Способ измерения комплексного коэффициента отражения свч- двухполюсников

Способ измерения комплексного коэффициента отражения свч- двухполюсников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности и обеспечение возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсников. Способ измерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников заключается в измерении мощностей линейных комбинаций падающей и отраженной волн. Поставленная цель достигается тем, что отфильтровывают низкочастотные составляющие первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн, измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P<SB POS="POST">1</SB> и P<SB POS="POST">2</SB>, измеряют мощность суммы первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P<SB POS="POST">3</SB>, сдвигают по фазе первую и вторую линейные комбинации падающей и отраженной волн на углы φ<SB POS="POST">1</SB> и φ<SB POS="POST">2</SB>, вновь измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P<SB POS="POST">1</SB> и P<SB POS="POST">2</SB>, вновь измеряют мощность суммы первой и второй комбинаций падающей и отраженной волн P<SB POS="POST">3</SB>, а комплексный коэффициент отражения вычисляют по формуле, в которую входят измеренные мощности, а также константы, определяемые при калибровке по трем образцовым нагрузкам. 1 ил.

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1606946 А1,.> Я0 (((( ())5 6 01 R 27/Об

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfft(IM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21.) 4438318/24-09 (22) 08. 06.88 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (71) Горьковский политехнический институт (72) А.Н.Зайцев и С.В.Логанов (53) 621.31?.341.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1237994, кл. G 01 R 27/06, 1984.

Kngen G.P. The six-port reflectometer: an alternative network

analyser. — IEKE Trans., 1977, v. MTT-25, № 12, р. 1080-1083, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ СВЧ-ДВУХПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения — повышение точности и обеспечение возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсников. Способ из.мерения комплексного коэффициента отражения СВЧ-двухполюсников заклю-

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) линей-ных и нелинейных СВЧ-двухполюсников.

Цель изобретения — повьппение точности и обеспечение возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсников чается в измерении мощностей линейных комбинаций падающей и отраженной волн. Поставленная цель достигается тем, что отфильтровывают низкочастотные составляющие первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн, измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн Р, и Р, измеряют мощность суммы первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн P, сдвигают по (;.азе первую и вторую линейные комбинации падающей и отраженной волн на углы (1(и („, вновь измеряют мощнос( ти первой и второй линейных комбина( ций падающей и отраженной волн P и P, вновь измеряют мощность суммы ( первой и второй комбинаций падающей и отраженной волн Р>, а комплексный коэффициент отраженйя вычисляют по формуле, в которую входят измеренные мошности, а также константы, 1 определяемые при калибровке по трем образцовым нагрузкам. 1 ил.

На чертеже изображена электрическая функциональная схема устройства для осуществления способа измерения компл екс ног 0 коэффициента отражения

СВЧ-двухп олюс нико в.

У(òð ойство с од ержит СВЧ-r ен ер атор

1, управляемый аттенюатор 2, рефлектометр 3, СВЧ-двухполюсник 4, первый фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), первьп вентиль 6, первый отключатель

1606946 (1) (2) (4)

Р9 Р2 Р! сos Q

2 PIP ((Р9

cos(Q +Щ)

2 i(P

sin+ = (соз(1» cos A(p- сов((17+ () 55

+ (»»1»)) /sin БАР, что позволяет определить величину (соя g + j в(пЦ7 7, (77

7, второй вентиль 8, пассивный четырехполюсник 9, синфазный мост 10, второй фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), третий вентиль 12, второй отключатель 13, четвертый. вентиль 14, пер5 выл» 15 и второй 16 ваттметры.

Спссоб осуществляют следу»ащим о6ра з ом.

Формируют две линейные комбинации пада ющей (а) и отр аже иной (b ) волн, сущест вующих в от сч ет ной пл оскости исследуемого СВЧ-двухполюсника: I

С = »»(,а+ Pb

I5

D= а+ tb, 1 где»j(,, (и О - комплексные коэффициенты, а фазы отсчитываются отHocHTKII7Ho С.

