Устройство для измерения коэффициента отражения двухполюсника свч

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) ( ) 5)560182 О ГОСУДАРСТВЕОЮЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН тельной технике и мож АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Особое конструкторское бюро при Производственном обьединении "Тантал" (72) А.В,Жуков, Ю.Ю.Кудряшов, А.АЛьвов и А,А.Моржа ков(56) Авторское свидетельство СССР М 1133564, кл. 6 01 В 27/06, 1985,Авторское свидетельство СССР В 985751; кл. 6 01 В 27/06, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ДВУХПО ЛЮСНИКА СВЧ(57) Изобретение относится к радиоизмериет использоваться Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для измерения комплексного коэффициента отражения в СВЧ-трактах, а также может применяться в электронной промышленностидля автоматизации процесса измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧнагрузки.Цель изобретения - повышение точности измерения и сокращение времени измерения.Предлагаемое устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отраженияв СВЧ-трактах отличается от прототипа следующими конструктивными признаками:1. Оптимальным расположением датчиков, при котором расстояния между сосед.ними датчиками прямо пропорциональны,длине волны в СВЧ-тракте и обратно пропорциональны числу датчиков,для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения двухполюсников СВЧ. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерений, Устройство содержит генератор СВЧ-сигнала, многофазовый датчик, коммутатор, синхронный детектор, интегратор, синхронизатор, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управления, Повышение точности достигается благодаря выбору расстояния между зондами датчика, кратного 2 К-части длины волны, где Й-число зондов, а сокращение времени измерений - за счет введения синхронного детектора, интегратора и синхронизатора, 1 ил. 2. Введением измерителя-преобразова теля,В измерительной линии устройства, ис пользуемого для измерений полных сопро тивлений и коэффициента стоячей волны широком диапазоне частот, имеется при знак, сходный с первым признаком заявля емого устройства: часть датчика измерительной линии расположена на про извольных одинаковых расстояниях друг о друга, Расширение динамического и частот ного диапазона достигается за счет установ ления двух дополнительных датчиков плоскостях присоединения измерительно линии к СВЧ-генератору и к исследуемо нагрузке, Однако данная измерительная ли ния не позволяет производить измерения максимально возможной точностью в смысл минимума среднеквадратической ошибки н на одной частоте из рабочего диапазона. По1805407 4интегратор 8 и АЦП 10 соединены последовательно, а куправляющим входам каждого иэ них подсоединены выходы синхронизатора 9. Измеритель-преобразователь 6 соединен также с блоком управления 11, выключателем 12 и генератором СВЧ сигналов 1. Блок управления 11 соединен с коммутатором 5, а АЦП 10 с вычислителем 12. 10 15 20 30 35 40 50 вышение точности достигается только в среднем по диапазону, Размещение в измерительной линии заявляемого устройства всех датчиков на укаэанных расстояниях позволяет производить измерения с минимально вазмокнай среднеквадратической ошибкой на заданной частоте. Известно устройство, имеющее признак,сходный со вторым признаком, отличающимзаявляемое устройство от прототипа. Устройство содержит последовательнО соединенные аналоговый перемнакитель и интегратор и применяется для оценки амплитуды сигнала известной формы. В заявляемом устройстве измеритель-преобразователь состоит из последовательно соединенных синхронного детектора, интегратора и АЦП, управляемых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществляет амплитудную модуляцию генератора. В качестве аналогового перемнажителя здесь используется син, хронный детектор, Применение в заявляемом устройстве измерителя-преобразователя состоит из последовательно соединенных синхроннога детектора, интегратора и АЦП, управляемых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществляет амплитуднуа модуляцию генератора. В качестве аналогового перемнажителя здесь используется синхронный детектор. Применение в заявляемом устройстве измерителяпреабразавателя одновременно с оценкой амплитуды сигнала г 1 озволяет устранить переходные процессы при последовательном опросе датчиков, чта сокращает время измерения,Анализ свойств заявляемого и известных решений показы вается, чта у заявляемого устройства появляется новое свойство, не совпадающее со свойствами известных решений, - возможность проведения измерений с максимально возмокнай точностьо на заданной частоте и одновременным сокращением времени измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ нагрузки.На чертеже представлена блок-схема заявляемого устройства.Устройства .содержит генератор СВЧ сигналов 1, соединенный с измерительным трактом 2, вдоль которого расположены измерительные датчики 3. 0 выходу измерительноготракта 2 падклачена нагрузка 4, Выходы измерительных датчиков 3 через коммутатор 5 соединены с измерителем преобразователем 6. Измеритель-преобразователь 6 состоит из синхронного детектора 7, интегратора 8, синхронизатора 9 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, причем синхронный детектор 7,Устройство работает следующим образом.