Измеритель комплексного коэффициента отражения Советский патент 1992 года по МПК G01R27/06 

(Л

С

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может использоваться для измерения полных сопротивлений СВЧ- двухполюсников. Цель изобретения - повышение точности. Измеритель содержит отрезок 2 линии передачи с продольной щелью, в которую введены два зонда 4 и 5, соединенные с фазометром 7. Зонды 4, 5 установлены на подвижной каретке. Цель изобретения достигается благодаря наличию второго зонда 5, расположенного от зонда 4 на расстоянии, равном четверти длины волны в отрезке 2. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-уст- ройств различного целевого назначения.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции.

На чертеже представлена структурная схема измерителя комплексного коэффициента отражения.

Измеритель комплексного коэффициента отражения содержит СВЧ-генератор 1, отрезок линии передачи 2 с продольной щелью, измеряемый двухполюсник 3, зонды 4, 5, подвижную каретку 6, фазометр. 7.

Измеритель комплексного коэффициента отражения работает следующим образом.

Гармонический сигнал определенной частоты от СВЧ-генератора 1 через отрезок

линии передачи 2 с продольной щелью поступает на измеряемый двухполюсник 3. При этом в линии передачи формируется режим смешанных волн. Ненаправленные зонды 4 и 5, введенные в продольную щель отрезка линии передачи 2, осуществляют ответвление сигналов. Начальные фазы сигналов, ответвляемых зондами 4, 5, определяются в следующем вид е:

I

00 00

arctg

Г| Sln(2/3li-y) 1 + I Г I Cos(2Јli )

П)

tto U2 - arcta iriSln(2ll2-tfO -Я 2 arct9 1+ | Г I Cos(2/ i2-iO

VJ

(2)

l/;

гдеIГ р - модуль и фаза комплексного коэффициента отражения двухполюсника 3;

И, 2 - расстояния зондов 4, 5 от плоскости подключения двухполюсника 3 к отрезку линии передачи 2 соответственно;

/3 2тг/Я - волновое число;

Я - длина волны в линии передачи.

Перед проведением измерений расстояние между зондами 4 и 5 устанавливается равным Я /4, что достигается путем перемещения зонда 5 по подвижной каретке 6 первого зонда 4. В этом случае 2 - И Я /4. Подставляя это значение в формулу (2) и учитывая, /Я , получим

-..Я|r|Sln(2lii- p)

1 РИ 2 + arctg 1 |г|

79) (3)

Сигналы с зондов 4 и 5 подаются на входы фазометра 7. Показания фазометра 7 равны

AV VЈ - Vi

(4)

+ arctg

Подставляя (1) и (3) в (4), получим, что

|Г| Sin(2fllii-l) 1 - |Г| Cos (20 И -(p)

Sin(2ffli )

ife -n+ arctg

1 + I Г I Cos( )

(5)

Постоянную составляющую п /2 фазового сдвига (5), которая не несет информации об измеряемых параметрах, можно исключить. При подключении к отрезку линии передачи 2 согласованной нагрузки (I Г| 0) показания фазометра 7 в соответствии с (5) будут равны п/2 . Путем введения компенсирующего сдвига фаз в опорный канал можно добиться нулевого показания фазометра 7.

Введем новую переменную X

X 2/3h- р.

С учетом этого формула (5) после преобразований перепишется в следующем виде:

Дт/ (Х) arctg

2 | Г I Sin x 1-1Г12

(7)

Таким образом показания фазометра 7 при перемещении каретки 6 (изменение X) будут изменяться по периодическому закону с периодом, равным 2 Проанализируем зависимость фазового сдвига от аргумента X. Определим сначала нули функции. Для

этого приравняем (7) к нулю, что приводит к уравнению

sin Хок 0.(8)

Решение этого уравнения дает

Хок К я(9)

где К 0, 1, 2 ... - порядковый номер нуля.

Определим экстремумы Д (X). Для этого продифференцируем(7) поХ и приравняем производную к нулю, что приводит к уравнению с

2 |Г |cosXn 0.(10)

20

Решение этого уравнения при|Г J 0. дает

Хп - у +JTn

(11)

где п 0, 1, 2 ... - номер экстремума.

Легко убедиться в том, что максимумы и минимумы функции (7) будут чередоваться. Подставляя (11) в(7), определим экстремальные значения фазового сдвига

30

arctg

2 |Г|

1 -lfl:

(12)

35 AV -arctg

2 1Г1

(13)

40

45

- максимум;

Д$2 минимум.

Таким образом, максимумы и минимумы фазового сдвига равны по абсолютной величине и отличаются только знаками. Обозначим абсолютную величину экстремумов через .

At/bax Д А #2

(14)

50

Путем преобразования можно получить квадратное уравнение

П2+

tg Д

(15)

Решение этого уравнения с учетом того, что |Г| 1 имеет вид

(16)

Оператор, перемещая подвижную каретку 6, добивается максимальных показаний фазометра 7, считывает эти показания и по формуле (16), рассчитывает модуль комплексного коэффициента отражения измеряемого двухполюсника 3.

По положению нулей фазового сдвига (9) определяем фазу коэффициента отражения, используя калибровку по образцовому короткозамыкателю. Процедура определения фазы такая же, как и в прототипе. Формула для определения фазы коэффициента отражения имеет следующий вид:

f- Ґ

Ht;

причем знак (+) в формуле берут, если сдвиг нуля фазового сдвига происходит в сторону

двухполюсника 3, а знак (-) - если в сторону СВЧ-генератора 1.

Измеритель комплексного коэффициента отражения позволяет повысить точность

и упростить конструкцию. Благодаря высокой точности измеритель может широко применяться для настройки элементов СВЧ-тракта радиотехнических систем. Формула изобретения

Измеритель комплексного коэффициента отражения, содержащий отрезок линии передачи с продольной щелью, в которой расположен первый зонд, установленный на подвижной каретке, второй зонд и фазометр, входы которого соединены с выходами первого и второго зондов соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, второй зонд установлен

на подвижной каретке первого зонда, на расстоянии Аь/4, где Я ь - длина волны в отрезке линии передачи, при этом второй зонд установлен в продольной щели.