Устройство для измерения параметров свч-элементов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 16601 5) С 01 РЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ ВИДЕТ ЕЛЬ У- 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ(71) Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР(56) Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий, М "Советское радио", 1972, с. 125-127.Авторское свидетельство СССР Мф 754328, кл. 6 01 К 27/04, 1976. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, последлвательно соединенные отрезок СВЧ-тракта с измерительным зондом, подключенным к ампдитудному детектору, и управляемый азовращатель, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а управляющий вход соедйнен с выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повьпвения точности, между выходом СВЧ-генератора и входом отрезка СВЧ-тракта с измерительным зондом включен циркулятор, третье плечокоторого нагружено на согласованную нагрузку, к выходу амплитудного детектора последовательно подключены первый пиковый детектор и первый сумматор, выход которого является первым выходом устройства, между выходом амплитудного детектора и входом блока управления последовательно включены дифференциальный усилитель, второйвход которого соединен с выходом первого пикового детектора, второй .пиковый детектор, выход которогоявляется вторым выходом устройства,второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом пе свого пикового детектора, а выход - с вторымвходом первого сумматора, компаратор, второй вход которого подключенк выходу амплитудного детектора, итриггер, выход которого является третьим выходом устройства, к выходу управления подключен блок слежения-хранения, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а выход является четвертым выходом устройстав.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. блок слежения-храуения состоит из последовательно соединенных первого операционного усилителя, вход которого является входом блока слежения-хранения,аналогового ключа, управлякщий вход которого является управляющим входомблока слежения-хранения, истокового повторителя с накопительным конденсатором на входе, и второго операционного усилителя, выход которого явля. ется выходом блоке слежения-хранения.3. Устройство по п. 1о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные источник постоянного двухполярного напряжения, двухканальный коммутатор, управляющий вход которого является входом блока управления, и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого является выхо-. дом блока управления.1166015 де Е и, - напряженноВОЛНЫфГ - модуль коэния исследмента 7.сле детектировмплитудным детем в линейном ра его выходе о пада Ффициента от емого СВЧ-эл П ния напряженитором 8, рабжиме, напряжределяется в жен ю ю ф "2где к - коэррициент передачи амплитудного детекторЛинейный режим работы8 предпочтителен по следучинам.Устройство может использоватьсяв реальной аппаратуре, выходная мощность передатчиков в которой может,достигать значительной величины 50 (десятки-сотни киловатт), при этомне представляется возможным обеспечить работу амплитудного детектора8 в квадратичном режиме. Для того,чтобы определить величины 7 и 55 исключив при этом неизвестную величину Е , необходимо иметь системуиз двух уравнений, тогда как приработе амплитудного детектора 8 в а 8.детекторающим приИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента отражения, коэффициента стоячей волны иполного сопротивления сверхвысокочастотных элементовЦель изобретения - повьппение точности,На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения параметров СВЧ-элементов,на фиг. 2 - структурная электрическаясхема блока слежения.Устройство для измерения параметров СВЧ-элементов сожержит СВЧ-гене ратор 1, циркулятор 2 с согласованной нагрузкой 3 в третЬем плече, отрезок 4 СВЧ-тракта с измерительным -. зондом 5, управляемый фаэовращатель6, исследуемый СВЧ-элемент 7, амплитудный детектор 8, дифференциальныйусилитель 9, первый и второй пиковые детекторы 10 и 11, первый и второй сумматоры 12 и 13, компаратор14, триггер 15, блок 16 слежения-хра нения, состоящий из первого ивторогооперационных усилителей 17 и 18,аналогового ключа 19 и истоковогоповторителя 20, блок 21 управления,состоящий из источника 22 постоянно- ЗОго двухполярного напряжения, коммутатора 23, генератора 24 линейно изменяющегося напряжения, а также блокинг-генератор 25, аналого-цифровойпреобразователь 26, микропроцессор27, цифровой индикатор 28, накопительный конденсатор 29.