Устройство для измерения полных сопротивлений многополюсников Советский патент 1981 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике измерения на сверхвысоких частотах. Известны способы измерения полных сопротивлений СПИзвестно устройство, предназначенное для измерения полных сопротивлени на СЕЧ, которым является рефлектометр Рефлектометры находят все более широкое применение в измерениях как при низких уровнях мощности, так и на высоких мощностях, когда использование обычных измерительных линий затруднено . Недостатком использования рефлектометра является невысокая степень точности измерения фазы. Наиболее близким техническим решением как для способа, так и для устройства, предназначенного для измерения полных сопротивлений многополюсников, к предлагаемому является измерительная линия, представляющая собой прибор, измеряющий модуль и фазу коэффициента отражения от измеряемого многополюсника. Однако измерительная линия обладает рядом недостатков: во избежание больших ошибок измерений .y возникает необходимость строго контролировать квадратичность диода измерительной линии, что сопряжено с дополнительными измерениями, тратой времени, фазовые измерения с пЬмощью измерительной линии производятся с точностью до 0,05 мм (техническое описание измерительных линий типа Р1-i 7, ИКЛ-П1, ИКД-112 и др.), что на волнах Х, К- и выше диапазоне приводит к значительны оошбкам измерений, использование измерительных линий при повышенных мощностях затруднительно из-за искажения зондом электромагнитного поля в линии. По тем же причинам возникают существенные ошибки при измерении больших значений Цель изобретения - повышение точности измерений. 38 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения полных сопротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и раз вязывающий блок, введены направленный ответвитель паддющая, направленный ответвитель отраженная, тройник и короткозамыкающий поршень, при этом выход развязывающего блока соединен со входом направленного от,ветвителя падающая, выход которого соединен-с выходом направленного ответвителя отраженная, вход которого соединен с входом устройства через тройник, в который включен короткозамыкающий поршень. На фиг, 1 представлено устройство для измерения полных сопротивлений;н фиг . 2 - включение многополюсника и короткозамыкающего поршня в такт СВЧ на фиг. 3 - способ нахождения, полной проводимости многополюсника по круговой диаграмме проводимостей Вольперта-Смитта при измерениях с помощью короткозамыкающего поршня. Тстройство содержит источник 1 си нала, развязывающий блок 2, направленный ответвитель 3 падающая, направленный ответвитель 4 отраженная тройник 5, многополюсник 6, индикатор 7, короткозамыкающий поршень . (КЗП)8. . Способ измерения полных сопротивлений . многопо.шосников состоит из сле дующей последовательности операций. Калибровка КЗП, т.е. нахождение по шкале порщня последнего минимума, соответствующего его длине /4 (про изводится в режиме согласования трак та, когда на его конце находится согласованная нагрузка), Нахо сдение фазы коэффициента отражения в месте получения КЗП (производится в режиме холостого хода в плоскости вк.пючения многополюсника) , включающее калибровку индикатор . кого прибора при холостом ходе на конце тракта и длине КЗП, равной Л/4 компенсация поршнем реактивности тракта, существующей в месте подключения КЗП (нахождение на КЗП ближайшего к Л/4 минимума 6х посредством изменения длины КЗП по минимуму пока зания индикаторного прибора и вычисление фазы коэффициента отражения в месте подключения КЗП Измерение многополюсника при лине КЗП, равной Л/4. Измерение минимального значения оэ(Ьфициента отражения от исследуемоо многополюсника в режиме согласоания с помощью КЗП. При этом произодится фиксация рабочего положения ЗП йр и вычисление рабочей фазы оэффициента отражения в плоскости ключения КЗП v4 Построение на круговой диаграмме Вольперта-Смитта. Устройство работает следующим образом. Полученная от источника сигнала СВЧ мощность поступает в устройство, которое развязывает падающую и отраженнуш волны перед генератором, обеспечивая тем самым качество измерений, В основной высокочастотной тракт в противоположных направлениях включены два направленных ответвителя: направленный ответвитель падающая и направленный ответвитель отраженный. Мощность, ответвляемая каждым ответвителём, пропорциональна мощности падающей и отраженной волн. Сравнение этих мощностей производится при помощи кристаллических детекторов. Продетектированные сигналы, снимаемые с кристад/тических детекторов, подаются на вход низкочастотной электронной схемы индикатора, которая дает на своем выходе сигнал, пропорциональный отношению входных напряжений. Стрелочный прибор индика тора калибруется непосредственно в единицах KQ. бпособ измерения