SU1282020A1 - Устройство дл измерени модул и фазы коэффициента отражени СВЧ-двухполюсника - Google Patents

Abstract

Изобретение и.б. использовано во встроенных автоматич. измерительных системах. Цель изобретени  повышение точности измерений. Устр- во содержит СВЧ г-р 1, четырехзондо- вый датчик 2 полных сопротивлений, эл-ты св зи 5-8 датчика 2, четьфех- канальный СВЧ-коммутатор 9, блок управлени  (БУ) 10, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 1-й гармоники частоты коммутащш, амплитудный детектор (АД) 13,управ- л емьй делитель 21 напр жени , индикатор 22, фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25, исследуе- мый СВЧ-двухполюсник 4. Вновь введены управл емый СВЧ-фазовращатель 3, два полосовых фильтра 14 и 17 2-й гармоники частоты коммутации, АД 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 19 отношений БУ 20. 1 ил. I с 

Description

o

СХ)

ю

о ю

1

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано во встроенных автоматических измерительных системах.

Цель изобретени  - повышение точности измерений в полосе частот.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  модул  и фазы коэффициента отражени  СВЧ-двухполюсника..

Устройство дл  измерени  модул  и фазы коэффициента отражени  СВЧ- двухполюсника содержит СВЧ-генера- тор 1, четьфехзондовьгй датчик 2 полных сопротивлений, управл емый СВЧ- фазовращатель 3 и исследуемый СВЧ- двухполюсник 4. Элементы св зи 5-8 четырехзондового датчика 2 полных сопротивлений, четырехканальный СВЧ коммутатор 9, первый блок 10 управлени , квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 первой гармоники частоты коммутации, первый амплитудный детектор 13, первый полосовой фильтр 14 второй гармоники частоты коммута1Ц-1и, второй амплитудньш детектор 15, электронный ключ 16, второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации, третий амплитудный детектор 18, измеритель

19 отношений, второй блок 20 управл ни , управл емый делитель 21 напр жни , индикатор 22, фазометр 23, инд катор 24 фазы, пороговьш блок 25.

Устройство дл  измерени  модул 

и фазы коэффи1щента отражени  СВЧ- двухполюсника работает следуюш11м об разом.

Сигнал посто нной амплитуды (11) от СВЧ-генератора 1 поступает через четьфехзондовый датчик 2 и управл емый СВЧ-фазовращатель 3 к исследуемму СВЧ-двухполюснику 4.

Отраженна  волна интерферирует с падающей. Анализ распределени  пол  осуществл етс  с помощью четырех элментов св зи 5-8 четырехзондового датчика 2, размещенных в различных сечени х таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны на верхней частоте диапазона.

Четьфехканальный СВЧ-коммутатор по сигналу с первого выхода блока 1 периодически коммутирует с частотой 52 каждый из выходных сигналов эле- ментов св зи 5-8 четьфехзондового датчика 2 в канал. При этом н выходе,четьфехканапьного СВЧ-коммут

0

2

тора 9 получаетс  сигнал в виде периодической последовательности радир- импульсов. Этот сигнал детектируетс  квадратичным детектором 11, выходной сигнал которого  вл етс  периодической функ1щей.

Полосовой фильтр 12, настроенный на частоту SI , выдел ет первую гармонику выходного сигнала квадратичного детектора 11. Напр жение с выхода полосового фильтра 12 поступает на вход первого амплитудного детектора 13,-выходное напр жение которого зависит от частоты, и цри ее .уменьшении из- мен етс  при посто нном коэффициенте отражени .

Корректировка частотной зависимости проводитс  следующим образом.

Выходной сигнал квадратичного детектора 11 подаетс  на вход первого полосового фильтра 14 второй гармоники , выходной сигнал которого детектируетс  вторым амплитудным детектором 15.

Выходное напр жение второго амплитудного детектора 15 определ етс  вы

ражением:

и к к А.

то

ъ А

(1)

-

-

коэффициент передачи первого полосового фильтра 14 второй гармоники на частоте 22;

коэффициент передачи второго амплитудного детектора 15;.

+ Ь - амплитуда второй гармоники частоты коммутации;

а , bj - коэффициенты разложени  в р д Фурье. Коэффициент а„ определ етс  вьфа50

45

жением:

2

т

U(t ) cos 2 5i tdt. (2)

Выражение дл  U имеет вид:

В ККзК.1),, |„-I I

Sin

il

COS

sin If

J& 2

(3)

где К - коэффициент пропорциональности .

