способ панорамного измерения модуля коэффициента отражения свч двухполюсника

Формула изобретения

Способ панорамного измерения модуля коэффициента отражения СВЧ двухполюсника основанный на подаче на вход измеряемого СВЧ двухполюсника падающего СВЧ сигнала, выделении отраженного СВЧ сигнала, квадратичном детектировании этих сигналов в постоянные напряжения, определении их отношения предварительном проведении указанных операций при подключении вместо исследуемого СВЧ двухполюсника нагрузки холостого хода, при этом определяют и при подключении вместо исследуемого СВЧ двухполюсника короткозамыкателя, при этом определяют и вычислении искомого параметра и по формуле:

отличающийся тем, что предварительно задают известной или определяют величину аналогично величине подсоединяя вместо исследуемого СВЧ двухполюсника согласованную нагрузку, а уточненное значение искомого параметра вычисляют по формуле:

где:

_э и _э - модуль и фаза вектора погрешности при измерении соs ₃ определяют из анализа частотной зависимости величины задаваемой выражением

- приближенное значение модуля вектора погрешности _э при определении величин и значение определяется из анализа частотной зависимости отношения принимаемого равным где - фаза вектора погрешности р.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании панорамных измерителей параметров СВЧ устройств.

Измерение частотных зависимостей модуля коэффициента отражения , определяющего наряду с коэффициентом стоячей волны (КСВ) входные параметры СВЧ устройств, относится к важнейшим задачам радиоизмерительной техники.

Исторически первым, с помощью измерительной линии [1], был реализован способ измерения КСВ и пересчета его в по известной формуле КСВ-1

Однако этот способ трудно реализовать в панораме частот. Поэтому в современной измерительной технике более широко используются способы измерения комплексного значения Г и квадрата модуля ² коэффициента отражения, из результатов измерения которых находят и при необходимости - значение КСВ по формуле

Известны [2, 3] способы измерения комплексной величины

где A_i - результат измерения комплексного коэффициента отражения Г_i;

К, d, - комплексные коэффициенты передачи, направленности и отражения измерителя соответственно.

Из выражения (3) тем или иным путем находят значение Г_i, а значит, и модуль его . Но эти способы очень сложны в технической реализации, что ограничивает их применение.

Поэтому основными способами измерения сегодня являются способы измерения в панораме частот величины

где - результат измерения [4, 5].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, реализованный с помощью микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления (МПИКО) типа Р2-83 [5], принцип действия которого основан на измерении величины , согласно (4). Этот способ заключается в двух калибровочных измерениях модуля коэффициента отражения (МКО):

- холостого хода с коэффициентом отражения Г₁

- короткозамыкателя с коэффициентом отражения Г₂ =-Г₁

с последующим измерением СВЧ устройства с коэффициентом отражения Г_х

и вычислением измеряемой величины и по формуле

значение которого принимается равным .

Подставляя (5)-(7) в (8) с учетом значений параметров микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, удовлетворяющих условиям [5]

легко найти зависимость результата измерения _х в (8) от параметров d, K,

Из (10) следует, что известный способ измерения позволяет в результате проведения двух калибровочных измерений (холостого хода и короткозамыкателя) исключить влияние параметра К и погрешности рассогласования, вносимой в процесс калибровки влиянием параметров и d в (5) и (6), но не исключает погрешностей рассогласования (влияние параметров и d), вносимых непосредственно процессом измерения в соответствия с (7).

Таким образом, недостатком известного способа является недостаточная точность измерения, обусловленная тем, что он не исключает погрешностей рассогласования при измерении , вносимых влиянием параметров и d.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения влияния параметров и d на результат измерений .

Указанная цель достигается за счет того, что в способе измерения модуля коэффициента отражения СВЧ двухполюсника с помощью микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, обеспечивающего получение информации об измеряемой параметре в соответствии с выражением

заключающемся в двух калибровочных измерениях модуля коэффициента отражения;

- - холостого хода с коэффициентов отражения Г₁;

- - короткозамыкателя с коэффициентом отражения

Г₂ =-Г₁.