При этом, комплексный коэффициент 20 отражения равен

4 » а

Г = (P - К,)/(К -РК ) (3)

I где Р = V/Ñ,. а К, = g/М, К2 = (((»(, К = ) /g — калибровочные конс- 25

9 танты, При прохождении волн С и D через линейные цепи, имеющие соответственно затухание q» и q+.è фазовые сдвиги.(0 и (»(, из волн С и В формируют допОлнительно виоле»ь», Ч2

С = q Се и П = q

e ° с 7

Если волны С, С, Й D нормированы, то их мощности, а также мощности сумм этих волн:

P, =- C2/2, P, = о,с2/2, P = В2/2 Р = q2D2/2

P = С2/2 + D2/2 + CD cospi

3

Р == Ч С /2 + q2D2/2 +

+ q»q CD cos (() + М ), где (— фаза волны D по отношению к

45 волне С.

Из (4) следует, что связанную с искомым комплексным коэффициентом отражения выражением (3) .

Для определения К,, К и К9 для каждой фиксированной частоты проводят стандартную калибровку по трем образцовым нагрузкам с известными

KK0Г, Г, и Гз. г.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал СВЧ-генератора 1 через управляемь»й аттенюатор 2 и рефлектометр 3 поступает на вход исследуемого СВЧ-двухполюсника 4. Сигнал с выхода падающей рефлектометра 3 через первый фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), первый вентиль 6, первый отключатель 7, второй вентиль 8 и пассивный четырехполюсник 9 поступает на первый вход синфазного моста 10. Сигнал с выхода отраженной рефлектометра 3 через последовательно соединенные второй ФНЧ 11, третий вентиль 12, второй отключатель

13 и четвертый вентиль 14 поступает на второй вход синфазного моста 10.

Сигналы с первого и второго выходов синфазного моста 10 поступают на ваттметры 15 и 16. TBK как рефлектометр 3 и СВЧ-тракты неидеальны, то сигналы на выходах падающей и отраженной рефлектометра 3 согласно уравнениям (1) и (2) пропорциональны линейным комбинациям падаю7 l щей (а) и отраженной (Ь) волн.

Сигналы, поступающие на ваттметры 15 и 16, в случае, если.отключатель 7 находится в состоянии "Включено", а отключат ель 13 — "Выключено", соответственно равны х,(t) = С cos I5) t, (8) у (t) = q С cos(ut »ср),,9) где С и q»C — нормированные амплиту« ды сигналов, Ч коэффициент, учитываю( ший несимметрию амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) синфазного моста 10 .для сигналов х ((t) и у,(t), — фазовый сдвиг сигнала

I у, (t) по отношению к сигналу х «(t), Q — круговая частота.

Если отключатель 7 находится в состоянии "Вь(»<л(очено", а отключатель

13 — Включено", то сигналы, посту5 !6 пающие на ваттметры 15 и 16, соответственно равны

x,(t) = D cos(Qt +М); (10) (11) у2() = q>D cos(g t +

Ч2) i где D и (1 D — нормированные амплитуды сигналов;

Ч - коэффициент, учитывающий неидеальность АЧХ синфазного моста 10 для сигналов х (т) и у2( (— фаза колебания сигнала х2((.) по отношению к сигналу х < (t); ((/ — фазовый сдвиг сигнала

Чя

y2(t) по отношению к сигналу х ().

Если отключатели 7 и 13 находятся в состоянии "Включено", то сигналы, поступающие на ваттметры 15 и 16у соответственно равны (14) (15) Q = + arccos(cos C!! ) (C!!+ b(f) =+ А где А = arccos$cos(Q + 6$)J;

При малом gq l< ((/4 углы (!! и А имеют одинаковый знак, т,е. х (t) = С cosset +

+ D cos(CD t + (P) !; у (t) = q C cos(Qt +(f ) +

3 (13)

+ q2D cos(t +1+92) °

Показания; ваттметров 15 и 16 пропорциональны квадратам амплитуд колебаний, определяемых уравнениями (8) и (13) и соответственно. равны: для ваттметра 15 — мощностям Р1, .Р2 и Рз, i для ваттметра 16 — мощностям P

i i а 3"

По этим показаниям находят величины соз!,) и соя(!)+ Я) по формулам (5), а затем sin (p по формуле (6) . Величину р определяют по формуле (7), а искомый ККΠà — по формуле (3).

