Устройство для измерения s-параметров многополюсников

(51)5 0 01 й 27/2 ОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ НИЯ АВТОРС СВИДЕТЕЛЬСТВ ое ио САНИЕ ИЗС)Б(71) Ленинградский электротехнический институт им, В,И.Ульянова (Ленина)(56) Авторское свидетельство СССРМ 1290204, кл. 6 01 й 27/28, 1987,Гунта К., Гардт.Р., Чадка Р. Машиннпроектирование СВЧ-устройств, - М,; Ради связь, 1987, с,178, рис.10,1.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 3-ПАРАМЕТРОВ МНОГОПОЛЮСНИКОВ(57) Изобретение может быть использованодля измерения и настройки различных многополюсных СВЧ-устройств, например фазированных решеток. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений достигается за счет введения й многозондовых измерительных линий 51, , Ъ, И блоков 61, , 6 и амплитудных детекторов, й программно-управляемых коммутаторов 71, , 7 ы и делитель 2 мощности на й каналов. При работе устройства сигнал с генератора 1 качающейся частоты через делитель 2 мощности, блок 3 переключателей и многозондовые измерительные линии 51, , 5 н поступает на входы объекта 8 измерения, Сигнал с отводов многозондовых измерительных линий 51, , 5 н через блоки 61, ., 6 и амплитудных детекторов и программноуправляемые коммутаторы 71, , 7 и поступает на вход аналого-цифрового Б преобразователя 9, а.с его выхода - на входы вычислительно-управляющего блока 10.Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измврения 3-параметров (элементов матрицы рассеяния) различных пассивных и активных многополюсников 1 например, фазированных антенных решеток) в широком диапазоне частот.Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия,На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит. генератор 1 качающейся частоты, выход которого через делитель 2 мощности подключен к входам блока 3 переключателей, к первой группе выходов которого подключены согласующие двухполюсники 41-4 и, а к второй группе выходов которого - соответствующая многозондовая измерительная линия 51-5 и, выходы разрядов каждой из которых через блоки 61-6 и амплитудных детекторов подключены к входам программно-управляемых коммутаторов 71-7 н, а основные выходы многозондовых измерительных линий подключены к соответствующим входам измеряемого многополюсника 8, при этом выходы программно-управляемых коммутаторов 71-7 н через аналого-цифровой преобразователь 9 подключен к входу блока 10 вычисления и индикации, состоящего из вычислительно-управляющего блока 11 и индикатора 12, а управляющие выходы .вычислительно-управляющего блока 11 подключены к управляющим входам генератора 1 качающейся частоты, блока 3 переключателей и программно-управляемых коммутаторов 71-7 й.Устройство работает следующим образом,От генератора 1 качающейся частоты синусоидальнцй сигнал конкретной частоты поступает на делитель 2 мощности, гдв делится на М синфазных равноамплитудных состйвляащих, поступающих в одном из поюжвмий блока 3 переключателей на подкаечеимые переключателями блока 3 многовековые измерительные линии 51-5 и, ееедюнвнные с входами измеряемого многвщмесника 81-Зи. При этом в качестве двчиюв распределения напряжения по лиюе иопользуатся амплитудные детекторы баева 6-6 н, сигналы с которых поступают через программно-управляемые коммутатора 7-7 и и аналого-цифровой преобразовамяъ 9 в вычислительно-управляющий блок 11, входящий в блок 10 вычисления и индикации, в котором данные, полученные путем ояроса коммутаторов 71-7 м по всем блокам 61-6 в, амплитудным детекторам от всех йз. мерительных линий 51-5 н, обрабатываютсяв соответствии с нижеизложенным алгоритмом, а затем устанавливается следующая комбинация переключателей в блоке 3. По сле перебора всех комбинаций, необходимых для измерения 3-параметров на данной частоте. происходит под управлением вычислительно-управляющего блока 11 первход на следующую частотную точку в 10 генераторе качающейся частоты 1 вплоть дореализации всей частотной характеристики, после чего полученные частотные зависимости 3-параметров обрабатываются и в требуемой форме выводятся на индикатор 12, 15 представляющий собой осциллограф, аналого-цифровой или графический дисплей и т,п.Полученное в блоке 10 от каждой изизмерительных линий 51-5 н распределение 20 напряжения обрабатывается следующимобразом. В вычислительно-управляющем блоке 11 для каждого значения расстояния 1-го датчика в-й измерительной линии 5 а " -1 " 1, 2, , Мда (а 1-й) от а-го входа 25 многополюсника 8-хы вычисляется значение модуля напряжения на 1-м детекторе а-й измерительной линии Ою Оы (сЬДп +),) Ха+1-а1 - 3 е 1" Оа1+Зае 1+,а зиф +) ") ХюЗ,30 Далее формируется целевая функция для в-й измерительной линии согласно следующему равенству: нар. Ц 111 изм)2 40 Целевая функция минимизируется одним из методов нелинейного программирования с использованием в качестве45 варьируемых параметров3 а 1; Рза,.ОЬа: фа,Оа,гдв Яда - количество датчиков в гп-й измерительной линии 5 а;Оа - комплексная амплитуда напряже 50 ния на 1-м датчике в-й измерительной линии5 а,Оа 1 ф - измеРенное напРЯжение на 1-мдатчике в-й измерительной линии 5 а,Оь - комплексная амплитуда напряжения на а-м входе многополюсника 8;1721545п - геометрическая длина а-й измери- ции переключателей блока 3 (а " 1, 2, й;тельной линии 5 ы а Ф 1),Хю - геометрическое расстояние от а- Таким образом, за (И+1) комбинациюго входа многополюсника 8 до )-го датчика переключателей блока 3 определяются все, в-й измерительной линии 5;13 ууу5 элементы матрицы рассеяния многополюсЯ -3 у - комплексный коэффи- ника 8, значения которых после соответстциент отражения по гп-му входу многопо- вующей обработки выводятся в требуемомлюсника 8 ( Яу- модуль В, з и - фаза)., виде на индикатор 12.