SU1497584A1 - Устройство дл измерени комплексного коэффициента отражени на СВЧ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерени м. Цель изобретени  - повышение точности и обеспечение измерени  нелинейных СВЧ-элементов. Устройство содержит СВЧ-г-р 1, управл емый аттенюатор 2, направленные ответвители 3, 5 и 10, вентили 4, 17 и 18, исследуемый двухполюсник 6, двухпозиционный фазовращатель 7, амплитудные модул торы 8 и 14, г-ры 9 и 15 НЧ, детекторы 11, 19, 23, 28 и 29, полосовые фильтры 12, 20 и 24, вольтметры 13 и 21, сумматоры 16, 22 и 26, усилители 25 и 27, компаратор 30 и индикатор 31 знака. В устройстве обеспечиваетс  возможность измерени  комплексного коэффициента отражени  (ККО) линейных и нелинейных СВЧ-объектов с повышенной точностью при учете неидеальности СВЧ-элементов измерительного тракта. При измерении ККО нелинейных СВЧ-объектов, завис щего от мощности, контролируетс  уровень падающей волны по показанию вольтметра 13. Высшие гармоники падающей и отраженной волны фильтруютс  за счет модул торов 8 и 14, модулируемых колебани ми разных частот. При этом амплитудна  зависимость ККО снимаетс  с помощью аттенюатора 2 в автоматическом режиме. Неидеальна  направленность ответвителей 3 и 5 и дисперси  всех эл-тов тракта интегрально учитываютс  в процедуре калибровки путем вычислени  калибровочных констант. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

4

Ф СП

СХ) 4

3149

циониый фазовращатель 7, амплитудные модул торы 8 и 14, г-ры 9 и 15 НЧ, детекторы 1I, 19, 23, 28 и 29, полосовые фильтры 12, 20 и 24, вольтметры 13 и 21 , сумматоры 16, 22 и 26 , усилители 25 и 27, компаратор 30 и индикатор 31 знака. В устр-ве обеспечиваетс  возможность измерени  комплексного коэффициента отражени  (ККО) линейных и нелинейных СВЧ- объектов с повышенной точностью при учете неидеальности СВЧ-эл-тов измерительного тракта о При измерении ККи нелинейных СВЧ-об Ьектов, завис ще-

го от мощности, контролируетс  уровень падаюп1;ей волшл по показанию вольтметра 13, Высгаие гармоники падающей и отраженной волны фильтруютс  за сч ет модул торов 8 и 14, модулируемых колебаниЯ1чи разных частот При этом амплитудна  зависимость ККО снимаетс  с помощью аттенюатора 2 в автоматическом режиме., Неидеальна  направленность ответвителей 3 и 5 и дисперси  всех эл-тов тракта интегрально учитываютс  в процедуре калибровки путем вычислени  калибровочных констант, 1 з.По ф-лы, 1 ил

Изобретение относитс  к радиотехнике СВЧ, в частности к измерени м на СВЧ, и может использоватьс  дл - измерени  комплексного коэффициента отражени  (ККО) линейных и нелиней- ных СВЧ-элементов и устройств.

Цель изобретени  - повьшение точности , и обеспечение измерени  нелинейных СВЧ элементов ,

На чертеже изображена структурна  схема устройства дл  измерени  комплексного коэффициента отражени  на СВЧ.

Устройство дл  измерени  комплекс- .ного коэффициента отражени  на СВЧ содержит СВЧ-генератор 1 управл емый аттенюатор 2, первый направленный от- ветвитель 3, первый вентиль 4, второй направленный ответвитель 5,исследуемый двухполюсник 6, двухпозицион- ный фазовращатель 7, первый амплитудный модул тор 8, первый НЧ-генератор

9,третий направленный ответвитель

10,первый детектор 11, первый полосовой фильтр 12, первый вольтметр 13 второй амплитудный модул тор 14,второй НЧ-генератор 15, первый сумматор 16,- второй 17 и третий 18 вентили , второй детектор 19, второй полосовой фильтр 20, второй вольтметр 21, второй сумматор 22, третий детектор 23, третий полосовой фильтр 24, первый усилитель 25, третий сумматор 26, второй усилитель 27, четвертый

28 и п тый 29 детекторы, компаратор 30 и индикатор 31 знака.

