Анализатор цепей

(55 6 01 Й 27 ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(56) ТИИЭ Р, т. 66, МАвторское свидФ 1322199, кл. 0 01 8)4, 1978, с. 24,етельство СССРй 27/32, 1985. ЕПЕЙосится к радиоизмериь изобретения - умень- измерения,Анализатор 1 СВЧ-сигнала, управый блок 2, синфазноразователь 3, тройники головки 6 и 16, управ(54) АНАЛИЗАТОР Ц (57) Изобретение отн тельной технике. Цел шение погрешности содержит генератор ляюще-вычислитель н квадратурный преоб 4 и 5, измерительные ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ляемые аттенюаторы 7, 8 и 9, блок 10 формирования измерительных сигналов, сумматор 11, исследуемый четырехполюсник 12, управляемые фазовращатели 13, 14 и 15. Уменьшение погрешностей измерения, вносимых рассогласованием в измерительном тракте, достигается за счет максимального приближения направленного ответвителя падающей волны, который используется в качестве тройника 4, к объекту измерения, в качестве которого используется исследуемый цетырехполюсник 12. Размещение тройника 4 непосредственно на входе блока 10 и использование направленного ответвителя в качестве тройника 4 позволяют уменьшить погрешности рассогласования в 2 - 3 раза. 3 ил.что позволяет записать отношения напряжений Чх, Чу и Ч 4 к Чп в следующем виде:ву "е,+м,х+ь,у+Я,(х +т ))6- фупхи УфЯ 1 х 1 УЙ= г ио( у)Изобретение относится к рэдиоизмерительной технике и может быть использовано при создании многофункциональных измерителей параметров (коэффициентов отражения и передачи З-параметров, группового времени запаздывания, полныхвходных сопротивлений и проводимостей) СВЧ-двух- и четы рехполюсников.Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения.На фиг.1 приведена структурная электрическая схема анализатора цепей; на фиг,2 - то же, блок формирования измерительных сигналов; на фиг,З - то же, синфазно-квадратурного преобразователяАнализатор цепей (фиг.1) содержит генератор 1 СВЧ-сигнала, управляюще-вычислительный блок (УВБ) 2,синфэзно-квадратурный преобразователь(СКП) 3, первый 4 и второй 5 тройники, первую измерительную головку 6, первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые аттенюаторы, блок 10 формирования измерительных сигналов, сумматор 11, исследуемый четырехполюсник 12, первый 13, второй 14 и третий 15 управляемые фазовращатели и вторую измерительную головку 16,Блок 10 (фиг.2) состоит из направленного ответвителя (НО) 17, согласованной нагрузки 18 и согласующего устройства 19.СКП (фиг.З) включает первый тройник 20, НО 21, второй 22 и третий 23 тройники, измерительные головки 24-27 и согласованную нагрузку 28.Анализатор цепей работает следующим образом,Результат измерения параметра 31, исследуемого четырехполюсника. 12 определяется иэ соотношения напряжений Чх, Чу и Ч 4 к напряжению Чп, С помощью схемы автоматической регулировки мощности (АРМ) генератора 1 и соответствующего выбора параметров схемы анализатора цепей обеспечивается квадратичный режим работы измерительных головок 6 и 16. Поэтомупринимается, что напряжения Ч, и Ч 4соответственно равны:Чи= во 10 п 1 (1) Ч 4=по 1 041 (2) где ао и по - скалярные константы, учитывающие значение параметров измерительных головок 6 и 16.