SU868635A1 - Устройство дл измерени полных сопротивлений многополюсников - Google Patents

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике измерения на сверхвысоких частотах.

Известны способы измерения полных сопротивлений СП.

Известно устройство, предназначен- ³ ное для измерения полных сопротивлений на СВЧ, 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 К^у возникает необходимость строго контролировать квадратичность диода измерительной линии, что сопряжено с дополнительными измерениями, тратой времени, фазовые измерения с пбмощью измерительной линии производятся с точностью до 0,05 мм (техническое описание измерительных линий типа Р1-17, ИКЛ-111, ИКЛ-112 и др.), что на волнах X-, К- и выше диапазоне приводит к значительный ошибкам 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 К^-у .

Цель изобретения - повышение точности измерений.

> 868635

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения полных сопротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и развязывающий блок, введены направленный ответвитель падающая, 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;на 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.

Устройство содержит источник 1 -сигнала, 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 . многополюсников состоит из следующей последовательности .операций.

Калибровка КЗП, т.е. нахождение по шкале поршня последнего минимума, соответствующего его длине /4 (производится в режиме согласования тракта, когда на его конце находится согласованная нагрузка).

Нахождение фазы коэффициента отражения в месте получения КЗП (производится в режиме холостого хода в плоскости включения многополюсника) , включающее калибровку индикатор. ного прибора при холостом ходе на конце тракта и длине КЗП, равной Λ/4, 'компенсация поршнем реактивности тракта, существующей в месте подключения КЗП (нахождение на КЗП ближайшего к λ/4 минимума посредством изменения длины КЗП по минимуму показания индикаторного прибора и вычисление фазы коэффициента отражения в месте подключения КЗП _д1,_⁸Л/4~^ехх

Измерение K_CTY многополюсника при длине КЗП, равной λ/4.

Измерение минимального значения коэффициента отражения от исследуемо₅ го многополюсника в режиме согласования с помощью КЗП. При этом производится фиксация рабочего положения КЗП Кр и вычисление рабочей фазы коэффициента отражения в плоскости _!0 включения КЗП _σ _ ^gl/4~^eP

Построение на круговой диаграмме Вольперта-Смитта.

Устройство работает следующим образом.

Полученная от источника сигнала СВЧ мощность поступает в устройство, которое развязывает падающую и отра2о женную волны перед генератором, обеспечивая тем самым качество измерений,

В основной высокочастотный тракт в противоположных направлениях включены два направленных ответвителя:

₂₅ направленный ответвитель падающая и направленный ответвитель отраженный, Мощность, ответвляемая каждым ответвителем, пропорциональна 'мощности падающей и отраженной волн.

₃₀ Сравнение этих мощностей производится при помощи кристаллических детекторов.

Продетектированные сигналы, снимаемые с кристадпических детекторов, подаются на вход низкочастотной электронной схемы индикатора, которая дает на своем выходе сигнал, пропорциональный отношению входных напряжений. Стрелочный прибор индикатора калибруется непосредственно в единицах К(^у .

Способ измерения полных сопротив·лений многополюсников основан на косвенном измерении фаз коэффициента от⁴⁵ ражения с помощью короткозамкнутого поршня. ,

КПЗ представляет собой компактное устройство с плавно изменяющейся длиной, входит в комплект измерительной ^J линии и существует в коаксиальном и волноводном исполнении, Он обладает чисто реактивной входной проводимостью, которая изменяется по закону котангенса с изменением длины порш55 ня где -jgy — входная проводимость КЗП, ТГо — волновая проводимость КЗП,’ — волновое число! β — длина КЗП.

Способ измерения полных сопротивлений многополюсников базируется на теории длинных линий. Представим себе длинную линию с волновой проводимостью , в которую включен КЗП с той же волновой проводимостью (фиг.2). На конце основного измерительного тракта передачи находится измеряемый многополюсник с проводимостью 7~_н. Все проводимости нормированы тельно волновой проводимости передачи.

Задача прохождения полной мости многополюсника сводится к нахождению проводимости в месте подключения КЗП в сечении 2-2 (Тэ_) ^с последующей трансформацией измеренной проводимости на предварительно замеренный фазовый угол И по направлению 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 индикаторный прибор покажет минимальное значение K_tTV.

На круговой диаграмме (фиг. 3) произвольной точкой 7Ί = G jB^ показана проводимость в сечении 2-2. Компенсация реактивности в месте подключения поршня соответствует движению вдоль круга активной составляющей Gq (жирная кривая) вправо до пересечения с осью число активных проводимостей 7¾ = Gj. Значение для этой проводимости будет наименьшим из всех значений К_ОТу, соответствующих остальным проводимостям активной составляющей G^, т.е.

Т-ь = ⁶5 = ' ^х 'Cw vrHrt

При длине КЗП. равной λ/4, индикаторный прибор будет измерять истинное значение K_tTV измеряемого многополюсника . Эту длину λ/4 легко реконце измесогла10

-н · относитракта проводипо измегистрируют на КЗП, когда на рительного тракта находится сованная нагрузка.

