Способ определения А.Н.Трушкина S-параметров четырехполюсника Советский патент 1993 года по МПК G01R27/04 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике.

Цель изобретения - повышение точности определения S-параметров.

По сравнению с известным способом предлагаемый проявляет новые технические свойства, заключающиеся в повышении точности определения S-параметров.

Эти свойства заявляемого способа являются новыми, так как в прототипе сигнал измерительного канала подают на исследуемый четырехполюсник, а после этого уже модулируют. В результате составляющая измерительного сигнала, вносящая вклад в погрешность измерения из-за конечной направленности ответвителя отраженной волны, оказывается промодулирована частотой QI + Q или QI - Q .Крометого, в прототипе сигнал частотой

QI + Q или QI - QI нормируется на сигнал с частотой 2 QI .В результате измерительный сигнал оказывается зависимым от коэффициента модуляции М2 амплитудного модулятора измерительного канала, который изменяется в диапазоне частот из-за изменения уровня модулируемого СВЧ сигнала. Поэтому указанные свойства заявляемого способа являются существенными.

Предложенный способ может быть реализован в работе устройства, структурная схема которого приведена на чертеже.

Устройство для определения S-параметров содержит соединенные последовательно СВЧ-генераГор 1, направленный ответвитель 2 опорной волны, направленный ответвитель 3 отраженной волны, амплитудный модулятор 4, направленный

00

о о

со со ю

ответвитель 5 падающей волны, четырехполюсник 6, направленный ответвитель 7 прошедшей волны и согласованную нагрузку 8, соединенные последовательно второй амплитудный модулятор 9, перестраиваемый фазовращатель 10, первый переключатель 11, сумматор 12, амплитудный детектор 13, блок 14 фильтров, второй переключатель 15, входами подключенный к выходам вторичных каналов ответвителей 5, 3, 7 падающей, отраженной и прошедшей волн, а выходом к второму входу сумматора 12, генераторы 16 и 17 низкой частоты подключенные соответственно к входам управления модуляторов 4 и 9.

Устройство работает следующим образом,

Генератор 1 вырабатывает СВЧ-сигнал, который ответвителем 2 делится на две части. Первая часть сигнала (измерительный сигнал) через основной канал ответвителя 2 поступает на ответвитель 3 отраженной волны и далее амплитудный модулятор 4. Модулятор 4 под действием сигнала генератора 16 модулирует этот сигнал низкочастотным напряжением частотой Q . Промодули- рованный сигнал подается через ответвитель 5 падающей волны на исследуемый четырехполюсник 6. Часть его с амплитудой Еа отражается и через ответвитель 3 попадает на третий вход переключателя 15, другая часть проходит через четырехполюсник 6 и через ответвитель 7 поступает,на четвертый вход переключателя 15. Сигнал падающей волны через ответвитель 5 поступает на второй вход переключателя 15. Немодулированная часть сигнала падающей волны с амплитудой РЗ из-за конечной направленности ответвителя 3 просачивается в канал отраженной волны и попадает на третий вход переключателя 15. Вторая часть сигнала через вторичный канал ответвителя 2 поступает на амплитудный модулятор 9, который под действием сигнала генератора 17 модулирует этот сигнал с частотой QI . Промодулированный сигнал проходит через фазовращатель 10, который установлен в состояние нулевого фазового сдвига, и поступает на первый вход переключателя 11 с амплитудой EL Переключатели 11, 15 устанавливаются в первое положение, поэтому на сумматор 12 поступает только сигнал опорного канала, который в дальнейшем детектируется детектором 13. Напряжение на выходе квадратичного детектора 13 имеет вид

Ui Ki3E3i(1 + Mi cos QI t)2,

где Ei - амплитуда опорного сигнала;

Mi - коэффициент амплитудной модуля ции модулятора 9;

Ki3 - коэффициент преобразования де тектора 13.

Сигнал Ui поступает на блок 14 фильт ров, который выделяет сигнал

10

U%2Ki3Ki4Ei2Micos Qi t,

где Ki4 - коэффициент передачи блока 14 фильтров.

Амплитуда напряжения U i измеряется.

После этого переключатели 11,15 устанавливаются во второе положение, поэтому на сумматор 12 через вторичный канал ответвителя 5 поступает только сигнал падающей волны измерительного канала, который

в дальнейшем детектируется детектором 13. Напряжение на выходе детектора 13 имеет вид

25

U2 Ki3 Е22 (1 + М2 cos Ф t)2

где Е2 - амплитуда сигнала падающей волны;

М2 - коэффициент амплитудной модуляции модулятора 4.

