Способ измерения параметров проходных сверхвысокочастотных элементов Советский патент 1981 года по МПК G01R27/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОХОДНЫХ

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

I

ЯлП|/Г-..ГГ

,;-., .;„ ц стоячей волны (результат многократных внутренних отражений от реферек сных плоскостей четырехполюсника). Коэффициент передачи устройства {(фиг. I), состоящего из каскадно соединенных сверхвысокочастотного элемента - четырехполюсника 1 и двух рассогласователей 2 и 3 (однородных длинных линир), описывается уравне.нием %-Sr-i()u2n. где ZQ- волновое сопротивление отрезка линии передачи - подводящих ли йий 4 и 5, равное сопротивлению подключаемой стандартной аппаратуры CZo 50 или 75 Ом). Уравнение определяет линейную связь между комплексными амплитудами падающей ( ) и прошедшей(О волнами в сечениях I и II. В свою очередь матрица описывает три каскадно соединенных четырехполюсника, - Aj - САг . где и 1 матрицы рассогласователей 2 и 3 соответственно на входе и выходе исследуемого сверхвысокочастотного элемента - четырехполюсника 1 Aj. При использовании в качестве рассогласователей 2 и 3 отрезков однородных линий без потер длиной (относительнсУ частоты измерения) и волновыми сопротивлени ями PJ и Рз соответственно, матриц которых известны, раскрываем зн чения А и А2 и, произведя указанное вьше перемножение матриц, получаем значения элементов матрицы JaABlfojM.. Lcf)J Li(p,oJLcDiL%oJ . 1 NpiAJПри подставлении полученных значени L.A j . матрицы выражение передачи име окончательный вид: ж А В --4-с --:-+D где А,В,С и Д - элементы исследуемо сверхвысокочастотно элемента - четырехп люсника 1; Р р. р волновые сопротивления рассогласователей четырехполюсников 2 и 3, ZQ - волновое сопротивление отрезка линии передачи - подводящих линий 4(5). При измерении параметра А четырехполюсник I ставят в режим короткого замыкания(lC3( ) по входу и холостого хода ( ХХ2 ) по выходу. Использование такого представления на СВЧ предполагает обеспечение лишь относительного изменения волнового сопротивления, в частности относительно Zo 50 Ом. При измерении параметра Cl3) физические внешние условия измеряемого четырехполюсника 1 меняют на протийоположные, т.е. измеряют при холостом ходе (ХХ) и коротком замыкании (КЗ2) на выходе. Что касается измерения (С ) параметра, то режим измеряемого четырехполюс1шка 1 близок к холостому ходу как по входу (ХХ, так и по выходу (XX 2). Параметр (В} измеряют при коротком замыкании на входе (КЗ и на выходе ( К3,2 ). Явления отражения волн на границе двух сред в СВЧ характеризуются коэффициентами отражения по напряженности электрического поля С Г ) . р. ,h WZH-- , , + И Подставляя в известное выражение коэффициента отражения рассмотренные вьше соотношения между значениями Л , р2 о получим окончательные определения условий, необходимых для измерения параметров Aj матрицы на СБЧ.. , А- |+гр;(/ hfpMxl; И Гвх/ -Гвык/. / гвых/; Д Кх/ /- шг/Значения модулей всех коэффициентов отражения при этом одинаковы и, для обеспечения необходимых режимов ( КЗ) и (ХХ), лежа:т в пределах (0,5-0,9. Выбор такого предела определяется с одной стороны отличием измеряемого волнового сопротивления Zy от Zi и требуемой точностью измерения polZoff С другой стороны обеспечением необходимого уровня прохождения (ХП нормальной работы индикатора при максимально рассогласованном измерительном тракте. 5 График и таблица измерения модуля yigfiH/ /CiggH/ пр...... на . Hi фиг,2. Из них следует, что измерение параметров на СВЧ связано с соблюдени ем некоторых фазовых ограничений. Как видно из таблицы, при измерении параметров А и D ( функция -tg-fi теоретическая погрешность минимальна в интервалах 0-60, 120-240 и 300360 . В точках р 90 и 270° погрешность максимальна и достоверност измерений уменьшается. При измерении коэффициентов С и В (функция )интервал достоверност измерений сдвинут на ± 90° и лежит в пределах 30-150 и 210-330°. Отсюда следует необходимость оперативного изменения фазоврго набега, т.