Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения свч-двухполюсника

(И) д) 4 С О 1 К 27/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ иборост Б, Гнмпи еви 34 1 (088.8) е свидетельст С 01 к 27/ свидетельств С 01 К 27/ ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ ЦИЕНТА ОТРАЖЕво ССС6, 198СССР6, 198НИЯ МОДУНИЯ СВЧ льзов эмери з етения ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Севастопольский пртельный институт(54) УСТРОЙСТИ ФАЗЫ КОЭФФИДВУХПОЛЮСНИКА(57) Изобретение м.б. иво встроенных автоматичных системах. Цель изоб повышение точности измерений. Устрво содержит СВЧ г-р 1, четырехзондо вый датчик 2 полных сопротивлений, эл-ты связи 5-8 датчика 2, четырехканальный СВЧ-коммутатор 9, блок управления (БУ) 10, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 1-й гармоники частоты коммутации, амплитудный детектор (АД) 13,управляемый делитель 21 напряжения, инди катор 22, фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25, исследуе-мый СВЧ-двухполюсник 4, Вновь введены управляемый СВЧ-фазовращатель 3, два полосовых фильтра 14 и 17 2-й гармоники частоты коммутации, Ад 15 и 18, электронный ключ 16, и меритель 19 отношений БУ 20. 1 ил(3)128Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может бытьиспользовано во встроенных автоматических измерительных системах.Цель изобретения - повышение точности измерений в полосе частот.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ-двухполюсника.Устройство для измерения модуляи фазы коэффициента отражения СВЧдвухполюсника содержит СВЧ-генератор 1, четырехзондовый датчик 2 полных сопротивлений, управляемый СВЧфазовращатель 3 и исследуемый СВЧдвухполюсник 4. Элементы связи 5-8четырехзондового датчика 2 полныхсопротивлений, четырехканальный СВЧкоммутатор 9, первый блок 10 управления, квадратичный детектор 11, полосовой фильтр 12 первой гармоникичастоты коммутации, первый амплитудный детектор 13, первый полосовойфильтр 14 второй гармоники частотыкоммутации, второй амплитудный детектор 15, электронный ключ 16, второй полосовой фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации, третийамплитудный детектор 18, измеритель19 отношений, второй блок 20 управления, управляемый делитель 21 напряжения, индикатор 22 фазометр 23, индикатор 24 фазы, пороговый блок 25.Устройство для измерения модуляи фазы коэффициента отражения СВЧдвухполюсника работает следующим об-,разом.Сигнал постоянной амплитуды (Ц,)от СВЧ-генератора 1 поступает черезчетырехзондовый датчик 2 и управляемый СВЧ-фазовращатель 3 к исследуемому СВЧ-двухполюснику 4,Отраженная волна интерферирует спадающей. Анализ распределения поляосуществляется с помощью четырех элементов связи 5-8 четырехзондовогодатчика 2, размещенных в различныхсечениях таким образом, чтобы фазовые набеги между ними были равны Ъ/4на верхней частоте диапазона.Четырехканальный СВЧ-коммутатор 9по сигналу с первого выхода блока 10периодически коммутирует с частотойЯ каждый из выходных сигналов элементов связи 5-8 четырехзондовогодатчика 2 в общий канал. При этом навыходе. четырехканального СВЧ-коммута 2020 2тора 9 получается сигнал в виде периодической последовательности радиоимпульсов. Этот сигнал детектируется квадратичным детектором 11, выходной сигнал которого является периодической функцией,Полосовой фильтр 12, настроенныйна частоту Я , выделяет первую гармонику выходного сигнала квадратичного10 детектора 11. Напряжение с выхода полосового фильтра 12 поступает на входпервого амплитудного детектора 13, выходное напряжение которого зависитот частоты, и при ее .уменьшении изменяется при постоянном коэффициентеотражения.Корректировка частотной зависимости проводится следующим образом,Выходной сигнал квадратичного де 20 тектора 11 подается на вход первогополосового фильтра 14 второй гармоники, выходной сигнал которого детектируется вторым амплитудным детектором 15.Выходное напряжение второго амплитудного детектора 15 определяется выражением: где К - коэффициент передачи первого полосового фильтра 14 второй гармоники на частоте 22;35 К - коэффициент передачи второго амплитудного детектора 15; А =а + Ьтт - амплитуда отарой гармоники частоты коммутации;а , Ь - коэффициенты разложения в ряд Фурье.Коэффициент а определяется выражением:т 2а = -- Иг.) соз 2 Я М, (2)То Выражение для 11, имеет вид: 50 й 8 ККаК 11,Т55 где К - коэффициент пропорциональности,Из формулы (3) видно, что втораягармоника появляется только при час3 1282020 тотной расстройке, а при Л = Л, (б1= 2) - О, = О, так как3 Бсоз -- = О.2Но напряжение на выходе второго амплитудного детектора 15 зависит не только от частотной расстройки3, О(члены зп--соз ) но и от2модуля Г и Фазы (член зхп Ю) ком плексного коэффициента отражения. Для того, чтобы получить информацию только о частотной расстройке, необходимо зависимость от Г и исключить,Для этого выходной сигнал квадратичного детектора 11 подается на электронный ключ 16, управление которым осуществляется с гретьего выхода блока 10 управления, электрон ный ключ открывается только на время, когда на выходе квадратичного детектора 11 появляются напряжения В , Вэ (сигналы с элементов 6 и 7 связи четырехзондового датчика 2). При этом выходной. сигнал (Б ) электронного ключа 16 является периодической Функцией.Второй полосовой Фильтр 17 второй гармоники частоты коммутации вы деляет вторую гармонику сигнала У(1 ). Выходной сигнал (о ) второго полосового Фильтра 17 детектиру,ется третьим амплитудным детектором 18, напряжение на выходе которого 35имеет вид: Ю з пФ- - соз --8 2(7) 8 ЭН где К - коэффициент передачи второго полосового фильтра второй гармоники 17 на частоте 2 Я;К - коэффициент передачи третьего амплитудного детекто ра 18; 33 о 2 Урасстройки (член --- в -) от мо 8 8дуля 1 и фазы (член зп М ) комплексного коэффициента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4. Следовательно сигнал, зависящий только от частотной расстройки, можно сформировать, если подать Б на вход деолимого измерителя 19 отношений, а Б, - на вход делителя. Тогда выходное напряжение измерителя отношений 19 с учетом выражений (3) и (5) имеет вид:(6) где К, - коэффициент передачи измерителя 19 отношений.Из выражения (6) видно, что член 2 ККК /К ККесть величина постоянная38 ю 61Я 9 Й . 3 д а члензп-- соз -- /зь.п( ---8 2 8 Ъ 2--- )несет информацию о частот 8ной расстройке, Каждому значению частоты в рабочем диапазоне соответ-ствует единственное значение ко."Ффи- циента а значит и единственное значениеокоэффициента зп - , -2Напряжение с выхода измерителя 19 отношений подается в блок 20 управления, который осуществляет установку коэффициента передачи управляемого делителя 21 напряжения в соответствии с Формулой:А- амплитуда второй гармоникичастоты коммутации,тогда выражение (4) имеет вид:4 КК,К К,Н.д 1)ГЛ ЗУБ угуяэ.п (- ---- зз.п М ,8 8(5) Из выражения (5) видно, что напряжение на выходе третьего амплитудного детектора 18 зависит от частотнойзп 50 К, - коэффициент передачи управляемого делителя 21 напряжения при 1 = 1, (Ь = 1).Напряжение на выходе управляемо го делителя 21 наиряжения имеет вид:е- Л л г,.4 Г 2 КК,1 К 11 1 б8Это напряжение подается на индикатор 22, шкала которого калибруется непосредственно в значениях 7.Из (8) видно, что погрешность измерения модуля коьплексного коэффициента отражения определяется только частотным коэфйициентом, т,е, в предлагаемом измерителе достигнуты такая же точность измерения и широкополосность, так и в известном, но 10 без введения корректирующего канала, что значительно расширяет его функци, ональные возможности, так как позволяет использовать его для цепей встроенного контроля.15Напряжение (Ц ) с выхода полосового фильтра 12 подается на вход Йазометра 23, на опорный вход которого поступает опорное напряжение со второго выхода блока 10. 