Фазовый угол а находят нению длины КЗП при холостом ходе в месте подключения многополюсника относительно длины КЗП, равной λ/4. При этом, изменяя длину КЗП до значения

868635 6 βχχ. добиваются минимального показания индикаторного прибора, а величину фазового набега определеяют как где — длина, при которой происходит компенсация реактивности вместе подключения КЗП при холостом ходе в сечении многополюсника.

Реактивную составляющую проводимости в сечении 2-2 находят по изменению длины КЗП относительно его значения λ/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 Κςγνιηϊη· Фазовый угол, определяющий реактивную составляющую, найден как

V к

На круговую диаграмму проводимостей Вольперта-Смитта наносятся окружности истинного К_Сту и минимального Κζ,τνπνΐη» ^{а также} окружности активных проводимостей, верхние точки которых соприкасаются с окружностью минимального Κ_&τνη,^_η и кривую реактивной составляющей проводимости в сечении 2-2.

Точка пересечения окружности истинного K_CTV с кривой реактивной составляющей проводимости, удовлетворяющей условию согласования на К и является искомой величиной проводимости в сечении 2-2. Проводимость многополюсника находят, трансформировав проводимость на замеренный фазовый угол из сечения 2-2 в сечение 1-1 по кругу истинного K_GTV тракта с многополюсником.

Полное сопротивление многополюсника по известной величине полной проводимости находят по круговой диаграмме Вольперта-Смитта известным путем.

Предлагаемым устройством можно производить быстрые и точные измерения, используя в качестве источника сигнала свипирующий генератор, в комплект которого входят два направленных ответвителя (рефлектометр).

