Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя Советский патент 1992 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к области электрических измерений, может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более низкой точности и предназначено для поверки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВН которых близок к единице.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1-6 представлены структурные электрические схемы измерительной установки, реализующей различные этапы поверки коаксиального измерительного преобразователя СВЧ-напряжения с использованием проходного термисторного преобразователя; на фиг. 7-16 - то же, с использованием Т-разветвителя.

Измерительная установка для реализации предложенного способа содержит генератор 1, проходной измерительный преобразователь 2 с двумя термисторами, включенными в поперечное сечение коаксиальной линии, Т-разветвитель 3, отрезок 4 коаксиальной линии с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя, образцовый преобразователь 5, отрезок 6 с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5, электрическая длина которого вместе с электрической длиной отрезка 4 составляет

N|

О

ел

ЧЭ 00

л, отрезок 1 с волновым сопротивлением,

равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5 и с электрической длиной, равной т. отрезок 8 линии,

волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению поверяемого преобразователя, поверяемый преобразователь 9, отрезок 10, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению поверяемого преобразователя 9, электрическая длина-которого вместе с электрической длиной отрезка 8

составляет , отрезок 11, волновое сопро

тивление которого равно волновому сопротивлению поверяемого преобразователя 9 и

п

,.

электрическая длина которого равна

2

Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя в схеме с проход- ным терм исто рным преобразователем реализуется следующим образом.

На первом этапе генератор 1 (фиг. 1) подключают к входу проходного преобразователя 2. СВЧ-напряжение от генератора 1 подается на ВЧ-вход двух термисторов проходного преобразователя 2, включенных в. его поперечное сечение, вызывает их нагрев и соответствующее изменение постоянного тока термисторного моста, подключенного к клеммам постоянного тока термисторов и являющегося плоскостью компарирования, так как в этой плоскости отношение напряжений, получающихся при подключении компарируемых преобразова- телей, зависит только от соотношения их волновых сопротивлений. Затем СВЧ-напряжение поступает на вход отрезка 4 и с его входа на образцовый преобразователь 5. Измеряют одновременно напряжение на термисторах Ur и на образцовом преобразователе 5 Uo6p. В результате выполнения первого этапа получают измеренное на образцовом преобразователе 5 СВЧ-нап ряжение (г

Уобр Кобр Ur 1 Гобр + 2 Гобр cos (ipobp + 2 Д#|, где Кобр - коэффициент пропорциональности, зависящий.от параметров термисторов и волнового сопротивления образцового преобразователя 5;

Гобо и с/Зобр - модуль и фаза коэффициента отражения образцового преобразователя 5;

сдвиг фазы отрезка 4;

Ur напряжение генератора 1, приложенное к плоскости компарирования.

Как видно из формулы, для Uo6p напряжение на длине отрезка 4 трансформируется в зависимости от импеданса образцового преобразователя 5 и длины отрезка 4. На втором этапе для учета трансформации отрезка 4 (фиг. 2) между входом образцового преобразователя 5 и выходом отрезка 4 дополнительно включают отрезок 6. Устанавливают на термисторах предыду- щее значение СВЧ-напряжения и измеряют получившееся СВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 5.

В результате выполнения второго этапа

15

получим

Uo6p Кобр Ur 1 + Гобр -2 Гобр cos .

На третьем этапе отрезок 6 (фиг. 3) заменяют на отрезок 7. Устанавливают на термисторах первоначальное значение 20 напряжения Ur и измеряют получившееся СВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 52

Uобр К0бр Ur 1 + Гобр -2 Гобр cos (t/Ъбр + 2 Дед.

25 На четвертом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на образцовом преобразователе 5 напряжения в

плоскости компарирования U06p it - 11 j, 11 11 -

Uo6p Uo6p + Uo6p Uo6p . 30 Кобр Ur (1 + Г02бр + 2 Гобр COS обр).

На пятом этапе к плоскости компарирования (плоскости включения термисторов} вместо отрезка 4 подключают отрезок 8 (фиг. 4), волновое сопротивление которого в

35 общем случае отличается от волнового сопротивления отрезка 4. К выходу отрезка 8 подключают поверяемый преобразователь 9. Устанавливают на термисторах. прежнее значение СВЧ-напряжения Ur и измеряют

40 СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователе2

UROB Кпов Ur 1 + Гпов , + 2 Гпов cos (VboB + 2 Д6Й, где Кпов - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров термисторов и волнового сопротивления поверяемого преобразователя 9;

Гпов и VIOB - модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразовате45

50

ля 9;

Д0- сдвиг фазы отрезка 8.