Устройство для измерения параметров СВЧ-элементов работает следующимобразом. 40Высокочастотные колебания от СВЧгенератора 1 поступают через циркуля,тор 2 в отрезок 4 СВЧ-тракта, проходят через управляемый фазовращатель6 и отражаются от исследуемого СВЧэлемента 7, Отраженные высокочас"тотные колебания проходят черезуправляемый Фазовращатель 6 (например, в виде невзаимного Ферритовогофазовращателя), изменяя свою Фазуна величину, определяемую напряже-нием, поступающим от блока 21 управления на управляющий вход управляемого фазовращателя 6, отрезок 4СВЧ-тракта, далее через циркулятор2 отраженные высокочастотные колебания поступают в согласованнуюнагрузку, где они поглощаются,В отрезке СВЧ-тракта в результате интерференции падающей и отраженной волн возникает стоячая волна, причем в месте подключения измерительного зонда 5 фаза отраженной волны сдвинута относительнона величину где- Фаза коэффициента отражения исследуемого СВЧ-элемента 7,ВдЧ - сдвиг фазы, вносимый управляемым Фазовращателем 6,(фазовый сдвиг, соответстствующий расстоянию от измерительного зонда 5 к исследуемому СВЧ-элементу 7и обратно).При этом напряжение П+ на входе амплитудного .детектора 8 определяетсявыражением3 1166квадратичном режиме необходимо иметьсистему минимум иэ трех уравнений.Напряжение на выходе амплитудно.го детектора 8 максимально Убиминимально Ббв те моменты времени,когда изменение фазы, вносимое управляемым фаэовращателем 6, Равноо -и6 макс 6 миниб макс 6 мн и,1 ОЧ: ч+7- -Ла фИз системы двух уравнений (4) определяются модуль коэффициента отражения Г и его фаза Ч, определяемая цв момент времени; когда напряжение.на выходе амплитудного детектора 8равно УЕ+ - Х -,сУ и =К (,1+Г), 151 20ВЕ,Ч+ " Х,=Ю+7 О н=К(,1-).Процесс определения мод.ля и Фазы коэффициента отражения исследуемого СВЧ-элемента 7 происходит следующим образом. Блокинг-генератор 25работает. либо в автоколебательном,либо в ждущем режимах, что определяется режимом работы СВЧ-генератора Зф1. Импульсом с выхода блокинг-генера"Ьтора 25 опрокидывается триггер 15,единичное выходное состояние с которого поступает на управляющпй входкоммутатора 23. Коммутатор 23 падключает к входу генератора 24 линейно изменяющегося напряжения выход+Е источника 22 постоянного двухполярного напряжения. Линейно возрастающее напряжение с высода генератора 4024 линейно изменяющегося напряженияподается иа управляющий вход управляемого Фазовращателя 6, которыйизменяет Фазу,отраженной от исследуемого СВЧ-элемента 7 вбйны, и соответ ственно изменяется напряжение на выходе амплитудного детектора 8. Этонапряжение поступает одновременно навход первого пикового детектора 10,первый вход дифференциального усиди- Ятебпя 9 и первый вкод компаратоуа 14,На первом пиковом детекторе 10 выделяется и запоминается напряжениеПк , которое поступает на второйвход дифференциального усилителя 9, Я,на котором выделяется разность междумаксимальным 06, и текущим П аапряжениями с амплитудного детектора 015 48, Максимальная разность бб макс - У выделяется и запоминаетсябмиНвторым пиковым детектором 11. НапРЯжениЯ 16 максс выхоДа пеРвого пикового детектора 10 и Пбмакс.- У 6с выхода второго пиковогобминдетектора 11 поступают иа второй сумматор 13, где из первого вычитается второе и получается напряжение 0, , которое подается на второй вход компаратора 14, где оно сравнивается с текущим напряжением У, поступающим на его первый вход с х выхода амплитудного детектора 8. В момент их равенства компаратор 14 изменяет свое состояние на выходе, тем самым опрокидывая триггер 15 в нулевое состояние на выходе, которое поступает на коммутатор 23. Коммутатор 23 производит подключение входа генератора 24 линейно изменяющегося напряжения к выходу -Е источника 22 постоянного двухполярного напряжения. Напряжение на выходе генератора 24 линейно изменяющегося напряжения начнет линейно уменьшаться,. тем.