Измеритель комплексного коэффициента отражения

Измеритель комплексного коэффициента отражения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и MOWCI быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контроля и диагностики параметров волноводных трактов радиотехнических систем. Цель изобретения - повышение точности измерения . Принцип работы измерителя основан на периодической коммутации в общий канал сигналов от двухщелевого поляризационного датчика при помощи p-i-п-диодов, установленных в щелях связи. Информация о модуле и фазе коэффициента отражения получается путем обработки трех сигналов. Первый сигнал получается , когда открыта первая щель, а вторая закрыта . Вторая - когда первая щель закрыта, а вторая - открыта . сигнал формируется, когда открыть; обе щели (этот сигнал является калибровочным). Полезная информация накапливается в блоках выборки и хранение, а затем обрабатывается аналоговым путем. Переход на другую частоту осуществляется по сигналу с блока дискретной частоты. 2 ил. е S (Л

ССЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (Я) G (1 R 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4767494/09 (22) 08.12.89 (46) 30.10 ° 91. Бюл.,г 40 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) В.В. Саламатин и И.Л. Афонин (53) 621 3 17.343 (088.8) (56) Бондаренко И.К, Дейнега Г.А., Маграчев З.В. Автоматизация измерений параметров СВЧ-трактов. - N.:

Сов.радио, 1969, с. 19.

Измеритель полных сопротивлений, P3-46. Техническое описание, с. 20, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контроля и диагностики параиетров вопноводных трактов радиотех1

Изобретение относится к радиоиз" мерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контроля и диагностики параметров волноводных трактов радиотехни ческих систем.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема измерителя комплексного коэффициента отражения;

I на фиг.2 - то же, блока управления.

Измеритель комплексного коэффициента отражения содержит блок 1 диск„„SU„„1688193 нических систем. Цель изобретения повышение точности измерения. Принцип работы измерителя основан на периодической коммутации в общий канал сигналов от двухщелевого поляризационного датчика при помощи р-1.-п-диодов, установленных в щелях связи. Информа— ция о модуле и фазе коэффициента отражения получается путем обработки трех сигналов. Первый сигнал получается, когда открыта первая щель, а вторая закрыта. Вторая — когда первая щель закрыта, а вторая - открыта. Третий сигнал формируется, когда открыты обе щели (этот сигнал является калибровочным). Полезная информация накапливается в блоках выборки и хранения, а затем обрабатывается аналоговым путем. Переход на другую частоту осуществляется по сигналу с блока дискретной частоты. 2 ил. ретной перестройки частоты, генератор 2 СВЧ, двухщелевой поляризационный датчик 3, исследуемый двухполюсник СВЧ 4, отрезок 5 прямоугольного волновода, круглый волновод 6, щели

7,8 связи, первый 9 и второй 10 р-i-n-диоды, блок 11 управления, дискретную головку 12, первый, второй и третий блоки 13 - 15 выборки и хранения, первый сумматор 16, блок

17 вычитания, первый делитель 18, второй блок 19 вычитания, второй делитель 20, первый измеритель 21 отношений, первый квадратор 22, второй квадратор 23, арктангенсный пре1688193 вую щель 7, в то время как вторая щель 8 закрыта.

На интервале времени от Т/3 до

2Т/3 открыта вторая щель 8 вторым р-i-n-диодом 10 по сигналу с второго выхода блока 11.

На интервале времени от 2Т/3 до

Т открыты обе щели 7,8 и на детектор10 ную головку 12 поступает суммарный сигнал.

Сигнал, поступающий на детекторную .головку 12е представляет собой периодическую последовательность радиоимпульсов вида

/ "С Р f, образователь 24, индикатор 25 фазы, второй сумматор 26, блок 27 извлечения квадратного корня, второй измеритель 28 отношений, индикатор 29 модуля.

Блок 11 управления содержит генератор 30, счетчик 31, схему 2 ИЛИ-HE

32, схему И 33, первый, второй, т ретий и четвертый блоки 34-37 формирования уровня.

Измеритель комплексного коэффициента отражения работает следующим обра зом.

Сигнал СВЧ генератора 2 Е по сигналу с блока 1 на синхронизирующий вход СВЧ генератора 2 поступает через двухщелевой поляризационный датчик 3 к исследуемому двухполюснику 4 с некоторым комплексным коэфФи 20 циентом отражения

I гре (т/ — моДУла иоадфиеиеита отоа- 25 жения СВЧ двухполюсника 4;

Ч» - фаза коэффициента отражения.