Устройство дл  измерени  .комплексного коэффициента отражени  на СВЧ работает следующим образомс

Гармоническое колебание генератора 1, амплитуду которого можно регулировать с помощью управл емого аттенюатора 2, через первый направленный ответвитель 3, первый вентиль 4 и второй направленный ответвитель 5 поступает на вход исследуемого двухполюсника 6 с, Гармоническое колебание , .ответвл емое первым направленным ответвителем 3, проходит через, двухпозиционный фазовращатель 7,модулируетс  по амплитуде первым амплитудным модул тором 8 и поступает через третий направленный ответвитель 10 и второй вентиль 17 на первый вход первого сумматора 16 Это колебание имеет следующий вид, соответственно:

при перпом положении двухпозицион ного фазовращател  7

x(t) с( + ni cosiJ t) (l

при втором положении двухпозицион ного фазовращател  7

x,(t) qc(l + m cosi7,t )cos(ujt + + V),(2)

где с - амплитуда колебани ; И|,fl - индекс и частота модул ции амплитудного модул тора 8; со - частота колебани , генерируемого СВЧ генератором 1; q - коэффициент, учитывающий

изменение амплитуды сигнала при переключении фазы двух- позиционным фазовращателем 7 v - фазовый сдвиг, вносимый при переключении двухпозиционо- го фазовращател  7, который

51

должен быть в окрестности 90(90 145).

На второй вход первого сумматора 16 через третий вентиль 18 подаетс  колебание, промодулированное по амплитуде вторым амплитудным модул тором 14, с выхода второго направленного ответвител  5о Это колебание записываетс  в виде:

y(t) D(l + , )cos( + 1) +

N

+ Т D;(l + m,co3.t)cos(iwt +

+ С.;), .(3)

где D - амплитуда колебани  первой

гармоники, ш, fij- индекс и частота модул ции

второго амплитудного модул тора 14;

ц) - фаза колебани  первой гармоники относительно колебани  x(t);

N - число высших гармоник, порожденных исследуемым двухполюсником 6; Dj,q).- их амплитуды и фазы.

Суммарные колебани  z(t) xjt) + y(t), z(t) x(t) + y(t) подаютс  на второй детектор 19 и с его выхода через второй полосовой фильтр 20, настроенный на разностную частоту Яр Я, - Sl,j, flpi Si,, Slpi Л на второй вольтметр 21 „ Показани  второго вольтметра 2 при двух положени х двухпозиционного фазовращател  7 соответствуют амплитудам комбинационных составл ю1цих колебаний z(t) и Zj(t) с разностной частотой Si,, которые равны

V ,m,cosiy;

(4)

V /±К, qcDra,in.((4; -gr )/, (S)

где V, V,j - показани  второго

вольтметра 21; К - коэффициент передачи

второго детектора 19 и второго полосового фильтра 20„

Из (4) и (З) следует, что высшие гармоники в (З) фильтрзпотс .