30Сигнал U2 поступает на блок фильтров 14, который выделяет сигнал

2K13K14E22M2COS Q t.

Амплитуда напряжения U 2 измеряется.

После этого переключатель 11 устанавливается в первое положение, а переключатель 15 - в третье положение. -Сигналы опорной и отраженной волн через переключатели 11 и 15 поступают на сумматор 12. Суммарный сигнал детектируется детектором 13, в результате на его выходе появляется напряжение

Уз Kis E2i(1 + Mi cos Qi t)2 + E22 (1 + M2 cos Qi t)2 + Е2з + 2E1 E2 (.1 + M1 cos Qi :X1 + M2COS Q t)cos( + ) + 2Ei Ез(1 Mi cos Qi t) cos (рь + 2 E2 Ез (1 + Мг cos Q t) cos ,(1) .

где Ез - амплитуда сигнала падающей вол- ны, просачивающаяся в ответвитель 3 отраженной волны;

. - фазовые сдвиги между сигналами EI, Ј2, Ез;

- фазовый сдвиг, обусловленный неидентичностью опорного и измерительного каналов.

Сигнал Us подается на блок 14 фильтров, на выходе которого появляется напряжение

U 3 К13 Kl4 MI М2 El Е2 COS ( (fr +

+ )cos( Qi +Q )(2)

Амплитуда напряжения U з измеряется.

Далее устанавливается фазовращатель 10 в состояние 90°-ного фазового сдвига и напряжение

U 4 KIS Ки Mi М2 Ei Е2 sin ( ( + + )cos(- Qi +Q )t(3)

получают аналогично U з. Амплитуда напряжения U 4 измеряется.

Далее определяют)5ц), ip по алгоритмам

/Sn/ V(U)2+(U4)2/UTU2 (4) (fb arctg (U 4/U 3) - A.

I Модуль и фаза коэффициента передачи четырехполюсника 6 определяются по аналогичной методике.

Анализ выражений (1) - (4) показывает, что предлагаемый способ позволяет исключить погрешности за счет конечной направленности ответвителя 3 отраженной волны, непостоянства в диапазоне частот коэффициента амплитудной модуляции М2 измери- тельного канала, благодаря чему и достигается поставленная цель,

Исключение погрешности за счет конечной направленности ответвителей позволяет снизить требования к точности их изготовления, а значит снизить и затраты на их производство. В итоге снижается сто0

5

0

5

имость измерительной аппаратуры СВЧ-ди- апазона.

Формула изобретения Способ определения S-параметров четырехполюсника, основанный на разделении непрерывного СВЧ-сигнала на измерительную и опорную составляюще, модуляции их частотами Qi Q , пропускании измерительной составляющей через исследуемый четырехполюсник, суммировании опорной и прошедшей через исследуемый четырехполюсник или отраженной от его входа составляющих, выделении их суммарного сигнала составляющей с частотой

Qi + Q или Qi - Qz и вычислении искомых параметров, отличающийся тем, что с целью повышения точности, модуляцию измерительной составляющей осуществляют перед ее подачей на вход исследуемого четырехполюсника, дополнительно выделяют сигналы с частотами

QI и Qi измеряют их амплитуды UK U2. измеряют сигналы с частотами Qi + Q или Qi - Qz при двух значениях фазы опорной составляющей, отличающихся на 90°, а модуль и фазу искомых параметров определяют по формулам

30

/S/ иЗ+ U4VVUi U2 ip arctg (1)4/1)3)- .

где Us - амплитуда сигнала частотой Qi + С или QI - Qs. при начальном значении фазы опорной составляющей; 1М - амплитуда сигнала частотой Qi + Qz или QI - значениях фазы опорной составляющей, отличающийся на 90°; A.f - фазовый сдвиг, обусловленный неидентичностью опорного и измерительного каналов.

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике. При определении S-параметров четырехполюсника сигнал разделяют на измерительную и опорную составляющие, модулируют каждую из них разными частотами QI Ог. суммируют опорную и прошедшую через четырехполюсник или отраженную от его входа составляющие, выделяют из суммарного сигнала составляющие с частотой QI + QZ или QI - Q. , причем измерительную составляющую модулируют перед подачей на четырехполюсник, дополнительно выделяют и измеряют сигналы с частотами QI и , амплитуды составляющих с частотой QI + QS. или QI - Q измеряют при двух отличающихся на 90° значениях фазы опорной составляющей. Измеренные значения амплитуд используют для вычисления искомых параметров. 1 ил. (Л С