Устройство для измерения s-параметров свч-четырехполюсника

(5 ГОСУДАРС ПО ИЗОБР ПРИ ГКНТ ЕННЫИ КОМИТЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТСР ИС Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ СВЧ. , на- вал(21) 4666581/09(71) Горьковский политехнический институт (72) А.Н.Зайцев и С.В,Логанов(56) Авторское свидетельство СССР Ф 1084699, кл. О 01 Я 27/04, 1981.Авторское свидетельство СССР В 800900, кл. 6 01 К 27/06, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Я-ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к радиоизмерениям на СВЧ. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения Я-параметров нелинейных активных СВЧ-четырехполюсников в режиме большого сигнала. Для этоИзобретение относится к радиоизмерениям на СВЧ, в частности может использоваться для измерения Я-параметров линейных и нелинейных активных СВЧ-четырехполюсников.Цель изобретения - расширение функциональных вазможностей за счет измерения Я-параметров нелинейного активного СВЧ-четырехполюсника в режиме большого сигнала.На чертеже представлена функциональная схема устройства,Устройство для измерения Я-параметров СВЧ-четырехполюсника содержит генератор 1 СВЧ. первый согласующий трансформатор 2, направленный ответвитель(НО) 3 падающей волны, первый согласованный отключатель 4, первую эондовую секцию 5, исследуемый СВЧ-четырехполюсник 6, направленный ответвитель (НО) 7 прошедшей волны, вторую зондовую секго устроиство содержит генератор 1 согласующие трансформаторы 2 и 9 правленный ответвитель 3 падающей ны, согласованные отключатели 4 и 12, зондовые секции 5 и 8, исследумый СВЧ-четырехполюсник б, направленный ответвитель 7 прошедшей волны, нагрузку 10 с переменным коэффициентом отражения, паласовой фильтр 11, двухпозиционный фазовращатель3, трехканальный делитель 14, сумматоры 15, 16 и 17 и индикаторы 18, 19 и 20. Данное выполнение устройства позволяет реализовать измерение всех четырех Я-параметров рассеяния нелинейных активных СВЧ-четырехполюсников б в режиме большого сигнала при наличии высших гармоник, 1 ил. цию 8, второй согласующий трансформатор 9, нагрузку 10 с переменным коэффициентом отражения, паласовой фильтр 11, второй согласованный отключатель 12, двухпозиционный фазовращатель 13, трехканальный делитель 14, первый 15, второй 16 и третий 17 сумматоры, первый 18, второй 19 и третий 20 индикаторы.Устройство для измерения Я-параметров СВЧ-четырехполюсника работает следующим образом,Гармоническое колебание генератора 1 через первый, согласующий трансформатор 2, НО 3 второй согласованный отключатель 12 и первую зондовую секцию 5 подается на вход исследуемого СВЧ-четырехполюсника б. Сигнал с его выхода проходит НО 7, вторую зондовую секцию 8, второй согласующий трансформатор 9 иотражаясь от нагрузки 10, вновь поступает на выход исследуемого СВЧ-четырехполюсника б. Коле 3 1663575бание, ответвленное НО 3, через полосовой фильтр 11, первый согласованный отключатель 4 двухпозиционный фазовращатель 13, трехканальный делитель 14 поступает на входы сумматоров 15-17, Колебания, ответвленные первой зондовой секцией 5, НО 7 и второй зондовой секцией 8, поступают на другие входы сумматоров 15-17 соответственно. Второй согласованный отключатель 12 переводится в положение , а первый согласованный отключатель 4 - в положение(положениюсоответствует прохождение сигнала в измерительный тракт, а положению- непрохождение), модуль коэффициента отражения нагрузки 10 устанавливается минимально возможным.Настройкой первого согласующего трансформатора 2 добиваваются максимально возможного показания первого индикатора 18, затем настройкой второго согласующего трансформатора 9 увеличивают это показание, после чего снова увеличивают показание первого индикатора 18 подстройкой первого согласующего трансформатора 2 и т.д. до тех пор, пока данное показание первого индикатора 18 перестанет увеличиваться,Колебания, поступающие на входы сумматоров 15. 16. 17 имеют видс; (м. с;сов(ц 1 ц;); (1)йА(Ц 0,.соь(оОД+,ЕВ;,соь(ИСАЕВ, ) (2) где С(1) - колебания, поступающие на входы сумматоров 15, 16, 17 с выходов трехканального делителя 14; С и р - их амплитуды и фазы, причем р =- 0; О(1) - колебания, поступающие на другие входы сумматоров 15, 16, 17; О и 6 - амплитуды и фазы первых гармоник этих колебаний; О и 9 - амплитуды и фазы высших гармоник; К - неизвестное число высших гармоник.Далее каждым из индикаторов 18, 19, 20 измеряют по пять мощностей Р 1-51-1, 2, 30)- индекс, обозначающий номер ваттметра),Первый согласованный отключатель 4 находится в положении , второй согласованны отключатель 12 - в положенииР 1 )- С 2/2. (3) Второй согласованный отключатель 12 находится в положении , первый согласованны отключатель 4 - в положении .