Для упрощения записи отношений напРЯжений Чх, ЧУ, Ч 4 к Чп значение що пРинимается равным 1 при Яа = О/Оп,1= 1.2,101520 25 3035 404550 при Х = ВеЯа; У = вЯа. (5)Константы о - о, щ, гпг, п, пг, по определяются из калибровочных измерений. Процесс калибровки осуществляется автоматически по командам, подаваемым из УВБ 2. После нажатия кнопки "Калибровка" на передней панели УВБ 2 приводятся в исходное положение управляемые аттенюаторы 7 - 9 и управляемые фазовращатели 13- 15. В процессе работы анализатора цепей осуществляется только поочередное измерение сигналов 01 и Ог, Поэтому, когда измеряется сигнал О. автоматически включается управляемый аттенюатор 9 для выключения сигнала Ог, а при измерении сигнала Ог автоматически включается управляемый аттенюатор 8 для выключения сигнала 01,При калибровке анализатора цепей может использоваться любой из сигналов (01 или Ог). С этой целью управляемые фаэовращатели 13 и 14,установлены в оба измерительных канала. Предположим, что измеряется сигнал О (параметры Яа), т,е. управляемый аттенюатор 9 закрыт.При таких условиях исходное положение заключается в том, что управляемые аттенюэторы 7 и 8 открываются, управляемые фаэовращатели 13 и 14 устанавливаются в положение р 1 и на экран дисплея УВБ 2 выводится команда оператору "Включить" прямое сочленение измерительного тракта". т.е, обеспечить выполнение условияЯа = 1; Х = 1; У =. О. (6) После выполнения оператором этой команды и повторного нажатия кнопки "Калибровка" по команде УВБ 2 выключается сигнал с помощью управляемого аттенюатора 8, тем самым имитируется условиеЯа= Х+ 1 У=О (7)В память УВБ 2 записывается результат измеренияВ=Е 1: 31=а. (8) Возвращается в исходное положение управляемый аттенюатор 8, и с помощью управляемого аттенюатора 7 выключается сигнал Оо, Тем самым обеспечиваются условия:1011 = 1; 1 Оо 1 = 0; Х + У = 1 (9) второго калибровочного измеренияйг=еэ: Яг=Е 4; Ог=По, (10) результат которого заносится в память УВБ 2. Найденные значения е 1 - р и оподставляются в формулы (3). В результате система квадратных уравнений (3) сводится к системе линейных уравнений относительно Хи У:)11)5:.В . - -О гп к 122 У2где переменные Й и 5 определяются изрезультатов дальнейших измерений К, 3 иДалее включаются оба сигнала (Оо и О 1), тем самым обеспечивается выполнение условия (6) и в память УВБ 2 заносится результат измеренияВЗ = ГП 1 7Яэ=гп 2 (12) после чего с помощью управляемого фазовращателя 15 вносится фазовый сдвиг ро, приближенно. равный:фо - ф 2 /1 (13) и производится четвертое калибровочное измерение. Результаты измеренийЙ 4 = гп 1 Хо + П 1 Уо(Р ( )5 4 = гп 2 Хо + п 2 Уозаносится в память УВБ 2, где Хо =ро сов ро, Уо =ро з)п то;р измерение р, внесенное управляемым фазовращателем 15.Затем с помощью управляемого фазовращателя 13 вносится второй фазовый сдвиг р приближенно равный:ттЪ У 2 ф 1 и )и производится пятое калибровочное измерение.Результат измеренийЙ 5=П)1(ХоХо-У)Уо)+П 1(ХоУц+ХПУо)8 5=)т) 2(ХПХо-У аУо)+ П 2(Хо У+Х У о) ((.)заносится в память УВБ 2, гдеХ, = р, сов р,; У, = р. э) и р: (а)сомножитель перед гп 1 и гп 2 равенРоРо сов (Уо + Ро), а сомнокитель пеРед П 1и п 2 РавЕн Р, Р, з) и (Уо + Р,), гДе Р - изменение р, внесенное управляемым фаэовращателем 13,После этого производятся перевод в исходное положение р 1 управляемого фазовращателя 15 и шестое калибровочноеизмерение,Результат измеренияВ б = гп 1 Х)2+п 1 У)2 (5 б = гп 2 Хо+п 2 УП .1 (1)заносится в память УВБ 2.Из системы уравнений (12), (14), (16) и(17) УВБ 2 находит значение констант гп 1,тп 2, п 1, п 2, заносит их в память УВБ 2 иприводит в исходное положение управляемый фазовращатель 13, На этом процесскалибровки заканчивается.В разрыв измерительного тракта блока10 включается исследуемый четырехполюсник 12 и в память УВБ 2 заносится результатизмерений К)к = п)1 Ха+п)У,лЯ )к = )п 2 Хй) п 2 У)к )Из решения системы уравнений (19) находится измеряемый параметр5 81).