Параметры Яуу; за , Оьв 1; фа; В предлагаемом устройстве постоянноОп полностью описывают процессы в е-й 10 контролируются значения согласующихизмерительной линии 5 и совпадение из- двухполюсников 4.меренного и расчетного распределения на- Отличие значений двухполюсниковпряжения вдоль в-й измерительной линии 41-4 ч, а также все паразитные параметры5 а позволяет определить истинные значе- соединителей от эталонных вносят ощутиния коэффициента отражения по в-.му входу 15 мую погрешность в результаты измерений вмногополюсника 8 а (а " 1-М) при одной известном устройстве по мере увеличениякомбинации переключателей блока 3. частоты и полностью контролируются и увеОпределяют минимально необходимое личиваются в предлагаемом устройстве, поколичество таких комбинаций. Начальная вышая его точностные характеристики. Вкомбинация заключается в измерении коэф предлагаемом устройстве при переключефициентов отражения по всем входам принии с комбинации на комбинацию в целяхвключении всех генераторов, что позволяет высокочастотногосигнала происходятперепри равноамплитудности и синфазности ключениятолькодвух переключателей бловозбуждения на выходе делителя 3 мощно- ка 3, а в известном устройстве происходитсти получить для коэффициента отражения 25 (й)-кратное переключение в рамках заданпри 0-й комбинации: ной комбинации для измерения сигналов,30 - в Е 1+ Яа 2 Е 2++ Яю Еи = Япу 1+ прошедших через измеряемый многопо+Яв 2. + ." + Явй. люсник.Индекс (о) означает номер комбинации; Наличие дополнительных переключен = 1 - й, принимают, что ввиду равноампли ний в известном устройстве также приводиттудности и синфазности Е = 1 ( -. 1-Н), где к снижению точности измерений, посколькуЕ - нормированная безразмерная амплиту- каждый раз подключаются неконтролируеда. мые параметры переключающих и соединиСледующая комбинация переключате- тельных элементов которые могутлей в блоке 3 осуществляет отключение пер изнашиваться и случайным образом отказывого выхода делителя 3 мощности от входа вать во время работы, что делает необходипервой многозондовой измерительной ли- мым многократную калибровку. Внии 51 и подключение этого входа через предлагаемом устройстве на каждой частосогласующий двухполюсник к земле, что эк- те в каждом блоке измерения комплексныхвивалентно реализации Е 1 = О. При такой 40 коэффициентов отражения измеряется некомбинации можно определить столбец сколько десятков точек (равное числу датчиматрицы рассеяния(а =,3, , И) поформу- ков), характеризующих распределениеявдоль измерительной линии, по ним вычисляется одно значение комплексного коэф. где Яу - коэффициенты отражения по а фициента отражения,му входу многополюсника 8 при первой ком- Большое число переключений в цепяхбинации. ВЧ-сигнала в известном устройстве неизСледующая комбинация(номер 2) пере-бежно приводит к увеличению времени изключателей в блоке 3 реализует Е 2 0 и мерений. Так, вобщем случае, в известномпозволяет найти столбец Зы матрицы рас устройстве необходимо провести й пересеяния 9 пщ 1,3, 4,йо по ормулв. ключвиий в блоквЭ, осуществляющих М ком 1 вг а - в, бинаций, подключающих генератор 1 кА о) ь )где Яп - коэффициент отражения по е-му одному из й входов измеряемого многоповходу многополюсника 8 при второй комби- люсника 8, и в рамках каждой комбинациинации. 55 (й) переключений делителя мощности дляД общем случае измерения сигнала, выходящего из неподключенных к генератору входов многополюсгде 3 - коэффициент отражения по а-му ника 8, и одно переключение для измерениявходу многополюсника 8 при И-й комбина- отраженного сигнала по генераторному вхо. ду. В предлагаемом устройстве необходима1721545 всего (8+1) комбинация, т,е. (И+1) переключение. Выигрыш в числе переключений можно оценить отношениемИ+1При й 4 выигрыш составляет д 3,2; при й - 10- д,1, а при й 20 предлагаемое устройство практически в й раз уменьшает количество переключений и соответственно сокращает время измерений,Составитель Н. МихалевРедактор А. Мотыль Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид Заказ 951 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения Устройство для измерения 8-параметров многополюсников, содержащее генератор качающейся частоты высокочастотного сигнала, блок переключателей с й парами выходов, первый выход каждой пары которого соединен с входом соответствующего согласующего двухполюсника, аналогоцифровой преобразователь, выход которого подключен к входу блока вычисления и индикации, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу генератора качающейся частоты, а второй - к управляющему входу блока переключателей и клеммы для подключения измеряемого многополюсника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия, в него введены й 5 многозондовых измерительных линий, йблоков амплитудных детекторов, й программно-управляемых коммутаторов и делитель мощности на Й каналов, вход которого соединен с выходом генератора 10 качающейся частоты, а выходы подключены к соответствующим входам блока переключателей, второй выход каждой пары выходов которого подключен к соответствующему входу измеряемого многополюсника 15 через многозондовую измерительную линию, к отводам которой через блок амплитудных детекторов подключены входы программно-управляемого коммутатора, выход которого подключен к соответствующе му входу аналого-цифрового преобразователя,управляющие входы программно-управляемых коммутаторов соединены с третьим управляющим выходом блока вычисления и индикации, а выходы согласующих двухпо люсников заземлены.