Отраженная волна инерферирует с, падающей. Анализ распределения пог(я осуществляется с псмощью двухщелевого поляризационнсго датчика- 3. Расположение щелей 7,8 рассчитано так, что обеспечивается возбуждение прямой и обратной волн круговой поляризации независимо от частоты во всем рабочем диапазоне частот измеритег(л, соответствующем диапазону отрезка 5 прямоугольного волновода.

Обе щели 7,8 по размерам равны и располагаются вдоль радиуса круглого волновода 6. Круглый волновод 6 внутри имеет небольное конусное сужение с переходом на канал меньшего диаметра. Эти особенности позволяют расширить полосу пропускания круглого волновода 6 (по колебанию Н } до диапазона отрезка прямоугольного волновода 5.

В щелях 7, 8 размещены р-i-n-диоды 9,10, управление которыми осу50 ществляется с первого и второго выходов блока 11.

Измеритель комплексного коффициента отражения работает в три так а.

На интервале времени от 0 до Т/3, 55 где Т вЂ” период коммутации, по сигналу с первого выхода блока 11 р-i-пдиод 9 открывает для СВЧ сигнала пер-

= K„Р, (1+ - !) при 0(tc- u

Т 2Т при

Е =К Е (1е/Г/ее +(Г„/е ) при --(tCt

2Т

3 7 (2) где K — коэффициент передачи щели

f двухщелевого поляризационного датчика 3 в предположении, что щели 7 и 8 идентичны.

Сигнал 11 детектируется квадратич3 ным детектором детекторной головки

12, на выходе которой сигнал U имеет вид периодической последовательности прямоугольных видеоимпульсов. Выходной сигнал U детекторной головки 12 является периодической функцией, ко-. торая на интервале, равном периоду

1м коммутации Т = --, где Q — частота коммутации р-i-и-диодов 9 и 10, имеет вид т Я Т

KfK Eq(1+ ) !х!+2)(„//cos(g») при 0(tc 3

К,К)Е (1+/(s/+2((„(сов(fp„- т )1 а Т 2Т.

= К К Е (1а/Г/-2/f /cos(P ) nne, у е и т Ц

К,ff Е„(1+ / Ä/+e + ((„(е

= K K(j E f /1+ J! )(! + 1+1 »! + 2 /(!» /со в (р» +

+ cos — +2 /Г J cos ()„- -) +Z /à (сов (fP -) + 2/(т/ cos 2 2/Г/cas((Ps-т )) =

21(КеЕ (1+ /Е„/ +2/Is/ sin(psl лри (3) 2

U 2KE „jf Zl s in »

9 9 ц 3 2КЕ г !1 х cos Ср» и2 =22 (! + (iS(-2(Г,(соs(p„j (S)

U4 = КЕ .(1+(Гс(+2 (Г (sin((1» j (6) (12) = K)tgg

5 1688193 ется на первый вход второго блока 19, --(t с Т на втррой вход которого подается

3 2 сигнал U4 с выхода первого сумматора где К - коэффициент передачи квадра- 16. При этом напряжение на выходе U7, тичного детектора детекторной 5 второго блока 19 имеет вид головки 12.

Блоки 13-15 по сигналам с третье- 7 U3 1)4 = 4КЕг(p„(sing< (10) го, четвертого и пятого выходов блок а 11 выбирают из выходного сигнала

Второй делитель 20 делит напряжеДетектоРной головки 12 Uy соответст- „„ U и олам венно сигнал U((при включенной щег ли 7 и выключенной щели 8); сигнал ) (при включенной щели 8 и выклюй и 8 З ) 15 Напряжение Б подается на вход напряжение У вЂ” в блоке 15. Эти сигналы имеют вид 20 вид

Я Й

"1 - КЕ (1» (Г„(+2(Г»(сонvs) (4) где К=.К К К вЂ” коэффициент пропорци(Я 2 ональности;

К вЂ” коэффициент передачи, и блока 13-15 в предположении, что они идентичны.