хк 2 )Уа. (20)Уменьшение погрешностей калибровкианализатора цепей достигается эа счет перехода от калибровки анализатора цепей по одному фазовращателю, модуль и фаза ко эффициента передки которого заданы с погрешностью не менее +0,5 дБ по модулю и +5 по фазе, к калибровке по двум фазовращателям, значения коэффициентов передачи которых не оказывают влияния на 15 результат калибровки анализатора цепей.Введение измерительной головки 16 позволяет упростить алгоритм обработки данных путем сведения системы квадратных уравнений (3) относительно Х и У при под становке в них С 2 иэ(4) к системе линейныхуравнений (8), (11), (12), (14), (16) и (18) в процессе калибровки и к системе (19) в процессе измерений.Решение системы уравнений (3) относи.25 тельно Х и У с помощь)о ЧВБ 2 в прототипевозмокно только методом последовательных приближений и занимает много времени, что не позволяет реализовать панорамный режим измерения в полосе ча стот в реальном масштабе времени.Решение системы уравнений (11) относительно Х и Ув анализаторе цепей сводится к прямому вычислению Х и У по формулам:35(21) 40 и не представляет труда для реализации спомощью микропроцессорного УВБ 2.Уменьшение погрешностей измеренияанализатора цепей, вносимых рассогласо ванием в измерительном тракте анализато ра цепей, достигается за счетмаксимального приближения ответвителя падающей волны Оо, в качестве которого используется тройник 4, к обьекту измерения - исследуемому четырехполюснику 12.50 Размещение тройника 4 непосредственнона входе блока 10 и использование в качестве этого тройника направленного ответвителя с КСВН первичного тракта не более 1,1 позволяют уменьшить погрешности рассог ласования в 2-3 раза.Формула изобретения Анализатор цепей, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ- сигнала, первый и второй тройники и первую измерительную головку, первый уп 1663578равляемый аттенюатор, подсоединенный к первому входу синфазно-квадратурного преобразователя, второй и третий управляемые аттенюаторы, подсоединенные к входам сумматора, выход которого подключен 5 к второму входу синфазно-квадратурного преобразователя, блок формирования измерительных сигналов, вход которого подсоединен к выходу второго тройника, а выходы предназначены для подключения 10 исследуемого четырехполюсникэ, и управляюще-вычислительный блок, входы которого подсоединены к выходу первой измерительной головки и выходу синфазноквадратурного преобразователя, а выходы - 15 к управляющим входам первого, второго и третьего управляемых аттенюаторов и генератора СВЧ-сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью уменьшения погрешности20 измерения, в него введены первый управляемый фазовращатель, включенный между вторым выходом первого тройника и первым управляемым аттенюэтором, второй управляемый фазовращатель, включенный между выходом сигнала падающей волны блока формирования измерительных сигналов и вторым управляемым аттенюатором, третий управляемый фазовращатель, включенный между выходом сигнала прошедшей волны блока формирования измерительных сигналов и третьим управляемым аттенюатором, сумматор выполнен в виде двойного волноводного тройника, к второму выходу которого подсоединена введенная вторая измерительная головка, причем управляющие,входы управляемых фазовращателей соединены с дополнительными. выходами управляюще-вычислительного блока,166358 Заказ 2265 Тираж 412 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьтиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель М. Кромин дактор А. Лежнина Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик