Измеритель параметров невзаимных четырехполюсников

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 09) (11) 70726 27 32 б 4 Ь ) ь Л 4я положения одвиж анс о помощью изменен ных КЗ 9 и 10 при носительно исход нансе и замещени гулярной линии п ся введением НО 5 8,КЗ 9 и 10 иатте настроике в резо ных положений пр и НЧП 26 отрезком ередачи. Цель дос и 6,У - циркулято нюатора 25. 1 ил, резо- С"27 ре- тигает-Я ов 7 июа ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(46) 15.11.86. Бюл. У 42 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (72) Е.Л,Барташевский, В.В.Лысоконь и В.Н,Скубицкий(56) Елизаров А.С. Автоматизация измерений параметров линейных не- взаимных СВЧ четырехполюсников, М.: Сов. радио, 1978.Авторское свидетельство СССР 9 277029, кл. С 01 К 15/00, 1969, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕВЗАИМНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ(57) Изобретение относится к радио- измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов. Измеритель содержит г-р СВЧ 1, делитель мощности 2, два ферритовых вентиля 3 и 4, шесть направленных ответвителей (НО) 5,6,11,12,13 и 14, два У-циркулятора 7 и 8, два подвижных короткозамыкателя (КЗ) 9 и 10, четыре детекторные секции 15, 16 17 и 18, четыре у-ля 19, 20, 21 и 22, измеритель отношений 23, три переключателя 24, 28 и 29, аттенюатор 25, исследуемый невзаимный четырехполюсник (НЧП) 26 и отрезок 27 регулярной линии передачи. Измерение фазовых сдвигов, производимых исследуемым НЧП 26, для противоположных направлений распространения волны, осуществляется при внесении НЧП 26с в кольцевой измерительный тракт и с фИзрбретение относится к радиоиэмерениям, в частности к технике измерения на СВЧ параметров линейныхневэаимных двуплечих устройств, имеющих эквивалентное представление нвиде четырехполюсников.Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения фазовых сдвигов.На чертеже показана структурнаясхема измерителя параметров невзаимных четырехполюсников.Измеритель параметров невэаимныхчетырехполюсников состоит из генератора СВЧ 1, к выходу которогоподключен делитель 2 мощности, кпервому и второму выходу которогоподключены первый и второй ферритовые вентили 3 и 4 соответственно,к выходам которых подключены входыпятого 5 и шестого 6 направленныхответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены соответственно входы первого 7 и второго 8 У-циркуляторов, а к вторымвыходам - первый 9 и второй 1 О подвижные короткозамыкатели, соответственно, к первым выходам У-циркуляторов 7 и 8 подключены входы первого11 и второго 12 направленных ответвителей соответственно к первым выходам которых подключены первые выходы третьего 13 и четвертого 14 направленных ответвителей соответственно, к вторым выходам первоговторого 12, третьего 13, четвертого14 направленных ответвителей подключены соответственно последовательно соединенные первая 15, вторая 16,третья 1, четвертая 18 детекторныесекции и первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22 усилители, выходы первого 19 и четвертого 22 усилителей и второго 20 и третьего 21усилителей попарно подсоединяются спервым и вторым выходами измерителя 23 отношений посредством переключателя 24, вторые выходы первого7 и второго 8 У-циркуляторов соединень 1 между собой через аттенюатор25, входы третьего 13 и четвертого14 направленных ответвителей являются входом и выходом для подключениисследуемого невзаимного четырехполюсника 26,Для калибровки вместо исследуемого невзаимного четырехполюсника10 20 25 ЗО 35 50я ясь от первого подвижного короткозамыкателя 9, волна проходит в второе плечо пятого направленного ответвителя 5, в котором складывается с волной, поступающей от генератора СВЧ 1 иэ первого плеча в второе плечо пятого направленного ответвителя 5. Суммарная волна проходит кольцевой измерительный тракт по вы-26 подключают регулярный отрезок 27линии передачи. Подключение исследуемого невзаимного четырехполюсника 26или регулярного отрезка 27 линии передачи можно осуществлять с помощью высокочастотных переключателей 28 и 29.Измеритель параметров невэаимных четырехполюсников работает следующим образом.