Первый сумматор 16 суммирует сигналы 11 и U при этом напряжение U4, (22 на его выходе имеет вид

Us = и, + и — 2ке (1+(Г„(1 (2)

Первый делитель 18 делит выходной сигнал U4 первого сумматора 16 пополам. Напряжение U< на его выход имеет вид:

UU = — = КЕс (1 +(Г,(j, »

Напряжение U подается на второи

5 вход первого блока 17, на первый вход которого подается напряжение У» с выхода первого блока 13. При этом напряжение на выходе U< первого блока 17 имеет вид ис - U, — и;КЕЕ (1+(Г„(+2/IS(sos((„— КЕ (1+ (Г ()= 2КЕс (ГЕ(сов(». (9)

Одновременно с этим напряжение

U с выхода третьего блока 15 пода3 где К вЂ” коэффициент передачи первого измерителя 21.

Сигнал U подается на арктангенс9

30 ный преобразователи 24, сигнал 0(, на выходе которого имеет вид

= К агсг8 (У ) К4ц))((13) (о 4 9

Напряжение U> подается также на вход второго квадратора 23, сигнал на выходе которого имеет вид (й (2КЕ /t / s in ф) . = 4K Ег Г» / sin Чх

Напряжение U(, и U,2 подаются соот-. ветственно на первый и второй выходы где К вЂ” коэффициент передачи арктан35 4 генсного преобразователя 24, при условии К = 1.

Сигнал U с выхода арктангенсного (о преобразователя 24 подается на индикатор 25 шкала которого калибруется

40 непосредственно в значениях фазы комплексного коэффициента отражения.

Напряжение U подается также на вход первого квадратора 22, сигнал

45 ((на выходе которого имеет вид

U((= (2КЕг((»! cos(g»)

= 4K Е„/ j cos CI)>, (14) i688193 второго сумматора 26, который суммирует эти сигналы. Тогда согласно (14) и (15) сигнал 1,. на выходе сумматора имеет вид

2 2 ° < . ?

U, и „+ Il, = к к, ((Ä J (s (n (gÄ +

+ cos Ч2„) = 4K Е,/f>

В блоке 27 осуществляется операция извлечения квадратного корня из сигнала U 9 . Тогда напряжение 1J g на выходе блока извлечения квадратного корня имеет вид

П, =Д:- 2,2l. ((>((17)

Напряжение U,, подается на вход делимого, а напряжение U+ — на вх(эд делителя второго измерителя 28, сигнал U < на выходе которого согласно (7) и (17), учитывая, что K =- K x

К К, имеет вид 14

К (5 (2U4

1 \

2К KgKgEg ((„ / /Гу („

2К К,К Z„(1 + 4Ц 1 +/ где К - коэффициент передачи второ5 го измерителя 28 отношении.

Таким образом, в выражении (18) отсутствуют коэффициенты К(, К, К и значение амплитуды падающей вопны

Ег, т.е. полностью исключена зависииость результата измерения от коэффициента передачи щелей 7,8 блоков

13-15, а главное — от коэффициента передачи квадратичного детектора детекторной головки 12. Кроме того, исключена зависимость результата измерения от изменений уровня СВЧ мощности СВЧ генератора 1, Последнее особенно важно, так как позволяет не применять в измерителях комплексного отражения систем автоматической регулировки мощности, что является существенным при построении систем встроенного контроля и диагностики.

Напряжение U подается на индикатор 29, шкала которого калибруется непосредственно в значениях /(„/

Необходимо отметить, что в выражении (18) отсутствует линейная зави симость между напряжением У,5.и изме-ряемой величиной /((/, поэтому при использовании прибора с линейной шка лой будет иметь место систематичес.кая погрешность, относительное значение которой определяется из (18)

/t- „/

b/t x/ (/ х/ 1 +/г I 1 — 1 г

/г,/ /г,/ "/ / (19) 1

2 1 р (21) Использование (21) позволяет при

35 применении линейной шкалы получить точный результат.

Блок 11 может быть реализован разнообразными схемотехническими решениями. Один из вариантов построения блока 11 приведен на фиг.2. Блок

11 состоит иэ следующих узлов: генератора 30 прямоугольных импульсов, двоичного счетчика 31, схемы 2ИЛИ-НЕ

45 32, схемы И 33 и четырех блоков 3437 Формирования уровня.

Блок 11 функционирует следующим образом.