Дл  определени  знаков в выражени х (4) и (5) колебани  с выходов генераторов 9 и 15 суммируютс  вторым сумматором 22 и подаютс  на третий детектор 23. Гармоническое колебание разностной частоты Я.р , выделенное

975846

третьим полосовым фильтром 24,подаетс  на первый усилитель 25, обеспечивающий посто нство амплит уды сигнала на первом входе третьего сумматора 26 и посто нное напр жение с выхода четвертого детектора 28 на входе компаратора 30 На второй вход третьего сумматора 26 подаетс  коле10 бание посто нной амплитудой, поддерживаемой вторьгм усилителем 27, с выхода второго полосового фильтра 20 Суммарный сигнал с выхода третьего сумматора 26 подаетс  через п тьй

15 детектор 29 на второй вход компаратора ЗОо

Колебани  на входах третьего сумматора 26 могут быть либо в фазе, либо в противофазе, что соответствует

20 знакам + и - в (4) и (5)о В первом случае посто нное напр жение на выходе детектора 29 больше, чем на выходе четвертого детектора 28. Этому соответствует первое состо ние

25 компаратора 30 (высокий уровень), которое регистрируетс  индикатором 31 (например, светодиодом). Противофазному состо нию (знак - в (А) и (5)) соответствует второе сос30 то ние когтаратора 30 (низкий уровень )о Сигнал с выхода компаратора может быть непосредственно введен в ЭВМ как один двоичный разр д (бит). Колебание, ответвленное третьим

35 направлением ответвителем 10 и прошедшее первьй детектор 1I и первый полосовой фильтр 12, настроенный на частоту Я,, подаетс  на первый вольтметр 13. Показание первого

40 вольтметра 13 соответствует амплитуде составл ющей на частоте 51, этих колебаний, котора  равна соответственно

при первом положении двухпозицион45 ного фазовращател  7

3 ,;

(6)

при втором положении двухпозиционного фазовращател  7

50

V „

(7)

где Vj J V - показани  первого вольтметра 13;

К - коэффициент, учитьшаю- щи затухание сигнала при его прохождении ,по СВЧ-тракту.

Поделив выражение (7) на (б), вычисл ют коэффигшент, учитьтаю ций

изменение амплитуды сигнала при переключении двухпозиционного фазовра- пдател  7:

(4)

с1 -vvv

Поделив выражени  получают

J Lpoos tf; ;. LqpcosC V - be L (K/K,)

m

p D/c

Из (9) и (10) кое отношение

опре )

foTH Р L cosLf+ JLfsinif, (1 где Lpsin4 ( - Lp-q cosifcosy)/20 /qsiny, причем предполагаетс , что 1 известно.

Из-за неидеальности направленных ответвителей 3 и 5 рассогласовани  измерительного тракта первые гармоники колебаний на их выходах не пропорциональны только первым гармоникам одной из волн: падающей a(t) или отраженной b(t) как в идеальном рефлектометре, т„е, дл  амплитуд составл ющих с частотой ю колебаний y(t) справедливо

X

(t)

и

+ /1Ъ;

+ ъ.

(12) (13)

с с(а

D ja

где фазы отсчитываютс  относительно с о, {Ь , т , комплексные коэффициенты .

Поделив (13) на (12), вычисл ют ККО исследуемого двухполюсника

Г - cT/i- -р/1 /0

(14)

где PJ определ етс  из (П)

Si Ь-у/с/, ,- Lrf/ty , Sj /ь / калибровочные константы, определ емые в процессе калибровки устройства при присоединении к нему вместо исследуемого объекта трех образцовых нагрузок с известными ККО

Г,, Г,, Г,. При этом

дает

соотнощение (14) порож- три линейных уравнени  с трем 

неизвестными S, , S,2 s

975848

При измерении ККО нелинейных СВЧ- объектов, завис щего от мощности, необходим контроль фовн  падающей

, волны /а,/. С этой целью определ ют четвертую калибровочную константу S при подключении вместо исследуемого объекта образцового ваттметра, показани  которого Ро св заны с уровнем

to падающей волны /а / соотношением:

/, / ,/(1 - , (15)

РО

50 Ом,

где

а ККО образцового ваттметра Го расчитываетс  по измеренному р по формуле

(14),

В этом же режиме первым вольтметром 13 измер етс  V- и из (6) следует

0

5

0

5

0

5

0

5

(16)

(17)

с Vv,/K,m,, откуда с учетом (12)

/ / -

/а/

где 84. .,.