Электромагнитная волна, поступающая. от генератора СВЧ 1, делится поровну делителем 2 мощности. Волна из первого выхода делителя 2 мощности поступает через перВый ферритовый вентиль 3 на вход пятого направленного ответвителя 5. Прошедшая череэ пятый направленный ответвитель 5 волна поступает в второе плечо и далее в первое плечо первого г-циркулятора 7, Согласно направлению циркуляции первого У-циркулятора 7 волна поступает на вход первого направленного ответвителя 11 и далее направляется по кольцевому тракту через третий направленный ответвитель 13 к первому плечу высокочастотного переключателя 29. В зависимости от направления переключения переключателей 29 и 28 волна проходит либо через исследуемый невэаимньй четырехполюсник 26, либо через регулярный отрезок лйнии передачи 27 и выходит в первое плечо высокочастотного переключателя 28, затем проходит через встречно включенные четвертый 14 и второй 12 направленные ответвители и поступает в второе плечо второго У-циркулятора 8. Согласно принятому направлению циркуляции второго У-циркулятора 8 волна проходит из второго плеча в третье плечо второго У-циркулятора 8 и далее через аттенюатор 25 по направлению циркуляциипроходит из третьего плеча в первоеплечо первого У-циркулятора 7, иэвторого плеча в третье плечо пятогонаправленного ответвителя 5. Отража 1270шеописанной последовательности структурных элементов, снова суммируясь в втором плече пятого направленного ответвителя 5 с сигналом, поступающим от генератора СВЧ 1 через его первое плечо. После многократных прохождений СВЧ-сигнала по кольцевому измерительному тракту в нем устанавливается определенная амплитуда бегущей электромагнитной волны, которая зависит от потерь в элементах измерительного тракта, в том числе и потерь в данном направлении прохождения волны через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, т.е. согласно описанию по чертежу для про хождения сигнала через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 сверху вниз, а также от электрической длины кольцевого измерительного тракта, которая определяется от первого под вижного короткозамыкателя 9 через третье-второе плечи пятого направленного ответвителя 5, первый У-циркулятор 7 и далее по описанному пути прохождения волны в измеритель ном тракте до первого подвижного короткозамыкателя 9При некоторой электрической длине кольцевого измерительного тракта выполняются условия резонанса и в кольцевом измерительном тракте усиливается максимальная амплитуда волны. Отсчет этой амплитуды производится с помощью первого 11 и второго 13 направ 35 ленных ответвителей, через которые сигнал ответвляется из кольцевого измерительного тракта и поступает на первую 15 и третью 17 детекторные секции. В последних СВЧ волна преоб 40 разуется в низкочастотный сигнал, который усиливается первым 15 и третьим 17.усилителями и поступает через переключатель 24 на измеритель 23 отношения сигналов по напряжению.Электромагнитная волна, прошедшая в второй выход делителя 2 мощности, поступает через второй ферритовый вентиль 4 на первый вход шестого направленного ответвителя 6. С некоторым ослаблением волна поступает в второе плечо шестого направленного ответвителя 6 и далее в первое плечо второго У-циркулятора 8. Согласно указанному стрелкой направлению циркуляции второго У-циркулятора 8 волна поступает через второе плечо второго У-циркулятора 8 на вход пары встреч 726 4 но включенных второго 12 и четвертого 14 направленных ответвителей и далее по кольцевому тракту в направлении, обратному прохождению сигнала в кольцевом измерительном тракте при возбуждении его через пятый направленный ответвитель 5 Послепрохождения первого У-циркулятора 7, аттенюатора 25 волна проходит шестой,направленный ответвитель 6 иэвторого плеча в третье плечо, отражается от второго короткозамыкающего поршня 10 .и суммируется в втором плече шестого направленного ответвителя 6 с проходящей волной из первого плеча в второе плечо шестого направленного ответвителя 6Подобно описанному процессу суммирования волн после многократного прохождения кольцевого измерительного трактапри возбуждении его через пятый направленный ответвнтель 5, в данном случае при возбуждении кольцевого измерительного тракта через шестой направленный ответвитель 6 в кольцевом измерительном тракте, также устанавливается определенная амплитуда бегущей электромагнитной волны, распространяющейся в направлении, противоположном направлению распространения волны при возбуждении кольцевого измерительного тракта через пятый направленный ответвитель 5,т. е. по направлению снизу вверх через исследуемый невзаимныйчетырехполюсник 26 При этом установившаяся амп" литуда электромагнитной волны зависитот потерь в элементах измерительного тракта и потерь в исследуемом невзаимном четырехполюснике 26 для прохождения волны через негоснизу вверх по чертежу, а также электрической