Перед калибровкой устройства .вмес. то исследуемого СВЧ-двухполюсника подключают короткозамыкатель с подвнжным короткозамыкателем и приблиг женно известным значением Г. Перемещая короткозамыкат ель, добиваются,,чтобы 0 а соз!1!! (0,5, после чего вычисляют величины

06946 (16) by=t (A -У), где для А и (взяты положительные з нач ения .

Выполнив калибровку по трем образцовым мерам, вычисляют два набора калибровo(iHbm констант К i, К2 и К3 ° один — при ЙЦ) ) О, другой — при

Ц <. О, так как знак 1 (. неизвестен, Используя соотношение (3) по приб)лижению известному Г подвижного короткозамыкателя, выбирают одну из двух групп калибровочных констант, т.е. определяют знак 1 (и вычисляют точное значение KKO подвижного кароткозамыкателя.

Если величина Д(является известной, то необходимость подключения короткозамыкателя с подвижной границей отпадает.

При измерении ККО нелинейных

СВЧ-объектов требуется знать уровень падающей волны (а). С этой цепью определяют четвертую калибровочную константу К при подключении вместо исследуемого СВЧ-двухполюсника образцового ваттметра. Показание образцового ваттметра (Po) связано с уровнем нормированной падающей волны соотношением

I à . (17) где ККО образцового ваттметра определяют как KKO неизвестной нагрузки

З5 на основе (4) измерения мощностей по формуле (3), Из (4) следует, что

С = 2Р(40 а из (1) йаходят модуль С, равный

С =) !а,1 ° l1+ К, Г ) Формула изобр ет ения

Сп ос об и змер ения компл екс н or o коэффициента отражения СВЧ-двухполюсo zyp,à

45 (а! = J2P,/к (! + К>Г ) (18) где à — KK0 исследуемого объекта, а К =,!()!!, Подставив в (18) вместо 1à I величину (17), а вместо Г найденный

ККО Г, определяют константу К4, которая позволяет по формуле (18) контролировать уровень падающей мощности в процессе измерений, 1606946 ников, заключающийся в измерении мошностей линейных комбинаций падающей и отраженной волн, о т л и ч а ю— шийся тем, что„с целью повьш епия точности и обеспечения возможности измерения комплексных коэффициентов отражения нелинейных СВЧ-двухполюсников, отфигьтровывают низкочастотные составляющие первой и 1О второй линеипых комбинаций падающей и отраженной волн, измеряют мощности первой и второй линейных комбина— ций падающей и отраженной волн Р1 и

Р ., измеряют мощность суммы первой 1$ и второй линейных комбинаций падающей и отраженной волн Р ., сдвигают

< о фазе первую и вторую линейные ;омбинации падающей и отраженнои голн на углы ф и С, вновь измеряют мощности первой и второй линейных комбинаций падающей и отраженной

I t волн Р, и Р, вновь измеряют мощность суммы первой и второй комбинаций

1 падающей и отраженной волн Р, а комплексный коэффициент отражения вычисляют по формуле

r = (р — к,)/(к, — и к,), Р2

1 где = — (cosg + g sing);

I соя<< = (Р— P — P, ) /2 Р, P2, siIlg = соз() СОВАЯ вЂ” <-os(g + Ьф)) /

/sir 6g Ь Ц> = P — Ц < Ф О, cos(+ ЬУ) = (P — P — P,)/

/2 Р< Р, К <, K т, K ъ — констант, определяемые при калибровке по трем образцовьщ нагрузкам.