е. изме нения частоты измерения. Поэтому практически, вместо рассогласователей 2 и 3 целесообразней использовать трансформацию сопротивления в некоторой полосе частот (мно гоступенчатый переход) с тем же коэффициентом трансформации. Устройство, реализующее способ (фиг.З), содержит генератор 1 высокой частоты, тройники 2 и 3, вентили 4-1, 4-2, измерительные приемники 5-1 , 5-2, гетеродин 6 и фазометр 7, рассогласователи 8 и 9, исследуемый сверхвысокочастотный элемент 10. Сигнал генератора 1 высокой частоты разделяется на два кйнала с помощью тройника 2. В каждом канале соответственно установлены вентили .4-1 и 4-2 для развязки каналов между собой. На выходе в качествё индикаторов каждого канала использованы из мерительные приемники 5-1 и 5-2 с обащм гетеродином 6 и фазометр 7, -подключаеюий к приемникам 5-1, 5-2 по промежуточной частоте, В каждый канал включены рассогласователи 8 и 9, в данном случае представляющие собой трехступенчатые переходы волнового сопротивления. Рассогласователь 8 обеспечивает тран формацию волнового сопротивления вни 6,3. Рассогласователь 9 - та кую же трансформацию вверх 6, относительно стандартного волнового сопротивления о 50 Ом, Перед измерением параметров проводится предварительная балансировка по уровню сигналов и их фазе. Для этого используются калиброванные ат94тенюаторы измерительных приемников 5-1 и 5-2 и фазовращатель фазометра 7, При измерении параметров сверхвысокочастотного элемента 10 его включают в один из каналов между paccoi- ласователями 8 и 9 и вновь производят балансировку. Разность показаний калиброванных аттенюаторов измерительных приемников 5-1 и 5-2 соответствует модулю измеряемого коэффициента передачи ///Д фазовращателя фазометра 7 измеряемой фазы 17 д . Для измерения других параметров четырехполюсника операции калибровки и определение отсчета повторяются с той лишь разницей, что они проводятся при другой комбинации рассогласователей 8 и 9. Так для измерения параметра 33 рассогласователи 9 и 8 меняются местами. При измерении остальных параметров используются рассогласователи одного типа; для измерения параметра В - рассогласователи 8, 9; для параметра С - рассогласователи 9, 9, Использование данного способа измерений параметров сверхвысокочастотных элементов позволяет измерять любую систему, не заботясь об обеспечении трудно выполнимого условия согласования, что особенно важно при исследовании новых СВЧ разработок, получить полную систему параметров сверхвысокочастотного элемента, не зависящих от нагрузки и генератора, что облегчает анализ и поиск новых рабочих режимов элементов, экспериментальное определение коэффициентов теоретически известной системы А параметров позволяет расширить возможности машинного анализа и синтеза, уточнить сосредоточенные эквивалентные представления на СВЧ. Формула изобретения Способ измерения параметров проходных сверхвысокочастотных элементов, основанный на сравнении амплитуд и фаз падающей и отраженной волн, прошедших через исследуемый сверхвысокочастотный элемент, включенный в отрезок линии передачи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений полной системы собственных параметров сверхвысокочастотных элементов, определение амплитуд и фаз осуществляют при пос771

ледовательном включении на входе и выходе исследуемого сверхвысокочастотного элемента рассогласователей с входными сопротивлениями соответственно выше и ниже волнового сопротивления отрезка линии передачи,при этом коэффициент отражения рассогласова3259. 8

.телей вырибают в диапазоне значений 0,5-0,9.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. Тишер Ф. Техника измерений иа СВЧ, М., Физматиздат, 1963, с.191-192 ( прототип).

J0° 60° 90° Ш° 150° т° 210° 2,0° 270 301 330° 360°

I

Фиг 2.