Сигнал с генератора 30 поступает на счетный вход счетчика 3 1. С первого выхода счетчика 3 1 сигнал двоичного кода поступает на управляющий вход первого блока 13 и на первый блок 34, который преобразует цифровой сигнал в аналоговое напряжение, 5 необходимое для управления первым

p-i-и-диодом 9. С второго выхода счетчика 3 1 сигнал двоичного кода поступает на управляющий вход второИэ (19) видно, что при изменении / от 0 до 1 погрешность изменяется

1(( о в пределах от 0 до 504. При

/ Г ((< 0,2 (Кст(,61,5) погрешность составляет менее™ 6t Таким образом, линейной шкалой можно пользоваться лишь при малых / Г„/ . Для исключения этой погрешности следует пользоваться индикатором 29 с нелинейной шкалой, изготовленной в соответствии с (18) или проводить коррекцию результатов измерений. При использовании линейной шкалой полагаем

/ х/ /

К вЂ” — —.-- = К,/I j (20)

+ / -, /

25 где Г 1,(- измеренный результат с при-Щм менением линейной шкалы.

Решая последнее уравнение относительно истинного значения / Г„/, получим вы(ажение

I 1 г./ =

/ иэм /

168

l) Я го блока 14 и на второй блок 35, который преобразует цифровой сигнал в аналоговое напряжение, необходимое для управления вторым р-i-и-диодом

10. При наличии на первом и втором выходах счетчика 3 1 двух логических нулей схема 2ИЛИ-ИЕ 32 вырабатывает сигнал, который поступает на управляющий вход третьего блока 15 и на третий и четвертый блоки 36 и 37, которые преобразуют цифровой сигнал в аналоговые напряжения, необходимые для управления первым и вторым р-i-uдиодами Я и 10.

При наличии на первом и втором выходах двоичного счетчика 31 двух логических единиц схема И 33 вырабатывает сигнал "Сброс", обнуляющий счетчик 3 1. В выключенном состоянии блоки 34-37 должны находиться в высокоимпедансном состоянии.

Таким образом, введение в измеритель новых блоков позволяет значительно упростить конструкцию (благодаря исключению сложной механической системы), автоматизировать процесс измерения, а главное - повысить точность измерения за счет исключения мультипликативной погрешности обусловленной зависимостью результата измерения от коэффициента передачи щели связи, коэффициента передачи квадратичного детектора и уровня

СВЧ мощности. Последнее особенно важно, так как позволяет не применять систему автоматической регулировки мощности. фо р му ла и з о брет е н и я

Измеритель комплексного коэффициента отражения, содержащий последовательно соединенные генератор

СВЧ, двухщелевой поляризационный датчик с отрезком прямоугольного волновода, на широкой стенке которого закреплен круглый волновод, связанный с ним двумя щелями связи, причем выход отрезка прямоугольного волновода является входом для подсоединения исследуемого двухполюсника СВЧ, детекторную головку, размещенную в круглом волноводе, индикатор модуля, индикатор фазы и блок управления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены блок дискретной перестройки

193 частоты, три блока выборки и хранения, два р-i-n-диода, два сумматора, два блока вычитания, два делителя. два измерителя отношений, два

5 квадратора, арктангенсный преобразователь и блок извлечения квадратного корня, при этом первый и второй

p-i-n-диоды располагаются соответственно в первой и второй щелях связи двухщелевого поляризационного датчика, выход детекторной головки соединен с входами первого, второго и третьего блоков выборки и хранения, 15 управляющие Входы которых соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими вхо20 дами первого и второго р-i.-n-диодов, причем выход первого блока выборки и хранения соединен с первым входом первого сумматора и первым входом первого блока вычитания, выход второго

25 блока выборки и хранения соединен с вторым входом первого сумматора, а выход третьего блока выборки и хранения - с первым входом второго блока вычитания, выход первого сумматора соединен с первым входом второго измерителя отношений, входом гервого делителя и вторым входом второго блока вычитания, выход первого делителя соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первогo измерителя отношений и входом первого квадратора, выход второго блока вычитания соединен с входом второго

40 делителя выход которого соедv,íåí

1 с вторым входом первого измерителя отношений и входом второго квадратора, при этом выход первого измерителя отношений через арктангенсный

45 преобразователь соединен с входом индикатора фазы, выходы первого и второго квадраторов соединены соот.ветственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого

50 через блок извлечения квадратного корня, соединен с вторым входом второго измерителя отношений, выход второго измерителя отношений соединен с входом индикатора модуля, а выход блока дискретной перестройки часто55 ты соединен с синхронизирующим входом генератора СВЧ.!

666193

Составитель М. Кромин

Редактор А. Маковская Тежред А.Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 3707 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101