Рг ) =Ь 2/2+ Р, (4) Оба согласованных отключателя 4, 12 находятся в положенииРз=Су 2/2+01 2/2+СО сов (Й - р) +Р 1 (5)Двухпозиционный фазовращатель 13 переводится во второе состояние, при котором он вносит фазовый сдвиг ф, величина которого должна находиться в окрестности+90 (ф= +90 +45 )Р Я; с; 2+ Э2 +Яс; 1)с 05(8 -р-(Я.Р, (6) 5 Первый согласованный отключатель 4находится в положении ; вторрй согласованныотключатель 12 - в положенииР 5 = 91 с 2/2. (7)где- номер соответствующей пары колеба ний (1) и (2);Р; - суммарная мощность гармоний колебания б(1);9 - коэффициенты, учитывающие изменение амплитуд сигналов С(1) на входах ин. дикаторов 18, 19, 20 при переключениидвухпозиционного фазовращателя 13;ф - фазовые сдвиги, вносимые двухпозиционным фазовращателем 13 и имеющиеразличные значения для каждого колебания 20 С(т) вследствие неидеальности СВЧ-тракта.Из вцражения (5) вычисляют Осозф - р), а из выражения (6) - Оузи (Й - дЪ)с учетом (3), (4), (7)Э.(8-,):(Р 11.Р-Рф,Я Р 1; 6)Р-Р -Р-ЙР" ,О;С 05(9; фДС 0542 Р" в 3 в 1;Комплексные амплитуды первых гармоник колебаний (2) будут равны 30 О; = О соз (й - р)+) О зи (й - р) (10)где = -1,= 1, 2, 3.Гак как колебания с 1(1). Ь бз(1) ответвляются первой и второй зондовыми секциями5, 8 соответственно, то комплексные ампли туды их первых гармоник 01 и Оз будут пропорциональны линейным комбинациямпервых гармоник падающей и отраженнойволн на входе и выходе исследуемого СВЧчетырехполюсника 640 Э,.Д,а,+у,Ь, (11)в р,а +у Ь (12)а комплексная амплитуда первой гармоникиколебаний бг(т), ответвляемого НО 3 пропорциональна комплексной амплитуде пер вой гармоники отраженной волны Ь 2:О.г =6 Ьг, (13)где ф 1, фз, 71, уз, аг - комплексные коэффициенты пропорциональности.Комплексная амплитуда колебания, ответвляемого НО 7, и как следствия, колебания Сф), поступающего на первый входвторого сумматора 16, пропорциональнаамплитуде падающей волныС 1= а 1 а 1, (14)где а - коэффициент пропорциональности.Величина вычисляется из выражения (3),С 1= 2 РВычисляют отношения следующих величин 01/С 1, 02/С 1, 02/Оз:чего выбирают единственное значение каждого угла фазового сдвига ф и ф по условию максимальной близости их к величине ф 1.Параметры рассеяния проходной образцовой меры связаны с волнами в СВЧ тракте соотношениями(19) и (20), из которых вычисляются отношения волн (а 2/а 1 )1 и (Ь 2/а 2 ).уЫаД-а(3-) 10 вг згЩг 1= (Ь+ Бггь,/;,1 - ь где (Ь 1/а 1 )1 вычисляется по формуле (15), так как константы К 1 и К 2 уже найдены. 15Из полученных отношений волн определяют отношение (Ь 2/а 1)1, которое равно(Ь 2/а 1)1 = (а 2/а 1)1(Ь 2/а 2)1, (34)Подставив (Ь 2/а 1 )1 в выражение (16), вычисляют 20Кз = (Ь 2/а 1) /(02/С 1)1, (35)Изменив падающую волну а 2 с помощью нагрузки 10, определяют второе отношение волн (62/а 2)2 по формуле (33).Поочередно подставляя отношения 25 волн (Ь 2/а 2)1,2 в формулу(17), получают два линейных алгебраических уравнения с двумя неизвестными К и К 5, решение которых имеет вид(вг (азЬ" (Эг/аэ)Таким образом, устройство для измерения 35 параметров СВЧ-четырехполюсника реализует поставленную цель измерения всех четырех параметров рассеяния нелинейных активных СВЧ-четырехполасникав в режиме большого сигнала при наличии высших гармоник. 40Формула изобретенияУстройство для измерения Я-параметров СВЧ-четырехполюсника, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, первый согласующий трансформатор и направленный ответвитель падающей волны, последовательно соединенные направленный ответвитель прошедшей волны, первый сумматор и первый индикатор, а также последовательно соединенные второй согласующий трансформатор и нагрузку с переменным коэффициентом отражения, причем вход направленного ответвителя прошедшей волны является входом для прохождения выхода исследуемого СВЧ-четырехполюсника, отл ич а ющеесятем,что, с целью обеспечения возможности измерения Я-параметров нелинейных активных СВЧ-четырехполюсников в режиме большого сигнала, к выходу вторичного канала направленного ответвителя падающей волны подключены последовательно соединенные паласовой фильтр, первый согласованный отключатель, двухпазиционный фазовращатель, трехканальнь 1 й делитель, второй сумматор и второй индикатор, к выходу первичного канала направленного ответвителя падающей волны подключены последовательно соединенные второй согласованный отключатель и первая зондовая секция, выход которой является выходом для подсоединения входа исследуемого СВЧ-четырехполюсника, а выход зонда соединен с вторым входам второго сумматора, между выходом. первичного канала направленного ответвителя прошедшей волны и входом второго согласующего трансформатора введена вторая зондовая секция, выход зонда которой подсоединен к первому входу введенного третьего сумматора, при этом ега второй вход соединен с вторым выходом трехканального делителя, а выход подключен к входу введенного третьего индикатора, а третий выход трехканального делителя подключен к второму входу первого сумматора,А В