длины кольцевого иэмери-:тельного тракта для рассматриваемогонаправления распространения волны, Эта длина определяется от короткозамыкающего поршня 10 через третье-второе плечи шестого направленного ото ветвителя 6, второго У-циркулятора 8 и далее последовательно второго 12 и четвертого 14 направленных ответвителей, переключателя 28, либо исследуемого невзаимного четырехполюсника 26, либо отрезка 2 линии передачи, переключателя 29, третье- го 13 и первого 11 направленных ответвителей, первого У-циркулятора 7 из второго плеча в третье плечо, аттенюатора 25, второго У-циркуля 3 1270 тора 8 согласно показанному направлению циркуляции из третьего плеча в первое плечо, шестого направленного ответвителя 6 из второго плеча в третье плечо до второго короткозамы 5 кающего поршня 10. При некотором по- ложении второго подвижного коротко- замыкающего поршня 10 для данного распространения волны в кольцевом измерительном тракте выполняются усло вия резонанса и устанавливается максимальная амплитуда электромагнитной волны, индикация которой производится с помощью второго 12 и четвертого 14 направленных ответви телей. Ответвленные через второй 12 и четвертый 14 направленные ответвители волны преобразуются в второй 16 и четвертой 18 детекторных секциях в низкочастотные сигналы, ко О торые усиливаются вторым 20 и четвертым 22 усилителями и через переключатель 24 поступают на Измеритель 23 отношения напряжений,Описание функционирования измери теля параметров невзаимных четырехполюсников показывает, что индикация малых потерь исследуемого не- взаимного четырехполюсника 26 может осуществляться независимо при резонансе в кольцевом измерительном тракте для двух встречно распространяющихся волн через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26, перестройка электрической длины кольцевого измерительного тракта для двух противоположных направлений распространения СВЧ-волны через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 осуществляется независимо первым 9 и вторым 10 подвижными короткозамыкателями соответственно. При внесении в кольцевой измерительный тракт исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 измененияположения первого 9, второго 1 О подвижных короткозамыкателей при настройке в резонанс относительно исходных положений при резонансе и замещении отрезком регулярной линии передачи 27 исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 поэволяет измерить производимые исследуемым невзаимным четырехполюсником 26 фазовые сдвиги для упомянутых противоположных направлений распространения волны.Порядок проведения основных этапов измерения измерителем парамет 726 Ьров невзаимпого четырехполюсникаследующий.Аттенюатор 25 устанавливают вположение максимального затухания.При этом добротности кольцевых измерительных трактов для каждого направления распространения волн оказываются значительно ниже единицы.В этом случае измерения прямых и обратных потерь невзаимного четырехполюсника производятся по следующей методике, Прямые и обратные потери равны разности показаний измерителя отношений при подключении исследуемого невзаимного четырехполюсника26 и отрезка 2 линии передачи, Вслучае измерения невзаимного четырехполюсника с прямымии обратными , потерями меньшими 0,5 дБ целесообразно полностью вывести аттенюатор 25 до минимального ослабления ипроизводить измерения по следующейметодике. Подключают отрезок 27 регулярной линии передачи, имеющий геометрические размеры, совпадающие сгеометрическими размерами исследуемого невзаимного.четырехполюсника 26.Измеряют потери в первом резонансном тракте, образованном следующейцепью элементов; первый подвижный короткозамыкатель 9, пятый направленньй ответвитель 5, первый У-циркулятор 7, первый 11,. третий 13 направленные ответвители высокочастотный переключатель 29, отрезок 27линии передачи, высокочастотный переключатель 28, четвертый 14, второй 12 направленные ответвители, второй У-циркулятор 8, аттенюатор 25,первый У-циркулятор 7, пятый направленный ответвитель 5, первый подвижный короткозамыкатель 9. Для этогопервый подвижный короткозамыкатель9 перемещают до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное показаниеизмерителя отношения 23, затем поршень первого подвижного короткозамыкателя 9 перестраивается в обе стороны от положения резонанса до получения половинного уровня показанийизмерителя 23 отношения относительноего показаний при резонансе,Потери в первом резонансном тракте рассчитывают по формуле+ Г + ( Х.) 2 25Х лЬ %бЬ ,( ,Ьв где й Ь, - полушнрина резонансной кривой в единицах длины, рассчитанная из показаний короткозамыкающего поршня 10,Подключают исследуемый невэаимный четырехполюсник 26. Переключатели 28 и 29 устанавливают в положение на включение в измерительный тракт исследуемого невэаимного четырех 35 полюсника 26. Каждый из резонансных трактов путем независимого перемещения первого 9, второго 10 подвижных короткозамыкателей в направлении на У-циркуляторы настраивают до получения резонанса, Отсчитывают смещение Ь, и смещение Ь поршней соответственно относительно их началь 30 ного положения при резонансе.