Измеритель s параметров четырехполюсника свч

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 682 А 1 6 01 й 27/04, 27/28 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относиСВЧ и может использоваЯ-параметров линейныхчеты рехпоол юс ни ко в. Цсокращение времени изм АМЕТРОВ ЧЕТЫся к радиотехнике ься для измерения нелинейных СВЧ- ль изобретения - ерений и повышеехпо- обраГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) ТИИЭР, т, 74,Авторское свиМ 1601589, кл, 6 0 Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, в частности к измерениям на СВЧ, и может использоваться для измерения Я-параметров линейных и нелинейных СВЧ-четырехполюсников,Целью изобретения является сокращение времени измерений и повышение точности.На чертеже представлена структурная электрическая схема измерителя 3-параметров четырехполюсника СВЧ.Измеритель содержит генератор 1 СВЧ, делитель 2 мощности, первый вентиль 3, управляемый аттенюатор 4, управляемый фазовращатель 5, первый направленный ответвитель (НО) 6, второй вентиль 7, второй НО 8, исследуемый четырехполюсник 9 СВЧ, фильтр 10 нижних частот, первый соние точности. Измеритель Я-параметров четырехполюсника СВЧ содержит генератор 1 СВЧ, делитель 2 мощности, первый вентиль 3, управляемый аттенюатор 4, управляемый фазовращатель 5, первый направленный ответвитель (НО) 6, второй вентиль 7, второй НО 8, исследуемый четырехполюсник 9 СВЧ, первый согласованный отключатель 11, первый гибридный мост 12, первую согласованную нагрузку 13, второй согласованный отключатель 14, третий согласованный отключатель 15, второй гибридный мост 16, третий гибридный мост 17, вторую согласованную нагрузку 18, первый ватт- метр 19. Цель достигается введением фильтра 10 нижних частот, первого переключателя 20, второго переключателя 21 и второго ваттметра 22. 1 ил. гласованный отключатель 11, первый гибридный мост 12, первую согласованную нагрузку 13, второй согласованный отключатель 14, третий согласованный отключатель 15, второй гибридный мост 16, третий гибридный мост 17, вторую согласованную нагрузку 18, первый ваттметр 19, первый переключатель 20, второй переключатель 21 и второй ваттметр 22,Измеритель Я-параметров четыр люсника СВЧ работает следующим зом,Гармонический испытательный сигнал генератора 1 делится делителем 2 на два колебания, первое из которых поступает через второй вентиль 7, второй НО 8 в первое плечо исследуемого четырехполюсника 9, Второе колебание проходит первый вен тиль 3, управляемьй аттеьпоато;э 4, уп равляемый Фазоврао 1 атель 5, первый НО 6 и пг- СТУПВЕТ ВО ВТОРО 8 ПЛВЧО ИССЛВДУВ 4 ОГО четырехполосника 9. 1 енератором 1 устанавливаются заданные частота и мощность испытательнОГО сиГнала ВО Втором канале (Второй вентиль 7 и второй НО 8), а управляемыми аттенюатором 4 и (Разаврацателем 5 - мощность испытательногоаигнапа впервом канале и его фазовый сдвиг по атнашенио к сигнау ВтороГО канвеаКолебания, ответвляемые 1 О 6 и 8, в силу неид 8 альности последних являются линеЙными комбинациями паД 310 Щих и атраженньв волн, существующих В атсчетных плоскостях 14 змерите 51, ПО измерения 14 катоаых ОпределяОтся исОмы( 5-паОаметры. Колебание, полученное на первом отВетвлякщем Выходе НО 6, проходит через фльтр 10, третий саглсСОВаый аткюча.Гель 15, первый перекгючатель 20, второй гибридный мост 16, первый гибридный мост 2 и поступает на Второйаттметр 22. Это колебание имеет следуюДий Вид:Сф) = - .Ссоз ют (1) Где С 1, (О амплитуДВ и частота,КОлебание, палуче.нае на Втором Отве.гвляющем Вьходе НОВ, проходит первый согласованный отклОчатель 11, гервый гибрид 5 ый мост 12 и поступает 1 а второй ватт- метр 22, Зта колебание имеет видС 2 (1:) = С 2 соз (и . + д 21 ++,.