а также в измерении модуля коэффициента отражения - СВЧ двухполюсника с коэффициентом отражения Г_х и вычисления измеряемой величины по формуле

дополнительно измеряют (или задают) значение модуля коэффициента отражения - согласованной нагрузки, а результат измерения и пересчитывают в значение по формуле

где

- разность фаз между вектором эффективного коэффициента отражения _э и измеряемого коэффициента Г_х; величина находится из анализа частотной зависимости отношения

при в (12), равном I, а значении , равном А₃. Величина cos определяется из анализа частотной зависимости величины , представленной выражением

принимая, что cos =1 при max и

cos =-1 при max

Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что дополнительно измеряют (или задают) модуль коэффициента отражения А₃ - согласованной нагрузки (с коэффициентом отражения Г₃=0), а результат измерения и пересчитывают в значение по формуле

где

- разность фаз между векторами эффективного коэффициента отражения _э и измеряемого коэффициента Г_х, величину находят из анализа частотной зависимости отношения

значение принимают равным А₃, а величину cos определяют по частотной зависимости величины представляемой выражением

принимая, что cos =1 при mах1 и cos =-1 при max .

На чертеже представлена структурная схема микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.

Микропроцессорный панорамный измеритель КСВ и ослабления (МПИКО) (см. чертеж) содержит модулированный по амплитуде СВЧ генератор 1, уровень выходной мощности которого регулируется блоком 2 автоматической регулировки мощности (АРМ).

Кроме того, МПИКО содержит ответвитель 3 падающей волны, измеряемое СВЧ устройство 4, детекторную головку 5, мостовой рефлектометр 6, управляемые делители напряжения 7 и 8, измеритель отношений 9, включающий микропроцессор, и аттенюатор 10. При этом выход СВЧ генератора 1 через первичный тракт ответвителя 3 падающей волны подключен ко входу мостового рефлектометра 6, другой вход которого соединен с клеммой Zx для подключения измеряемого СВЧ устройства 4. Вход детекторной головки 5 через аттенюатор 10 подключен к выходу вторичного тракта ответвителя 3 падающей волны, выход детекторной головки 5 подключен ко входу управляемого делителя 7 напряжения, выход которого соединен со входом блока 2 АРМ и опорным входом измерителя отношений 9, измерительный вход которого через управляемый делитель напряжений 8 соединен с выходом мостового рефлектометра 6.

В данном микропроцессорном панорамном измерителе КСВ и ослабления управление процессам измерения, обработки избирательной информации и вывода результатов измерения на экран ЭЛТ осуществляется с помощью микропроцессора, встроенного в измеритель отношений 9. Однако цепи управления и обработки результатов измерения на приведенном чертеже не показаны, как не существенные для заявляемого способа.

Процесс измерения в предлагаемом способе состоит из следующей последовательности операций;

- измерения модуля коэффициента отражения холостого хода

- измерения модуля коэффициента отражения короткозамыкателя (к клемме Zx подключен короткозамыкатель)

- измерения (или введения в память микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления) модуля коэффициента отражения согласованной нагрузки (Г₃=0) (к клемме Zx подключена согласованная нагрузка)

- вычисление (с помощью микропроцессора микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления) частотной зависимости величины

- анализа частотной зависимости отношения

с целью определения частот f, на которых

где

- определения значения по формуле

при f_k f f_i и величины (f) по формуле

(f)= _э(f)-А₃(f),

- измерения модуля коэффициента отражения СВЧ устройства (к клемме Zx подключено измеряемое СВЧ устройство), вычисления величины

где

и анализа частотной зависимости величины в (22) с целью определения частот, на которых

Далее путем линейной интерполяции частотной зависимости определяется функция cos для всего диапазона частот, в котором измеряется . Модуль коэффициента отражения определяется из формулы

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что за счет введения новых, по сравнению с прототипом, операций:

- измерения модуля коэффициента отражения согласованной нагрузки :

- определения значения из анализа частотной зависимости отношения (13);

- определения cos по частотной зависимости, представленной выражением (14), принимая, что cos =1 при max и cos =-1 при max и, позволяет с некоторой степенью приближения определить частотные зависимости собственных параметров микропроцессорного панорамного измерителя КСВ и ослабления , и разность фаз и, подставляя их в выражения (14), уменьшить погрешность рассогласования, обусловленную влиянием параметров и d на результат измерения (7) и являющуюся основной погрешностью измерения в микропроцессорном панорамном измерителе КСВ и ослабления, вследствие чего повышается точность измерения.

Экспериментальные исследования заявляемого способа доказали, что точность измерения повышается не менее чем в 1,5-2 раза.

Литература:

1. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения. - Минск: Высш. шк., 1986, с.271.

2. А.с. СССР 951181 кл. G 01 R 27/04, 1980.

3. а.с. СССР N 1322199, Кл. G 01 R 27/32, 1985.

4. Техника средств связи, сер. РИТ, 1980, вып.4, с.34-40.

5. Техническое описание прибора Р2-83, ЦЮ1.400.288 ТО.