самым изменяя Фазу отраженной волны в другую сторону до достижения следующего минимума стоячей волны в отрезке 4 СВЧ-тракта в месте расположения измерительного зонда 5. Процесс перестройки от минимума до минимума и обратно будет повторяться до тех пор, пока в отрезке 4 СВЧ-тракта существует электромагнитная волна. При импульсной работе СВЧ-генератора 1 запуск устройства в режим измерения производится модулирующим импульсом СВЧ- генератора 1 путем запуска блокинггенератора 25. Напряжения 06 , с выхода перфвого пикового детектора 10 и Убмнн с выхода второго сумматора 13 поступают на входы первого сумматора 12, в котором они сумьуруются и напряже ние Пбмакс + УФмнн с выхода пеРво го сумматора 12 поступает на первый вход аналого-циФрового преобразователя 26. Напряжение 08 макс оюмни с выхода второго пикового детектора 11 поступает на второй вход аналогоццфрового преобразователя 26. Выходной импульс триггера 15, длительность которого пропорциональна длине стоячей волны в отрезке 4 СВЧ-тракта, поступает на третий входГ св,(71 аналого-цифрового преобразователя 26Выходное напряжение генератора Р 4 линейно изменяющегося напряжения поступает на вход блока 16, В момент времени, когда измерительный зонд ,5 фиксирует первый минимум стоячей волны от исследуемого СВЧ-элемента 7, триггер 15 опрокидывается от ну левого в единичное состояние на выходе, которое запускает по управляющему входу блок 16 в режим хранения выходного напряжения П генератора 24 линейно изменяющегося напряжения, прямо пропорционального сдвигу фазы, вносимому управляемым фазовращателем 6, поступающего на четвертый вход аналого-циФрового преобразователя 26. В аналого-цифровом преобра о зователе 26 входные напряжения идлительность импульса триггера 5 преобразуются в цифровой код во время действия единичного импульса с выхода триггера 35. Сброс аналого цифрового преобразователя 26 в нулевое состояние производится во время нулевого выходного импульса триггера 15, Преобразованные аналого"цифровым преобразователем 26 в цифровой ЗО код значения входных напряжений и длительности импульса триггер 15 поступают на соответствующие входы микропроцессора 27, который производит вычисление модуля Г и Фазы М коэффициента отражения по соотношениям (5) и (6) с учетом собственного коэффициента отражения управляемого фазовращателя 6, По вычисленнымзначениям модуля и фазы коэффициента 4 Оотражения микропроцессор 27 вычисляет значения коэффициента стоячейволны К , активной и реактивнойсоставляющей входного сопротивленияисследуемого СВЧ-элемента 7 по соот ношениям К ) 1 Чф-фг.)1 к,",/Значения модуля и фазы коэффициента отражения, коэффициента стоячейволны, активной и реактивной составляющих входного сопротивления исследуемого СВЧ-элемента 7 индицируютсяна цифровом индикаторе 28,Блок 16 слежения-хранения работаетследукщим образом,При замыкании аналогового ключа19, что соответствует нулевому состоянию на его управляющем входе,напряжение на накопительном.конденсаторе 29 следит за входным напряжением и в каждый момент времени точно ему равно. При поступлении науправлякиций вход аналогового ключа9 единичного импульса от триггера15 он размыкается и напряжение на.выходе блока 16 слежения-храненияравно напряжению, запомненному накопительном кенденсаторе 29 в моментвремени, предшествующий размыканиюаналогового ключа 19. Утечка .напряжения на накопительном конденсатореР29 чрезвычайно мала, так как егонагрузкой является истоковый повторитель 20 с изолированным затвором,не потребляющим тока от входной це"пи, каковой является накопительюйконденсатор 29. Блок 16 слеженияхранения хранит значение входногонапряжения, равного напряжению сгенератора 29 линейно изменяющегосянапряжения в момент времени, коГдана измерительном зонде 5 находитсяпервый минимум стоячей волны, Этонапряжение с выхода блока 16 слежения-хранения поступает на четвертый вход аналого-цифрового преобразователя 26,116601 5Составитель Р.КузнецоваРедактор Н.Данкулич Техред.О,Неце Корректор А.ТяскоЗаказ 4305/39 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4