Устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ае а 001 К 27/ г ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ твенный уни др. Радио ебное поетское ра ство ССС4, 1975 У 2 О+1 оф) 1 2 1Оме ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТ -НЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, к выходу которого подключенСВЧ-тракт для подсоединения исследуемого элемента, и измерительный зонд,выход которого через детектор соединен с сигнальным входом регистратора, синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повцш:.ния точности измерений и упрощения конструкции, введены первая и вторая нагрузки, ко торые соединены соответственно через введенные первый и второй управляемые ключи с СВЧ-трактом, управляющие входы управляемых ключей подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что входные комплексные проводимости первого т, и второго 2 управляемых ключей с соответственно первой и второй нагрузками равны11 и)Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в качестве автоматизированного широкополосного измерителя полных сопротивлений СВЧ-элементов. 5Известно устройство для измерения полного сопротивления СВЧ-элемен тов, включающее СВЧ-тракт и систему зондов с квадратичной характеристикой, установленных в опорных плос костях СВЧ-тракта 1 3,Недостатками известного устройства явлются низкая точность измерений из-за появления неучтенных искажений внутри СВЧ-тракта путем одно временного введения трех или четырех зондов и возникновения погрешностей при изменении длины волны в СВЧ-тракте, а также низкая точность измерения неидентичности характеристик измерительных каналов.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения параметров сверх-.высокочастотных элементов, содер 25жащее генератор, к выходу которогоподключен сверхвысокочастотный трактдля подсоединения исследуемогоэлемента, и измерительный зонд, выходкоторого через детектор соединен ссигнальным входом регистратора, синхронизирующий вход которого соединенс первым выходом блока управления 2,Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений, а также сложность конструкции,Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение конструкции,Указанная цель достигается тем, 40что в устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов, содержащее СВЧ-генератор,к выходу которого подключен СВЧ-трактдля подсоединения исследуемого элемента, и измерительный зонд, выходкоторого через детектор соединенс сигнальным входом регистратора,синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом блока управпения, введены первая и вторая нагрузки, которые соединены соответст"венно через введенные первый ивторой управляемые ключи с СВЧ-трактом, управляющие входы управляемыхключей подключены соответственнок второму и третьему выходам блокауправления. При этом входные комплексные проводимости первого у и второгоуправляемых ключей с соответстгвенно первой и второй нагрузками равны1-12 Оф+ 1 О 1 10,6 з+О 01)+где ы - волновое сопротивлениеСВЧ-тракта, Ом.На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов.Устройство содержит СВЧ-генератор 1, СВЧ-тракт 2, измерительный зонд 3, детектор 4, регистратор 5, первый выход 6 блока 7 управления, второй 8 и третий 9 выходы блока 7 управления,первый 10 и второй 11 управляемые ключи, исследуемый сверхвысокочастотный элемент 12, первую 13 и вторую 14 нагрузки и выходную шину 15 регистратора 5.Устройство для измерения параметров сверхвысокочастотных элементов работает следующим образом.Предварительно измеряют и регистрируют напряжения с выхода детектора 4 измерительного зонда 3 при различных состояниях управляемых ключей 10 и 11, считьвают результаты измерения с выходной шины 15 ичисленно определяют комплексный коэффициент отражения от исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12.Измерения производятся в четыре цикла, которые задаются блоком 7 управления. Последний на втором и третьем выходах 8 и 9 вырабатывает сигналы, которые открывают либо закрывают управляемые ключи 10 и 11 (всего четыре комбинации), подключая или отключая нагрузки 13 и 14 к СВЧ-тракту 2. После каждого цикла срабатьвания управляемых ключей 10 и 11 с первого выхода блока 7 управления на вход синхронизации регистратора 5 выдается импульс, по которому в регистраторе 5 фиксируется напряжение с выхода детектора 4, соответствующее данному состоянию управляемых ключей 10 и 11, Так как возможны четыре разных комбинации(2) и.,:4 К Е 2 Учитывая, что ключен состояний управляемых ключей 10 и 11, то и количество циклов выбрано равным четырем.Комплексную амплитуду напряженности электрического поля в опорной плоскости, проходящей через измерительный зонд 3, можно представить, в виде: где 1 - комплексная амплитуда напряженности электрического поля в опорной плоскости при-м состоянииуправляемых ключей О и 11комплексная амплитудападающей волны; 20Ъ; - суммарная комплекснаяпроводимость нагрузки вопорной плоскости при-м состоянии управляемыхключей 10 и 11; 25а - волновое сопротивлениеСВЧ-тракта 2;1 =1.2,3.4- количество состояний управляемых ключей 10 и 11,Напряжение на выходе детектора 4 З при-м состоянии управляемых ключей 10 и 11й. 1где К - коэффициент пропорциональности, учитывающий связьизмерительного зонда 3 сСВЧ-трактом 2 и характеристику детектора 4.40При различных состояниях управляемых ключей 10 и 11 меняется величинакомплексной проводимости нагрузки Э) рподключенной к СВЧ-тракту 2 в опорной плоскости.45Напряжения с выхода детектора4, зафиксированные в регистраторе5 при каждом из четырех возможныхсостояний управляемых ключей 10 и 11,определяются выражениями:управляемые 50- напряжения на выходедетектора 4 при (1)(4) циклах измерения; - комплексная проводимость исследуемогосверхвысокочастотногоэлемента 12,- входная комплекснаяпроводимость включен. ного управляемого ключа 11 с второй нагрузкой 14;- входная комплекснаяпроводимость включенного управляемого клю"ча 10 с первой нагрузкой 13.выражения (4), (5) и1 1 2фЧЧ- из, .1Ст1 а)ьОЪ. +1 э (О)др (2 шур 1+оЧ,аУ но 3, М (9)О 41) )1 2 нз +и4 п 1 2 и умножив каждое на выражение (3),получаем О1 2,1),ЫЧ го ВНИИПИ Заказ 5753/32 Тираж 711 Подписное Фиаиаа ШЙ фПвтеатф, г.Ужгород, ул,Проектная, 4 где Г " искомый комплексныйкоэффициент отражения отисследуемого сверхвысокочастотного элемента 12.Окончательно получаем систему уравнений Так как результаты измерений О Ог, 0 и 04 и комплексные входные3проводимости у 1 и уг являются известными, то решение системы уравнений30 (14) - (16) позволяет однозначно определить комплексный коэффициент отражения Г путем последовательного вычитания из выражений (14) и (15) выражения (16) и последующего решения системы иэ двух линейных уравнений первой степени.Таким образом, подключение параллельно исследуемому сверхвысокочастотному элементу 12 нагрузок с извест 40 ными проводимостями у 1 и у и измерение в опорной плоскости амплитуд напряженности электрического поля при отключенных и подключенных нагрузках позволяет численными путем определить коэффициент отражения Г45 характеризующий полное сопротивление исследуемого сверхвысокочастотного элемента 12. При этом точность определения 1 зависит только от точностиизмерения амплитуд поля в одной плос"50 кости, а оптимальный выбор значений проводимостей уи у обеспечивает максимальную точность при заданной погрешности измерения амплитуд.В предлагаемом устройстве отсутст. вуют в СВЧ-тракте два дополнительных узла (направленных ответвителей н Фазовращателя), вносящих неучтенные искажения в результатах изме" рения и ограничивающих рабочую полосу частот, Кроме того, не требуется точного определения моментов времени измерения по величине стоячей волны в дополнительном тракте. Параметры вносимых нагрузок в предлагаемом устройстве выбраны оптимальными с точки зрения точности измерения поля в тракте, что не обеспечивается в известном устройстве.Указанные технические преимущества обеспечивают при одинаковых возможностях измерительного канала принципиально более высокую точность измерения.Исследования точностных характеристик коэффициентов отражения Г, определяемых по известным выражениям в известном устройстве и выражениям (14) - (16) в предлагаемом с учетом оптимальных значений входных проВОДимостей Ч 1 и Чг Показывают ЧТО при прочих равных условиях точность измерения коэффициента отражения повышается более чем в 2 раза. Рабочая полоса частот предлагаемого устройства зависит лишь от полосы частот, в которой определены значения проводимостей Ч и у и поэтому может быть выбрана сколь угодно широкой. Указанные преимущества в сочетании с автоматизацией процесса измерения позволяют использовать предлагаемое устройство в качестве универсального широкоднапазонного измерительного средства. Конструктивно предлагаемое устройство по сравнению с известными ока зывается проще в результате сокращения оборудования: двух направленных Ответвителей, управляемого Фазовращателя и системы дополнительных измерителей (детекторов), вместо чего содержит два управляемых ключа с нагрузками.