Подставл   в (17) вместо Р величину TO и вместо величину /а / из (l5), определ ют 84, что позвол ет при измерении ККО (г) нелинейного объекта контролировать уровень падающей волны по показани м первого вольтметра 1З

Таким образом, обеспечиваетс  возможность измерени  ККО линейных и нелинейных СВЧ-объектоБ с повышенной точностью при учете неидеальности элементов СВЧ-измерительного тракта Высшие гармоники падающей и отраженной волны фильтруютс  благодар  применению двух модул торов, модулируемых колебани ми разных частот, что обеспечивает измерение ККО нелиней- . 1ТЫХ объектов, причем амплитудна  зависимость ККО снимаетс  с помощью управл емого аттенюатора в автостатическом режиме о

Неидеальна  направленность первого и второго направленных ответвителей , дисперси  всех элементов тракта интегрально учитываетс  в процедуре калибровки путем вычислени  калибровочных констант о Процедура калибровки обеспечивает повышенную точность измерений без использовани  прецизионных дорогосто щих СВЧ-эле- ментов

Структура устройства дл  измерени  комплексного коэффициента отражни  ориентирована на его автоматизации с помощью ЭВМ,

Кроме , не требуетс  использование прецизионных СВЧ-элементов, поскольку все необходимые параметры наход тс  из процедуры калибровкио Необходима  разв зка каналов падающей и отраженной волны обеспечиваетс  включением вентилей 4,17 и 18о

Claims (1)

1. Формула изобретени  1 о Устройство дл  измерени  комплексного коэффициента отражени  на СВЧ, содержащее СВЧ-генератор, последовательно соединенные первый направленный ответвитель, вентиль и второй направленный ответвитель, выход которого  вл етс  выходом дл  подключени  исследуемого двухполюс- ника, первый амплитудный модул  тор, к модулирующему входу которого подсоединен первый НЧ-генератор, а к выходу - вход третьего направленного ответвител , первый детектор,соединенный с выходом ориентированного на падающую волну вторичного канала третьего направленного ответвител , последовательно соединенные первый сумматор и второй детектор, последовательно соединенные второй сумматор и третий детектор, третий сумматор , первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго усилителей, отличающее с   тем, что, с целью повышени  точности и обеспечени  измерени-  нелинейных СВЧ-элементов, между выходом СБЧ-генератора и входом первого направленного ответвител  включен управл емый аттенюатор, между выходом ориентированного на падающую волну вторичного канала первого нап0

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   равленного ответвител  и входом первого амплитудного модул тора включен двухпозиционный фазовращатель, выход первого детектора подключен к последовательно соединенным введенным полосовому фильтру и первому вольтметру , введены второй амплитудный модул тор и подключенньй к его модулирующему входу второй НЧ-генератор, причем вход второго амплитудного модул тора соединен с выходом ориентированного на отраженную волну вторичного канала второго направленного ответвител , а выход через введенный второй вентиль подключен к первому входу первого сумматора,второй вход которого через введенный третий вентиль подсоединен к выходу первичного канала третьего направленного ответвител , последовательно соединенные второй полосовой фильтр и второй вольтметр, вход второго полосового фильтра подключен к выходу второго детектора, а выход - к входу первого усилител , введен подключенный к выходу третьего детектора третий полосовой фильтр),выход которого соединен с входом второго усилител , первый и второй входы второго сумматора подключены,соответственно , к выходам первого и второго НЧ-генератора, четвертый и п тый детекторы, входы которых соединены соответственно с выходом второго усилител  и с выходом третьего сумматора, а выходы - с первым и вторым входами введенного компаратора , выход которого подключен к входу введенного индикатора знака,

   2,, Устройство по По1, о т л и - чающеес  тем, что детекторы выполнены квадратичными,. а усилители - в виде усилителей-ограничителей о