Генератором СВЧ 1 и нагрузкой 4 создается стоячая волна в измерительном тракте 2. Синхронизатор 9 осуществляет амплитудную модуляцию генератора 1. Сигналы. с выходов датчиков, пропорциональные квадратам напряжений стоячей волны в местах их расположения, поступают через управляемый блоком управления 11 коммутатор 5 на измеритель-преобразователь 6, где преобразуется с помощью синхронного детектора 7, интегратора 8, синхронизатора 9 и АЦП 10 следующим образом. После команды начала преобразования. поступающей от блока управления 11 в течение времени Т 1, производится сброс интегратора 8, затем в течение времени Тг производится интегрирование сигнала с выхода синхронного де. тектора 7, после чего выход синхронного детектора отключается от входа интегратора, и сигнал с выхода интегратора преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП 10. На вычислитель 12 передается результат измерения и уведомления об окончании преобразования. Вычислитель производит обработку измерительной инФормации по формулам, Синхронизатор 9 формирует сигнал амплитудной модуляции СВЧ-генератора, опорное напряжение синхронного детектора и сигналы управления интегратором.Макет установки выполнен на базе мик- раЭВМ "Электроника", используемой в качестве блока управления 11 и вычислителя 12, В качестве генератора 1 используется генератор СВЧ Г 4-79.Измерительный тракт 2 выполнен на ос- нове волновода сечением 45 х 90 с коаксиально-волновым переходом для соединения с генератором 1 и фланцем для присоединения нагрузки 4, Восемь датчиков 3 (И=8) размещены вдоль широкой стенки волновода на расстоянии 54,5 мм друг от друга что соответствует 0=6, Л=14,53 см) и содержат элемент связи - погруженный в волновод штырь, аттенюатор и детекторный диод М 33402-7. Коммутатор 5 и измеритель-преобразователь 6 смонтированы на встраиваемой в микроЭВМ "Электроника - 60" унифицированной плате интерфейса И 5,1805407 матрицы й ошибок заявляемого устройствас соответствующими матрицами ошибоканалога и прототипа дает увеличение точности измерений модуля и фазы коэффициен 5 та отражения в СВЧ трактах в НIЗ рэзотносительно аналога и на 10 - 12% по сравнению с прототипом,2, Увеличить скорость измерений в 4,5 -8 раз по сравнению с прототипом в зависи 10 мости от требуемой точности измерениянапряжения датчиков. Сокращение времени измерения достигается за счет исключения переходных процессов, имеющих местов применяемых в аналоге и прототипе пре 15 образователях, Для одинаковых дисперсийошибок измеряемых напряжений датчиковпостоянная времени Т должна равнятьсявремени интегрирован ия. Тг и нтегрэтора,при этом время переходного процесса Тп20 составляет Т,=-Ти я, где я - относительная точность измерения. Для заявляемогоустройства, содержащего измеритель-преобразователь, время измерения сигналадатчика равно: Т=Т 1+Тг+Тдцп, где Тдцп -25 время аналого-цифрового преобразователя, Обычно Т 1ТдцпТ 2, при этомувеличение скорости опроса датчиков составляет К=Чп я раз, Например. при 7-разрядном АЦЛ е 10 и К=4,5 при30 12-разрядном АЦЛ я 3 х 104, К=8. Приотношении сигнал/шуы в блоке обработкименее 10-14 дБ в прототипе применениеизмерителя-преобразователя позволяетполучать несмещенные оценки амплитуд35 сигналов с датчиков, что улучшает точностьизмерения модуля и фазыкоэффициента отражения,О 1 6 г)г(1 бг)г 26 г 40 2=(р,б,о) - вектор рассчитанных значенийТпараметров; 2=(р, 6, р) - вектор их истинных значений; Р - квадрат амплитуды напряжения датчиков; 6, р- модуль и фаза. 45 коэффициента отражения нагрузки; М - число датчиков; ог-дисперсия ошибок измерения амплитуд сигналов датчиков; Е- оператор математического ожидания. Рас положение, минимизирующее детерминат матрицы ошибок, пропорциональный квадрату эллипсоида ошибок измерения, пред-. ставляет собой О - оптимальный план эксперимента в методе наименьших квад ратов и обеспечивает независимость ошибок измерения модуля и фазы, что является важным достоинством предлагаемого расположения датчиков по сравнению с анало;гам и прототипом, Сравнительный анализ Коммутатор 5 и синхронный детектор 1 выполнены на аналоговых ключах микросхем серии К 590, в интеграторе 8 используется операционный усилитель серии К 140 и аналоговые ключи серии К 590, АЦП выполнен на микросхеме К 572, синхронизатор 9 состоит из тактового генератора и таймеров, выполненных на микросхемах серии К 155. Связь коммутатора 5 и измерителя-преобразователя б с интерфейсом "Общая шина" микроЗВМ осуществляется через унифицированный интерфейс И 5 "Электроника". Устройство позволяет;1. Обеспечить требуемую точность измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-нагрузки на заданной частоте выбором необходимого числа М оптимально расположенных датчиков, При этом, за счет подбора параметра расположения датчиков К, можно провести удобный для технической реализации выбор расположения датчиков. Используемое расположение датчиков минимизирует детерминат матри.цы В=Е 2-2)2-2)Т) ошибок измерения амплитуды стоячей волны, модуля и фазы коэффициента отражения нагрузки, которая для предлагаемого устройства имеет вид; ормула изобретени Устройство для измерения коэффициента отражения двухполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ-сигнала и многозондовый датчик, выход которого является выходом для подсоединения исследуемого двухполюсника, а выходы зондов соединены с входами коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управления, перй управляющий выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, о т л ич а ю щ е е с я темчто, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя через введенные последовательно соединенные синхронный детектор и интегратор,опорные входы синхронного детектора,1805407 Составитель Ю; КудряшовТехред М.Моргентал Корректор М Редактор щенко Заказ 940 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,Ж, Раушская наб., 4/5 роизводствен но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага рина, 10 интегратора и аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами введенного синхронизатора, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу генера тора СВЧ-сигнала, а вход - к второму дополнительному выходу блока обработки и управления, при этом расстояния Ж. между зондами многозондового датчика выбраны из соотношения й;-А К/2 М, где й - число зондов, й 4,А- длина волны в многозондовом датчике, К - целоечисло, не кратное й/2.