном преобразователе позволяющее определить средний уровень напряжения, относительно которо го приращения напряжения на входе отют к входу проходного преобразователя 50 -Резка и на его вых°Де противоположны 2, ВЧ-напряжение от генератора подается на ВЧ-вход двух термисторов проходного преобразователя, включенных в поперечное сечение преобразователя, и вызывает их нагрев и соответствуюпо знаку и одинаковы по величине, Этот уровень, умножая -/П и лГП, получим с учетом малости Г ; в виде

i (U, + Ua)cJu,.

U

55

СР

калибровке рабоч л приборов, такик образом, достаточно знать калибровочное напряжение на входе отрезка U, поглощенную мощность в пре

щее изменение постоянного тока терми- сторного моста 3,отсчитываемое отсчет- ным устройством, 1.К выходу проходного преобразователя 2 подключен вход-, чет вертьволнового отрезка 5,нагруженного согласованным измерительным преобразователен 6„

Плоскость включения термисторов является входом отрезка 5 и напряжение в этой плоскости прокалибровано- Запишем напряжения на входе U, и выходе U отрезка в следующем виде

U,

&

1 + Г + 2 Г cosW

U,

(1 +Г + 2 fcos Ц ) ,

4

1 +Г - 2ГсозЦ

де

Т -Г (1 +Гг- 2Гсозу),.

Г и и - модуль и фазовый угол коэффициента отражения , калибруемого преобразователя;

мощность на входе и на выходе преобразователя; падающая мощность на входе преобразователя; волновое сопротивление

Р «.

Р преобразователя. уммируя U и 11, получим

и,

откуда U

+ U,

2P+Z,

(1

+ гг),

(1 t

г2) и

2 о ч u t

Если модуль коэффициента отражения измерительного преобразователя Г мал, например не превышает 1,1, то можно пренебречь в формуле для U2 членом (1 + Гй) и формула упрощаетсяи,

Н

2PfZ0 U

I N - О |

Таким образом, главным элементом в способе калибровки является измерение уровня падающей мощности на калиб руемом измерительном преобразователе, позволяющее определить средний уровень напряжения, относительно которого приращения напряжения на входе от-Резка и на его вых°Де противоположны

по знаку и одинаковы по величине, Этот уровень, умножая -/П и лГП, получим с учетом малости Г ; в виде

i (U, + Ua)cJu,.

U

СР

ри

калибровке рабоч л приборов, такик образом, достаточно знать калибровочное напряжение на входе отрезка U, поглощенную мощность в преобразователе и волновое сопротивление линии Z, чтобы рассчитать калибруемое значение U«.

резком 5 и опорный преобразователь 8 с его отрезком 7 Однако этот вариан сложен в использований, так как при

Так как точность измерения СВЧ-мощ-с этом триходится л разбирать на части

Т-разветвитель. Учитывая, что отрезки 5 и 7 идентичны, их не переключаю что делает процедуру калибровки преобразователей более эффективной, осо бенно в заводских условиях. . Напряжение в измерительном сечени кодксиальной линии, подключенной к входу отрезка, определяется как поЛу

20

25

,ности значительно превышает точность измерения СВЧ-н.эпряжения, то предла- гаемый способ обеспечивает высокую точность.

Наиболее удобно использовать ка- ю либраторы напряжения на фиксирован- ную Частоту. В этом случае отрезки зафиксированы в калибраторе,. что удобно в массовом производстве рабочих средств измерения напряжения 15

В отличие от схемы проходного измерительного преобразователя на двух термисторах, предлагаемый способ калибровки реализуется также в схеме с Т-разветвителем и дополнительным измерительным преобразователем,включенным через отрезок коаксиальной линии в плоскость симметрии Т-развет- вителя. Сущность способа калибровки при этом не меняетсяg

Способ в схеме с Т-разветвителем реализуется следующим образом

ВЧ-генератор 1 (фиг0 2) подключа- . ют к входу Т-разве. вителя 9, и ВЧ- напряжение от генератора 1 подается 30 в плоскости симметрии Т-разветвите- ля Из этой плоскости компарирования Т-разветвителя 9 напряжение через отрезок 5 поступает на вход калибруемого преобразователя 6 и чер ез от- - 35 резок 7 на вход опорного преобразователя 8„ Таким образом, вход отрезка 7, подключенный к входу отрезка, связанного с калибруемым преобразова- . телем, является измерительным сече- 40 нием, связанным с опорным преобразователем 8 „ Напряжение в плоскости сим- метрии Т-разветвителя является одинаковым для обоих выходных плеч, если Т-разветвитель симметричен. При более 45 точных измерениях Т-разветвитель нельзя считать симметричным и влияние асимметрии должно учитываться путем перемены мест подключения его выходных плеч.

50

Для этого в способе калибровки (фиг. 3) меняют местами подключения к выходам отрезков 5 и 7 калибруемый

преобразователь 6 и опорный преоб- роооват л 2., Мо:::но б-тю бы поменять местами подключения к плоскости симметрии Т-разветвителя калибруемый преобразователь 6 совместно с его отт,

резком 5 и опорный преобразователь 8 с его отрезком 7 Однако этот вариант сложен в использований, так как при

Т-разветвитель. Учитывая, что отрезки 5 и 7 идентичны, их не переключают что делает процедуру калибровки преобразователей более эффективной, особенно в заводских условиях. . Напряжение в измерительном сечении кодксиальной линии, подключенной к входу отрезка, определяется как поЛусумьф двух .напряжений

и U,, в этом

сечении, соответствующих одному и тому же калибруемому значению напряжения на калибруемом преобразователг, получающихся при перемене мест подключения отрезков преобразователей к - плоскости симметрии Т-разветвителя (фиг о 26).

25

. 30 3540 -45 50

55

:

,Н

и,),

v

DЈ COnSt,,

Таким образом, DZ, соответствующее одному и тому же отсчетному знаиению, следует определить,, Учитывая, что -во всгм остальном способ калибровки пос- образозателей полностью совпадает с его проведением в схеме проходного измерительного преобразователя на двух термисторах, находим искомое

чение калибруемого напряжения той же формуле

pi

I -ЦЧ J

и,

и,

знало

,,

г ч (1.+Г) - U,.

L -.V- Q

В схеме фиг 2 может использоваться также и высокоомный вольтметр, обычно включаемый -в плоскость симметрии Т-разветвителя непосредственное Доминирующей погрешностью при измерении является погрешность измерение мощности. В диапазоне частот доЗГГц, учитывая, что КСВН измерителкных ка-, либруемых преобразователей очень близок к 1 и, следовательно, погрешности рассогласования ничтожны, можно считать возможной погрешность измерения мощности 0,5%.

Таким образом, преплагаег-ый способ измерения обеспечивает точность измерения СВЧ-напряжеыия порядка 0,5%, что вполне достаточно при градуировке рабочих средств измерений CJ i-на- прл5 :йния.

Предлагаемый способ может найти применение при градуировке рабоч их

1707553

8

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения от образцовых средств измерений к рабочим и предназначено для калибровки преобразовате.лей напряжения, КСВН которых близок к единице. Цель.изобретения - расширение, частотного диапазона. При проведении калибровки СВЧ-сигнал подают .на вход преобразователя через чет:вертьволновый отрезок линии передачи с волновым сопротивлением Z .измеряют СВЧ-напряжение U на входе от- , модуль коэффициента отражения Г преобразователя и падающую на.его вход мощность Р, а величину калиб, руемого СВЧ-напряжения U, определяют & по формуле U2 2PTZ0 (1 + Г2- ) - U, . Цель достигается благодаря использованию четвертьволнового отр.езка. 3 ил. С S

средств измерений СВЧ-напряжения.При наиболее точных измерениях он может использоваться для сличения эталонов единицы СВЧ-напряжения и эталонов СВЧ-мощности.

Результаты калибровки проверялись сравнением со способом калибровки, и .пользующим полуволновые отрезки.,Из результатов измерений, полученных на частоте 3 ГГц, следует, что расхождение калибровочных значений на.пряже- ний преобразователей не превосходит 0,$, что подтверждает правильность предлагаемого способа калибровки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет вместо полуволновых отрезков линии использовать четвертьволновые отрезки и тем самым расширить вдвое нижнюю границу частотного диапазона способа калибровки преобразователей. , . „

Фи.г.2.

5

Ф

ормула изобретении Способ калибровки согласованного измерительного преобразователя СВЧ- напряжения, основанный на подаче на его вход СВМ-сигнала через отрезок линии передачи, измерении СВЧ-напряжения 1 на входе отрезка, отсчете СВЧ-напряжения на калибруемом преобразователе и вычислении калибруемого СВЧ-напряжения, отличающий- с л тем, .что, с целью расширения частотного диапазона, длину отрезка линии передачи-выбирают равной четверти волны, дополнительно измеряют модуль, коэффициента отражения Г калибруемого преобразователя и падающую на его вход мощность Р% а величину , калибруемого СВЧ-напряжения1Тг опре- 0 деляют по формуле U2 « - ()-UtJ где Z0 - волновое сопротивление ли- , нии передачи.

Фиъ.1