Из формулы (3) видно, что втора  гармоника по вл етс  только при час3

тотной расстройке, а при fi Д

0, так как

10,

1, 2) - Ц

Jr5 п cos --- - и.

Но напр жение на выходе второго амплитудного детектора 15 зависит не только от частотной расстройки

, . ;j Jr J5 (члены sinq --- : cos -). но и -от о /

модул  I г| и фазы (член sin Ч) комплексного коэффициента отражени . Дл  того, чтобы получить информацию только о частотной расстройке, необходимо зависимость от | г и f исключить.

Дп  этого выходной сигнал квадратичного детектора 11 подаетс  на электронный ключ 16, управление которым осуществл етс  с третьего выхода блока 10 управлени , электронный ключ открываетс  только на врем , когда на выходе квадратичного детектора 11 по вл ютс  напр жени  B-J, Bj (сигналы с элементов 6 и 7 св зи четырехзондового датчика 2). При этом выходной сигнал (U ) электронного ключа 16  вл етс  периодической функ1щей.

Второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации выдел ет вторую гармонику сигнала Ug(t ). Выходной сигнал (U,,,) второ- То полосового фильтра 17 детектиру- 1етс  третьим амплитудный детектором 18, напр жение на выходе которого имеет вид:

,.

(4)

коэффициент передачи второ

го ПОЛОСОВОГО фильтра второй гармоники 17 на частоте 2ьг;

коэффициент передачи третьего амплитудного детектора 18;

амплитуда второй гармоники

частоты коммутации, ажение (4) имеет вид:

.|x

. Ч. I I

j(

, . ,35/5 jrji . , .jsin (-- sin4(.

(5)

Из выражени  (5) видно, что напр  жение на выходе третьего амплитудного детектгрра 18 зависит от частотной

. ЗЗГВ расстройки (член --- - ---) от мо8 8

дул  |Г| и фазы (член sin Ч ) комплексного коэффициента отражени  исследуемого СВЧ-двухполюсника 4. Следовательно сигнал, завис 1ций только от частотной расстройки, можно сформировать , если подать Ц на вход делимого измерител  19 отношений, а и j - на вход делител . Тогда выходное напр жение измерител  отношений 19 с учетом выражений (3) и (5) имеет вид:

I cos - тт iiSiiSi,J

-J Т/-Т/-1У- l 4)

14

. JS

sin ---- -- (6)

где К - коэффициент передачи измерител  19 отношений. Из выражени (6) видно,чточлен 2 К.КК /К величина посто нна 

а член I sin cos -т- /sin (-o о / о

- I несет информацию о частот-/ 8

ной расстройке. Каждому значению частоты в рабочем диапазоне соответ- ствует единственное значение . циента

JL.

8

5iS cos --35

. f 3W n X

sin (-gg- )

0

a значит и единственное значение

. jiS коэффициента sin --- .

Напр жение с выхода измерител  19 отношений подаетс  в блок 20 управлени , который осуществл ет установку коэффициента передачи управл емого делител  21 напр жени  в соответствии с формулой:

К

Кс

ЗРН

. lt&

sin -- (7)

где KO - коэффициент передачи управл емого делител  21 напр жени  при А (о (S 1). Напр жение на выходе управл емо- го делител  21 нанр жени  имеет вид:

55 и,, , .

is

- cos 2 4 cos t - . (8 )

5128

Это напр жение подаетс  на инди- ч катор 22, шкала которого калибруетс  непосредственно в значени х | т |.

Из (8) видно, что погрешность измерени  модул  кошшексного- коэффициента отражени  определ етс  только частотным коэффициентом , т.е. в предлагаемом измерителе достигнуты така  же точность измерени  и широко- полосность, так и в известном, но без введени  корректирующего канала, что значительно расшир ет его функциональные возможности, так как позвол ет использовать его дл  цепей

встроенного контрол .

Напр жение (U ) с выхода полосового фильтра 12 подаетс  на вход фазометра 23, на опорный вход которого поступает опорное напр жение со второго выхода блока 10.

Сигнал с выхода фазометра 23 подаетс  на индика.гор 24 фазы, шкала которого калибруетс  непосредственно в значени х Ч .