На шестом этапе для учета трансформации отрезка 8 между входом поверяемого преобразователя 9 и выходом отрезка 8 (фиг. 5) дополнительно включают отрезок 10. Устанавливают на термисторах то же значение СВЧ-напряжения Ur и измеряют соответствующее ему СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователе 9

UflOB KflOB Ur (1 + 1ПОВ

-2 Гпов COS Vfcoe).

На седьмом этапе на заключительном этапе измерений (фиг. 6) изменяют отрезок 10 на отрезок 11. Устанавливают на терми- сторах прежнее значение СВЧ-напряжения Ь г и измеряют соответствующее ему СВЧ- напряжение на поверяемом преобразователе 9 ,„г

UnOB Кпов Ur 1 + Гпов -2 Гпов cos ( + 2 А б).

На восьмом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на поверяемом преобразователе 9 напряжения

I I I Г J- I I

ипов - UnoB Unoe- Unoe

Кпов Ur (1 + +2 Гпов COS $юв).

Формулы, полученные для Unos и Uo6p, показывают, что напряжения в плоскости компарирования, соответствующие подключению поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей, могут быть вычислены без определения модулей и фаз коэффициентов отражения компарируемых преобразователей и коэффициентов пропорциональности.

Таким образом, предлагаемый способ компарирования обеспечивает возможность косвенного определения СВЧ-напряжения и их отношения в плоскости компарирования, получающихся при подключении поверяемого и образцового преобразователей. Найденное отношение СВЧ-напряжений в плоскости компарирования позволяет оценить величину погрешности поверяемого преобразователя 9 относительно образцового 5. так как действительное значение отношения этих напряжений находится расчетным путем по формуле

LlioB „Уколов

/ Мюв

AU06p/Pac4 KZooep где ZonoB.M Zo06p волновое сопротивление поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей.

Последняя формула показывает, что напряжение генератора 1, приложенное к входу плоскости компарирования, трансформируется в плоскости компарирования пропорционально волновым сопротивлениям отрезков, стыкуемых в плоскости компарирования. Если волновое сопротивление этих отрезков одинаково, то трансформация осуществляется с соотношением 1:1.Погрешность поверяемого преобразователя 5 вычисляется п.о формуле

Unoe / Unoe ч

5U

лов

U06p Uo6p/Расч

0

5

где пов - измеренное значение отношения

Uo6p

напряжения в плоскости компарирования. Эпюра распределения напряжений в

5 отрезках, измеренных компарируемыми преобразователями, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования, общей для входов этих от10 резков, показывает, что в их общей плоскости напряжения отличаются в соответствии с волновыми сопротивлениями компарируемых преобразователей. При подключении образцового преобразователя 5 к выходу 5 отрезка преобразователя 9 или выходного отрезка Т-разветвителя 3 напряжение в линии между плоскостью компарирования и, входной плоскостью образцового преобразователя 5 изменяется от U06p до Uo6p. Такое же и симметричное относительно среднего значения напряжения в линии изменение напряжения имеет место на участке линии, ограниченном точками,

я отстоящими на -к от плоскости компариронвания (Uo&p) и от первоначальной плоскости

включения образцового преобразователя 5 (Uobp). Поэтому fii й

Uo6p Uo6p t Uo6p Uo6p.

0 Такое же положение наблюдается и для поверяемого преобразователя 9. распределение напряжения в линии которого изображено слева от плоскости компарирования. Здесь также „, . „

5UnOB UnOB UnOB UnOB.

В схеме с Т-разветвителем 3 предлагаемый способ компарирования реализуется следующим образом,

На первом этапе ВЧ-генератор 1 (фиг. 7)

0 подключают к входу Т-разветвителя 3. Образцовый преобразователь 5 подключают к выходу отрезка 4, подключенного своим входом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3. Поверяемый преобразователь 9 под5 ключают к выходу отрезка 8, подключенного своим входом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3. В его плоскости компарирова- ния ВЧ-напряжение делится между отрезками 4 и 8 в соотношении, определяе0 мом волновыми сопротивлениями этих отрезков, а также асимметрией Т-разветви- те ля 3. Одновременно измеряют СВЧ-напряжения на образцовом 5 и поверяемом 9 преобразователях и0бр и Unoe,.

5 Образцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 (фиг. 8) совместно с их отрезками 4 и 8 меняются местами подключения к плоскости компарирования Т-разветвителя 3. На поверяемом преобразователе 9 устанавл ива ют Значение СВЧ-напряжения

U noBf и измеряют значение напряжения на образцовом преобразователе 5 Кобр,,.