полных сопротивлений многополюсников основан на косвенном измерении фаз коэффициента отражения с помощью короткозамкнутого поршня. КПЗ представляет собой компактное устройство с плавно изменяющейся длиной, входит в комплект измерительной линии и существует в коаксиальном и волноводном исполнении. Он обладает чисто реактивной входной проводимостью, которая изменяется по закону котангенса с изменением длины поршня -JTo tgibe, где -jTg - входная проводимость КЗП, Уо волновая проводимость КЗП, ftr j волновое число, - длина КЗП. Способ измерения полных сопротив лений многополюсников базируется на теории длинных линий. Представим се длинную линию с волновой проводимостью То которую включен КЗП с той же волновой проводимостью (фиг. На конце основного измерительного тр&кта передачи находится измеряемы многополюсник с проводимостью 7 . Все проводимости нормированы относи тельно волновой проводимости тракта передачи. Задача прохождения полной провод мости многополюсника f сводится к нахождению проводимости в месте под ключения КЗП в сечении 2-2 (т) с последующей трансформацией измеренной проводимости -ул на предваритель но замеренный фазовый угол А по на правлению к нагрузке. При изменении длины КЗП меняется реактивная проводимость в сечении 2-2, Показание индикаторного прибора при этом меняется от минимума до максимума. В момент, когда реактивность окажется полностью скомпенсированной поршнем, там будет чисто активное сопротивление, и индикатор ный прибор покажет минимальное значение . На круговой диаграмме (фиг. З) произвольной точкой Xl 2. казана проводимость в сечении 2-2. Компенсация реактивности в месте под ключения поршня соответствует движен вдоль круга активной составлякндей Gn (жирная кривая) вправо до пересечени с осью число активных проводимостей -З G. Значение К., для этой проводимости jr будет наименьшим из всех значений , соответствуюпшх остальным проводимостям активной составляющей 0, Тьг Ч KCTV m-ln При длине КЗП, равной Х/4, индикаторный прибор будет измерять истин ное значение К{.у измеряемого многополюсника. Эту длину % /4 легко регистрируют на КЭП, когда на конце из рительного тракта находится согласованная нагрузка. Фазовый угол д Ч находят по изменению длины КЗП при холостом ходе в месте подключения многополюсника отн сительно длины КЗП, равной Я/4. При этом, изменяя длину КЗП до значения СХУ, добиваются минимального показания индикаторного прибора, а величину фазового набега определеяют как , К где Йуу - длина, при которой происходит компенсация реактивности в,месте подключения КЗП при холостом ходе в сечении многополюсника. Реактивную составляющую проводимости в сечении 2-2 находят по изменению длины КЗП относительно его значения Я /4. Для этого необходимо скомпенсировать реактивную составляющую проводимости в сечении 2-2, поместив измеряемый многопоюсник на конце измерительного тракта и изменив длину КЗП до черты, при которой показания индикатора станут минимальными K TVmiwФазовый угол, определяющий реактивную составляющую, найден как дСГр.А На круговую диаграмму проводимостей Вольперта-Смитта наносятся окружности истинного KCTV минимального C-TVmin также окружности активных проводимостей, верхние точки которых соприкасаются с окружностью минимального и кривую реактивной составляющей проводимости в сечении 2-2. Точка пересечения окружности истинного с кривой реактивной составляющей проводимости, удовлетворяющей условию согласования на К(у,,,, и является искомой величиной проводимости в сечении 2-2. Проводимость многополюсника находят, трансформировав проводимость fn на замеренный фазовый угол д1 из сечения 2-2 в сечение 1-1 по кругу истинного тракта с многополюсником. Полное сопротивление мнбгополюсника по известной величине полной проводимости находят по круговой иаграмме Вольперта-Смитта известным утем. Предлагаемым устройством можно прозводить быстрые и точные измерения, спользуя в качестве источника сигнаа свипирукиций генератор, в комплект оторого входят два направленных отетвителя (рефлектометр). Формула изобретения Устройство для измерения полных опротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и развязывающий блок, отличающе с я тем, что, с целью повьшения то ности измерений, в него введены направленный ответвитель падающая, направленный ответвитель отраженная, тройник и короткозамыканмций поршень, при этом выход разйязьшающего блока соединен со входом направленного ответвителя паданяцая, 8 выход которого соединен с выходом направленного ответвителя отраженная, вход которого соединен с входом устройства через тройник, в который заключен короткозамыкающий поршень. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . Головков А.А. и Швецов А.Н. Метод измерения комплекЬйых сопротивлений на СВЧ, - Радиоэлектроника, т. XXII, 1979.

ut,i I i-J4 Yn

.3