Если фаза коэсЬфициента отражени  исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 равна О , 180° или 360°, то напр жени 

и

10

и , согласно выражени м (3) и

и

(5), обращаютс  в нуль. Измеритель 19 отношений, из-за нулей на обоих входах, работать не будет. Следовательно , возникает неопределенность в определении частотной расстройки. Дл  исключени  этой неопределенности в измеритель введены пороговый блок 25 и управл емый СВЧ-фазо - вращатель 3 (дискретный). Сигнал (и j ) с выхода фазометра 23 кроме индикатора фазы поступает на порогоотличающеес  тем, что-, . целью повышени  точности измерений полосе частот, в него введены перв и второй полосовые фильтры второй

вьй блок 25, который,если фаза иссле- 40 гармоники частоты коммутации, злак

дуемого СВЧ-двухполюсника 4 находитс  в пределах О - 5% 175 - 185% 355 - 360°, вырабатывает сигнал (), который подаетс  на управл ющий вход управл емого СВЧ-фазовра- щател  3. При этом сдвиг по фазе, вносимый управл емым СВЧ-фазовраща- телем 3, з величиваетс , например, на

-г- , т.е. к фазе исследуемого СВЧ- двухполюсника добавл етс  посто нна 

ТГ величина, равна  --45

50

2 При этом напр жени  U

и,,, на

тронный ютюч, второй и третий ампли тудные детекторы, измеритель отнош ний, второй блок управлени , порог вый блок и управл ем1з1й СВЧ-фазовращ тель, при этом входы первого и втор го полосовых фильтров второй гармо ки частоты коммутации - одного неп средственно, а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управл ющи вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управ лени , выходы полосовых фильтров вт рой гармоники частоты коммутации с

входах измерител  19 отношений отлич- 55 бтветственно-чере з второй и третий ны от нул . Таким образом полносч ью :амплитудные детекторы соединены с исключена неопределенность в определении частотной расстройки.

входами измерител  отношегшй, выход которого tiepes второй блок управле

Дп  точного определени  фазы коэффи- Щ1ента отражени  исследуемого СВЧ-двух- полюсника 4 в этом случае следует из показаний на индикаторе 24 фазы, вычесть

2

зовращател  3 сигнализируетс , например , с помощью светодиода, устапов- . ленного непосредственно на папели индикатора 24 фазы.

Состо ние управл емого СВЧ-фа5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  модул  и фазы коэффигщента отражени  СВЧ- двухполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, че- тырехзондовый датчик полных сопротивлений , последовательно соединенные четырехканальньш СВЧ-коммутатор, сигнальные входы которого подключены к элементам св зи четырехзондового датчика полных сопротивлений, квадратичный детектор, полосовой фильтр первой гармоники частоты коммутации, перв1)Ш амплитудный детектор, управл емый делитель напр жени , индикатор, фазометр , подключенный измерительные входом к выходу полосового фильтра первой гармоники частоты коммутации, индикатор фазы, соединенный входом с выходом фазометра, и первый блок управлени , первый выход которог о подключен к управл  о (ему гходу четырех- канального CBЧ-кo мyтaтopa, а второй 35 выход - к опорному входз фазометра,

   отличающеес  тем, что-, с . целью повышени  точности измерений в полосе частот, в него введены первьй и второй полосовые фильтры второй

   0

   40 гармоники частоты коммутации, злак

   тронный ютюч, второй и третий амплитудные детекторы, измеритель отношений , второй блок управлени , пороговый блок и управл ем1з1й СВЧ-фазовраща- тель, при этом входы первого и второго полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации - одного непосредственно , а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управл ющими вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управени , выходы полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации собтветственно-чере з второй и третий амплитудные детекторы соединены с

   бтветственно-чере з второй и третий амплитудные детекторы соединены с

   входами измерител  отношегшй, выход которого tiepes второй блок управле712820208

   ни  соединен с управл ющим входомщател , вход которого подключен к выуправл емого делител  напр жени ,ходу четьфехзондового датчика полных

   вход порогового блока соединен с вы-сопротивлений, а выход  вл етс  выходом фэзометра, а выход - с управл - ходом дл  подсоединени  входа иссле- ющим входом управл емого СВЧ-фазовра- .5 дуемого СВЧ-двухполюсника.