Вычисляют значение СВЧ-напряжений на поверяемом 9 и образцовом 5 преобразователях Кобр и UnoB, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

UnOBf UriOBV

1 /li

Uo6p, (Uo6p + иобр,).

Измеренное на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжение запишем в виде

Uo6p Кобр Ur 1 -I-Гобр+

+ 2 Гобр cos ( + 2 А б), где Кобр - коэффициент пропорциональности, зависящий от волнового сопротивления поверяемого преобразователя 9;

Гобр и t/Ьбр - модуль и фаза коэффициента отражения образцового преобразователя.5;

Д$- сдвиг фазы отрезка 4;

Ur- напряжение генератора 1, приложенное к плоскости компарирования.

Таким образом, первый этап соответствует первому этапу компарирования с использованием проходного измерительного преобразователя.

На втором этапе для учета трансформации отрезка 4 между входом образцового преобразователя 5 и выходом отрезка 4 (фиг. 9) дополнительно включают отрезок 6, Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряже- ния UnoBjH измеряют напряжение на образцовом преобразователе 5 Uo6pr

Затем образцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками А и 8 и отрезком 6 (фиг. 10) меняют местами подключения к плоскости компарирования Т-разветеителя 3. На поверяемом преобразователе 9 вновь устанавливают значение СВЧ-напряжения Опов и измеряют напряжение на образцовом преобразователе 5

Uo6pr

Вычисляют значение СВЧ-напряжений на поверяемом 9 и образцовом 5 преобразователях Uo6p2. и UnoB2, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

UnoB2. UDOB,;.

: Uo6p2 (Uo6Pi+ Uoep.

Второе з начение измеренного на образцовом преобразователе СВЧ-напряжения будет равно

Uo6p4 Кобр Ur (1 +

+ Гобр - 2 Гобр cos ).

Второй этап соответствует второму этапу компарирования с использованием проходного термисторного преобразователя 2. На третьем этапе исключают отрезок 6

и вместо него включают отрезок 7 (фиг. 11), Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряжения и юв{ и измеряют напряжение на . образцовом преобразователе 5 Уобр. 06разцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и 8 и отрезком 7 (фиг. 12) меняют местами подключения к плоскости компарирования Т- разветвителя 3. На поверяемом

преобразователе 9 вновь устанавливают значение СВЧ-напряжения йпов4 и измеря- /,. ют СВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 5 Uo6p}.

Вычисляют значение СВЧ-напряжений

на поверяемом 9 Уповз и образцовом 5 Уобрз преобразователях, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

UnOBg- UnoB,.

Uo6p3 - (Uo6p3+ Кобр.).

Третье значение измеренного на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжения будет равног

Uo6p3 Кобр Ur 1 + Гобр- -2 Гобр cos|Vo6p + 2 А.;

На четвертом этапе вычисляют значение напряжения на образцовом преобразо- вателе 5, как если бы он был включен в плоскости компарирования

Uo6p UoGpgf Uo6p,.

Это значение можно выразить следующим образом:„ Uo6P Кобр Ur (1 + Г0бР - - 2 Гобр cos Ъбр),

Таким образом, напряжению Uo6p. на образцовом преобразователе 5 при его подключении к отрезку 4 соответствует напря- жение в плоскости компарирования Uo6p. Аналогичным путем можно найти напряжение Unoe в плоскости компарирования, соответствующее: напряжению Uo6p4 на образцовом преобразователе 5 при его под- ключении к отрезку 4.

На пятом этапе включают между поверяемым преобразователем 9 и выходом от- резка 8 отрезок 10 (фиг. 13). Устанавливают на образцовом преобразователе 5 напряже- ние, равное иобр, и измеряют соответствующее ему СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователе 9 Unoe4.

Образцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 совместно с мх отрезками 4 и 8

и отрезком 10 (фиг. 14) меняют местами подключения к плоскости компарирования.

Устанавливают на образцовом преобразователе 5 прежнее значение СВЧ-напря- жения Uo6p4 и измеряют напряжение на поверяемом преобразователе 9 11пов2.

На шестом этапе вычисляют второе значение СВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9, соответствующее одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

U

1 /,,

IVn

ПОВг+ UnOBg).

Это напряжение может быть Записано в виде2

UflOB КпОВ Uf (1 + АЛОВ +

+ 2 Гпов COS $IOB).