Рассчитывают фаэовые сдвиги 9 идля первого и второго направленияпрохождения сигнала (волны) соответственноР =(-) Ь = (-) Ь4 л, 431ф 2в в 50 Отсчитывают показания Т , Т из 1мерителя 23 отношения относительно уровня сигнала поступающего на вход измерителя 22 отношения 23 при резонансе в первом и втором резонансном тракте на этапе измереНия Ы, и м, соответственно. Причем для по-. лучения.значений Т и Т используьЬ, - ширина резонансной кривойв единицах длины, рассчитанная изпоказаний первого подвижного короткозамыкателя 9 но половинному уровнюпоказаний измерителя отношения 23;; - длина волны в волноводе,Аналогичным образом измеряют потери М второго резонансного тракта,образованного цепью элементов: второй подвижный короткозамыкатель О, 10шестой направленный ответвитель 6,второй У-циркулятор 8, второй 12,четвертый 14 направленные ответвители, высокочастотный переключатель28, отрезок 27 линии передачи, высокочастотный переключатель 29, третий 13, первый 11 направленные ответ-.вители, первый У-циркулятор 7, аттенюатор 25, второй У-циркулятор 8,шестой направленный ответвитель 6, второй подвижный короткозамыкатель 10,Потери во втором резонансном тракте рассчитывают по Формуле ют по одной паре направленных ответвителей в кольцевом измерительном тракте, либо 11 13, либо 12, 14 и связанные с ними элементы. Потери исследуемого невзаимного четырехполюсника 26 А, и А для первого и второго направления распространения соответственно рассчитываются по формуламА=(1-ТС(1-М) с 1А =(1-Т ( - а,) )/ез.Если принять первое направление прохождения сигнала через исследуемый невзаимный четырехполюсник 26 за прямое направление, а второе - эа обратное, то1 пр=20 1 Д А; ов=20 Вд Аг Иепосредственно измеряемыми аппаратурными величинами по данной методике измерения потерь являются коэффициенты передачи резонаторов первого и второго направления Т, и Т соответственно. Собственно измеряемы- ми выходными величинами являются прямые потери А, и обратные потери Аформула изобретенияИзмеритель параметров невзаимных четырехполюсников, состоящий из генератора СВЧ, к выходу которого подключен делитель мощности, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй ферритовые вентили соответственно, первого и второго направленных ответвителей, к первому выходу каждого иэ которых подключены первые выходы третьего и четвертого направленных ответвителей соответственно, к вторым выходам первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвитегтей последовательно подключены соответственно первая, вторая, третья, четвертая детекторные секции и первый, второй, третий, четвертый усилители, выходы первого и четвертого, второго и третьего усилителей попарно соединены с первым и вторым входами измерителя отношений посредством первого переключателя, входы третьего и четвертого направленных ответвителей являются входом и выходом для подключения исследуемого невэаимного четырехполюсника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и270726 Составитель Е.АдамоваРедактор Н.Киштулинец Техред К,Попович Корректор А,Обручар Заказ 6240/49 Тираж 728 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, И, Раушская наб д, 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие,г,ужгород, ул,Проектная, 4 расширения функциональных воэможностей,путем измерения фазовых сдвигов,к выходам первого и второго Ферритовых вентилей подключены входы введенных пятого и шестого направленныхответвителей соответственно, к первым выходам которых подключены входы введенных первого,и второго У-Ниркуляторов соответственно, первыевыходы первого и второго У-циркуляторов соединены соответственно с, входами первого и второго направленнь 1 х ответвителей, вторые выходы первого и второго У-циркуляторов соединены между собой через введенный аттенюатор, вторые выходы пятого и шестого направленных ответвителей соединены с введенными первым и вторым подвижными короткозамыкателями1 О соответственно,