20Сигнал с выхода фазометра 23 подается на индикатор 24 фазы, шкала которого калибруется непосредственно в значениях УЕсли фаза коэ 1 фицкента отражения исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 равна 0 , 180 или ЗбО , то напряженияэБ, и ц , согласно выражениям (3) и(5), обращаются в нуль. Измеритель19 отношений, из-за нулей на обоихвходах, работать не будет. Следовательно, возникает неопределенностьв определении частотной расстройки.Для исключения этой неопределенности в измеритель введены пороговый блок 25 и управляемый СВЧ-фазовращатель 3 (дискретный). Сигнал(11 ц ) с выхода Йазометра 23 кромеиндикатора Йазы поступает на пороговый блок 25, который, если Йаза исследуемого СВЧ-двухполюсника 4 находится в пределах 0 - 5, 175 - 185,355 - 360, вырабатывает сигнал(11 з ), который подается на управляющий вход управляемого СВЧ-фазовращателя 3. При этом сдвиг по фазе,вносимый управляемым СВЧ-фазовращателем 3, увеличивается, например, на11т.е. к фазе исследуемого СВЧдвухполюсника добавляется постояннаяГвеличина, равная При этом напряжения С, , 11 на входах измерителя 19 отношений отличны от нуля Таким образом полносчью исключена неопределенность в определении частотной расстройки. Для точного определения фазы коэффициента отражения исследуемого С ВЧ-двухполюсника 4 в этом случае следует из показаний на индикаторе 24 фазы вычестьСостояние управляемого СВЧ-фазовращателя 3 сигнализируется, например, с помощью светодиода, установленного непосредственно на панели индикатора 24 фазы.Формула изобретенияУстройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения СВЧ - двухполюсника, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, четырехзондовый датчик полных сопротивлений, последовательно соединенные четырехканальный СВЧ-коммутатор, сигнальные входы которого подключены к элементам связи четырехзондового датчика полных сопротивлений, квадратичный детектор, полосовой фильтр первой гармоники частоты коммутации, первый амплитудный детектор, управляемый делитель напряжения, индикатор, фазометр, подключенный измерительным- входом к выходу полосового Йильтра первой гармоники частоты коммутации, индикатор фазы, соединенный входом с вьжодом Йазометра, и первый блок управления, первый выход которого подключен к управляющему гходу четырехканального СВЧ-коммутатора, а второй выход - к опорному входу фазометра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерении в полосе частот, в него введены первый и второй полосовые фильтры второй гармоники частоты коммутации, электронныи ключ, второй и третий амплитудные детекторы, измеритель отношений, второй блок управления, пороговый блок и управляемыи СВЧ-фазовращатель, при этом входы первого и второго полосовых фильтров второй гармоники частоты коммутации - одного непосредственно, а другого через электронный ключ соединены с выходом квадратичного детектора, управляюший вход электронного ключа подключен к третьему выходу первого блока управления, выходы полосовых Йильтров второй гармоники частоты коммутации соответственно через второй и третий амплитудные детекторы соединены с входами измерителя отношений, выход которого через второй блок управлеЗаказ 7260/42 Тираж 730 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 ния соединен с управляющим входомуправляемого делителя напряжения,вход порогового блока соединен с выходом фазометра, а выход - с управляющим входом управляемого СВЧ-фазовра- .5 щателя, вход которого подключен к выходу четырехзондового датчика полныхсопротивлений, а выход является выходом для подсоединения входа исследуемого СВЧ-двухполюсника.