При этом напряжение 1)пов( выражается как2

UnoB Кпов Ur 1 + Гпов I + 2 ГповС08($10в + 2Д6М,

где Кпов коэффициент пропорциональности, зависящий от волнового преобразователя 9;

Гпов и VJOB - модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразователя 9;

Д0- сдвиг фазы отрезка 6;

Ur напряжение генератора, приложенное к плоскости компарирования.

На седьмом этапе отрезок 10 заменяют на отрезок 11 (фиг. 15}, устанавливают на образцовом преобразователе 5 прежнее значение ВЧ-напряжения измеряют напряжение на поверяемом преобразовате- ле UnoBj. Затем образцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и .8 и отрезком 11 (фиг. 16) меняют местами подключения к плоскости компарирования Т-разветвителя 3. На образцовом преобразователе 5 вновь устанавливают значение ВЧ-напряжения измеряют напряжение на поверяемом преобразователе 9 Un oBy

Вычисляют третье значение ВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9, соответствующее одному и тому значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскости компарирования

Z (Un08j+ UnOBj)13 2

Это напряжение запишем в виде

Unooj Кпов Ur 1 + Гпов - 2 Гпов COS (фювЧ-2 Д6Й.

На восьмом этапе вычисляют значение СВЧ-напряжения в плоскости компарирования, соответствующее трем подключениям

0

5

поверяемого преобразователя 9 и напряжениям на них

UnoB UnoBj Unosz,

которое запишем в виде

UnoB Кпов Ur 1 + Гпов +

+ 2 Гпов cos ( + 2 А.

Этапы первой и восьмой полностью совпадают с соответствующими этапами, осуществляемыми при компарировании схемой с проходным термисторным преобразователем 2..

Таким образом, напряжения Unos и Uo6p в плоскости компарирования соответствуют одному и тому же значению напряжения генератора, приложенного к плоскости компарирования.

20

VU06p./Pac4 Кобр Z006P

где ZonoB и Zo06p волновое сопротивление поверяемого и-образцового преобразователей.

Погрешность поверяемого преобразователя

аи

U

пов

пов

Uo6p

/ UnoB Uo6p/Расч

На практике преобладает вариант, при котором волновые сопротивления компари- руемых преобразователей совпадают. В этом случае напряжение в плоскости компарирования оказывается одним и тем же со стороны линий образцового и поверяемого преобразователей.

Диапазон частот предлагаемого способа по сравнению с прототипом расширяется в 2 раза в область более низких частот, так как для его осуществления требуются фазос- двигающие отрезки в 2 раза меньшей длины.

Формула изобретения

Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя, основанный на

поочередной подаче на образцовый и поверяемый преобразователи одинакового СВЧ напряжения через соответствующий отрезок линии передачи, измерении напряжений образцовым Uo6p и поверяемым UnoB преобразователями и вычислении погрешности поверки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, увеличивают длину каждого первоначального отрезка линии передачи до четверти волны, измеряют напряжения образцовым U06p и поверявмым Uhoe преобразователями, увеличивают длину каждого первоначального отрезка линии передачи на четверть; волны, измеа

UHOB + UnoB Unoe Ju

иЬбр+иВЬр-ийбрТ

QfioB Zo06o

линии передачи на четверть, вцлны, иэоте- г

ряют напряжения образцовым и пове-r e Zonoe/Zooep.-соответственно, волновые

ряемым ипов преобразователями, а5 сопротивления поверяемого и образцового

погрешность поверки вычисляют по форму-преобразователей, ле

а

UHOB + UnoB Unoe Ju

иЬбр+иВЬр-ийбрТ

QfioB Zo06o

г

Zonoe/Zooep.-соответственно, вол

Изобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более .низкой точности и предназначено для поверки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВН которых близок к единице. Цель изобретения - повышение точности. При проведении поверки измеряют напряжения образцового и поверяемого преобразовате- . лей при поочередной подаче на них постоянного СВЧ-напряжения через первый отрезок линии передачи (Кобр, Uлов), второй отрезок линии передачи, суммарная длина которого вместе с первым составляет четверть волны (Uof6p, Unoe), и четвертьволновый отрезок, присоединенный к первому отрезку линии передачи (Uo6p, Un os), Погрешность поверки вычисляют по формуле (UnoB + UnoB - Unoe)/(Uo6p + Uo6p - Мо бр) - l zonoB/zoo6p rAe zones Zoo6p волновые сопротивления поверяемого и образцового преобразователей.16 ил.

.f

Фиг.2

Фиг.З

РигЛ

Фиг.5

Фиг. 6

Фиг.й

К мосту