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к радиотехнике , в частности к технике измерени  на сверхвысоких частотах. Известны способы измерени  полных сопротивлений СПИзвестно устройство, предназначенное дл  измерени  полных сопротивлени на СЕЧ, которым  вл етс  рефлектометр Рефлектометры наход т все более широкое применение в измерени х как при низких уровн х мощности, так и на высоких мощност х, когда использование обычных измерительных линий затруднено . Недостатком использовани  рефлектометра  вл етс  невысока  степень точности измерени  фазы. Наиболее близким техническим решением как дл  способа, так и дл  устройства , предназначенного дл  измерени  полных сопротивлений многополюсников , к предлагаемому  вл етс  измерительна  лини , представл юща  собой прибор, измер ющий модуль и фазу коэффициента отражени  от измер емого многополюсника. Однако измерительна  лини  обладает р дом недостатков: во избежание больших ошибок измерений .y возникает необходимость строго контролировать квадратичность диода измерительной линии, что сопр жено с дополнительными измерени ми, тратой времени , фазовые измерени  с пЬмощью измерительной линии производ тс  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 мощност х затруднительно из-за искажени  зондом электромагнитного пол  в линии. По тем же причинам возникают существенные ошибки при измерении больших значений Цель изобретени  - повышение точности измерений. 38 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  полных сопротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и раз в зывающий блок, введены направленный ответвитель паддюща , направленный ответвитель отраженна , тройник и короткозамыкающий поршень, при этом выход разв зывающего блока соединен со входом направленного от ,ветвител  падающа , выход которого соединен-с выходом направленного ответвител  отраженна , вход которого соединен с входом устройства через тройник, в который включен короткозамыкающий поршень. На фиг, 1 представлено устройство дл  измерени  полных сопротивлений;н фиг . 2 - включение многополюсника и короткозамыкающего поршн  в такт СВЧ на фиг. 3 - способ нахождени , полной проводимости многополюсника по круговой диаграмме проводимостей Вольперта-Смитта при измерени х с помощью короткозамыкающего поршн . Тстройство содержит источник 1 си нала, разв зывающий блок 2, направленный ответвитель 3 падающа , направленный ответвитель 4 отраженна  тройник 5, многополюсник 6, индикатор 7, короткозамыкающий поршень . (КЗП)8. . Способ измерени  полных сопротивлений . многопо.шосников состоит из сле дующей последовательности операций. Калибровка КЗП, т.е. нахождение по шкале порщн  последнего минимума, соответствующего его длине /4 (про изводитс  в режиме согласовани  трак та, когда на его конце находитс  согласованна  нагрузка), Нахо сдение фазы коэффициента отражени  в месте получени  КЗП (производитс  в режиме холостого хода в плоскости вк.пючени  многополюсника ) , включающее калибровку индикатор . кого прибора при холостом ходе на конце тракта и длине КЗП, равной Л/4 компенсаци  поршнем реактивности тракта, существующей в месте подключени  КЗП (нахождение на КЗП ближайшего к Л/4 минимума 6х посредством изменени  длины КЗП по минимуму пока зани  индикаторного прибора и вычисление фазы коэффициента отражени  в месте подключени  КЗП Измерение многополюсника при лине КЗП, равной Л/4. Измерение минимального значени  оэ(Ьфициента отражени  от исследуемоо многополюсника в режиме согласоани  с помощью КЗП. При этом произодитс  фиксаци  рабочего положени  ЗП йр и вычисление рабочей фазы оэффициента отражени  в плоскости ключени  КЗП v4 Построение на круговой диаграмме Вольперта-Смитта. Устройство работает следующим образом . Полученна  от источника сигнала СВЧ мощность поступает в устройство, которое разв зывает падающую и отраженнуш волны перед генератором, обеспечива  тем самым качество измерений, В основной высокочастотной тракт в противоположных направлени х включены два направленных ответвител : направленный ответвитель падающа  и направленный ответвитель отраженный . Мощность, ответвл ема  каждым ответвителём, пропорциональна мощности падающей и отраженной волн. Сравнение этих мощностей производитс  при помощи кристаллических детекторов . Продетектированные сигналы, снимаемые с кристад/тических детекторов, подаютс  на вход низкочастотной электронной схемы индикатора, котора  дает на своем выходе сигнал, пропорциональный отношению входных напр жений. Стрелочный прибор индика тора калибруетс  непосредственно в единицах KQ. бпособ измерени  полных сопротивлений многополюсников основан на косвенном измерении фаз коэффициента отражени  с помощью короткозамкнутого поршн . КПЗ представл ет собой компактное устройство с плавно измен ющейс  длиной , входит в комплект измерительной линии и существует в коаксиальном и волноводном исполнении. Он обладает чисто реактивной входной проводимостью , котора  измен етс  по закону котангенса с изменением длины поршн  -JTo tgibe, где -jTg - входна  проводимость КЗП, Уо волнова  проводимость КЗП, ftr j волновое число, - длина КЗП. Способ измерени  полных сопротив лений многополюсников базируетс  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 находитс  измер емы многополюсник с проводимостью 7 . Все проводимости нормированы относи тельно волновой проводимости тракта передачи. Задача прохождени  полной провод мости многополюсника f сводитс  к нахождению проводимости в месте под ключени  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 мен етс  реактивна  проводимость в сечении 2-2, Показание индикаторного прибора при этом мен етс  от минимума до максимума. В момент, когда реактивность окажетс  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. Компенсаци  реактивности в месте под ключени  поршн  соответствует движен вдоль круга активной составл кндей Gn (жирна  крива ) вправо до пересечени с осью число активных проводимостей -З G. Значение К., дл  этой проводимости jr будет наименьшим из всех значений , соответствуюпшх остальным проводимост м активной составл ющей 0, Тьг Ч KCTV m-ln При длине КЗП, равной Х/4, индикаторный прибор будет измер ть истин ное значение К{.у измер емого многополюсника . Эту длину % /4 легко регистрируют на КЭП, когда на конце из рительного тракта находитс  согласованна  нагрузка. Фазовый угол д Ч наход т по изменению длины КЗП при холостом ходе в месте подключени  многополюсника отн сительно длины КЗП, равной Я/4. При этом, измен   длину КЗП до значени  СХУ, добиваютс  минимального показани  индикаторного прибора, а величину фазового набега определе ют как , К где Йуу - длина, при которой происходит компенсаци  реактивности в,месте подключени  КЗП при холостом ходе в сечении многополюсника. Реактивную составл ющую проводимости в сечении 2-2 наход т по изменению длины КЗП относительно его значени  Я /4. Дл  этого необходимо скомпенсировать реактивную составл ющую проводимости в сечении 2-2, поместив измер емый многопоюсник на конце измерительного тракта и изменив длину КЗП до черты, при которой показани  индикатора станут минимальными K TVmiwФазовый угол, определ ющий реактивную составл ющую, найден как дСГр.А На круговую диаграмму проводимостей Вольперта-Смитта нанос тс  окружности истинного KCTV минимального C-TVmin также окружности активных проводимостей, верхние точки которых соприкасаютс  с окружностью минимального и кривую реактивной составл ющей проводимости в сечении 2-2. Точка пересечени  окружности истинного с кривой реактивной составл ющей проводимости, удовлетвор ющей условию согласовани  на К(у,,,, и  вл етс  искомой величиной проводимости в сечении 2-
2. 2. Проводимость многополюсника наход т, трансформировав проводимость fn на замеренный фазовый угол д1 из сечени  2-2 в сечение 1-1 по кругу истинного тракта с многополюсником. Полное сопротивление мнбгополюсника по известной величине полной проводимости наход т по круговой иаграмме Вольперта-Смитта известным утем. Предлагаемым устройством можно прозводить быстрые и точные измерени , спользу  в качестве источника сигнаа свипирукиций генератор, в комплект оторого вход т два направленных отетвител  (рефлектометр). Формула изобретени  Устройство дл  измерени  полных опротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и разв зывающий блок, отличающе с   тем, что, с целью повьшени  то ности измерений, в него введены направленный ответвитель падающа , направленный ответвитель отраженна , тройник и короткозамыканмций поршень, при этом выход разй зьшающего блока соединен со входом направленного ответвител  падан ца , 8 выход которого соединен с выходом направленного ответвител  отраженна , вход которого соединен с входом устройства через тройник, в который заключен короткозамыкающий поршень. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 . Головков А.А. и Швецов А.Н. Метод измерени  комплекЬйых сопротивлений на СВЧ, - Радиоэлектроника , т. XXII, 1979.

   ut,i I i-J4 Yn

   .3