С 2 соз (1 вт+а 1),=-2лгде С 2 и (52 - амплитуца и фаза тнос Тегьо Сф) первой гармоники Данного колебаниящС 2 и р 2 - амплитуда и фазы вьюших гармоник;К - неизветное число высших гармоник, Колебание, полученное на первом отВетвпяющем выходе НО 6, проходит второй переключатель 21, третий гибридный мост 17 и поступапет на первый ваттметр 19, Зто колебание имеет видСз ) .= Сз соз (г(+ 1, 1йс;Гйасованный ОтклОчатель 14, второЙ пероключатель 21, гретий Гибридный мост 17 и поступает на первый Ваттметр 19. Оно ИЫ 88 Т ВИД5Ъ С 4 = С 4 с аз (Ф 1 + (1)4) +М(4) 10где С 1, (54 - амплитуда и фаза первой гармоники;С 4 и 04 - ампитуд 1,л фазы В Сшихгармоник (относительно С(т.Колебание, поступаощее на первыйВаттметр 19 с перваГО Выхода второГО гибридного моста 16 через третий гибридный мост 17, имеет Вид;СБ(т) - -5 соз (в 1+ р;), (5) ,0 где Сб и ц"5 "8 О амплитуда и фаза.Примем, что положение (1) согласованных Отключателей 1, 14, 15 соответствует пропусканио поступаощих на них сигнагав, а положение (О) - запиранию. Положе ние (1) переклОчателя 20 соответствуетсоединенио с ега Входом Второго Входа гибриднага моста 16, а положение (2) - первого входа гибридного моста 16, Полах(ение (1) перекпачателя 21 соответствует пропуска;0 ниО когебания Сз(г), а гОложеИе(2) - коле(б;ния С 4 ),(6) Р 5 =, (В) С /2 45где,и (оэ) - казффициент, учитывающий казффициент зффективности и коэффициент отоажения ваттметра 22;2) согласованный отключатель 15 - в ;-,0 гголожении (О), согласованный отключатель11 - в Опожеи (1), переклОчатель 20 - в положении (1): В зависимости от положения согласованных Отклачателей 11, 15 и переключателя 20 ваттметр 22 измеряет следующие мощности перека атель 21 и сагласованньй аткпючатель 11 в произвол; ых положенияхх):1) согласованный отключатель 15 - в 10 положении (1), сагласаванньй атключательР 2 = 1 (М) С 2 /2 + РЕ 2,Гле Сз 3 амплитуДВ и (а;а 18 рвой ГарГд 82 сммарная мощность Высших ГарСз ф1 Цьф"ланик колебании С 2(т)гармоник (все фазы относ 5 теьо СФ 3) согласованные отклочатели 11 и 15 -КОЛ;бание, голученное на Вторм от- В положении(1), переклачатель 20 - В половетвяОщем выходе НО 6, -роходит второйгде ц 1 и ф 1 - величины, учитывающие изменение амплитуды и фазы сигнала Сф), получающиеся при переключении этого сигнала с первого на второй вход гибридного моста 16. При этом должны быть соблюдены условия ц Ои 1/)1 Фпй, п=О,+1, + 2 что обеспечивается использованием гибридного моста 16;5) согласованный отключатель 15 - в положении (1), согласованный отключатель 11 - в положении (0), переключатель 20 - в положении (2),Ваттметр 19 измеряет следующие мощности в зависимости от положения согласованных отключателей 14 и 15 и переключателей 20 и 21 (согласованный отключатель 11 в произвольном положении);6) согласованный отключатель 14 - в положении (0), согласованный отключатель 15 - в положении (1), переключатель 21 - в положении (2):Рб =Рб (СО) С 5 /2; (11) где,и 2 (м) - коэффициент, учитывающий коэффициент эффективности и коэффициент отражения ваттметра 19;7) согласованный отключатель 14 - в положении (1), согласованный отключатель 15 - в положении (0), переключатель 20 - в положении (1), переключатель 21 - в положении (2),Р 7=,и 2 (Со) Са /2+ РУ 4, (12) где Рк 4 - суммарная мощность высших гармоник колебания С 4(т);8) согласованные отключатели 14 и 15 - в положении (1), переключатель 20 - в положении (1), переключатель 21 - в положении (2): Р 8= Я 2 (И) С 5 /2+ С 4 /2+, обеспечиваются свойством квадратурности гибридного моста 16;10) согласованный отключатель 14 - вположении (0), согласованый отключатель15- в положении(1). переключатели 20 и 21 -в положении (2),Р 10 =,И 2 (Ж) Ч 2 С 5 /2, (15)11) согласованные отключатели 14 и 15 -в положении (0), переключатели 20 и 21 - вположении (1):Р 11= и 2 (и) Сз /2+ РЕЗ (16)где Рз - суммарная мощность высших гармоник колебания Сф);12) согласованный отключатель 14 - вположении (0), согласованный отключатель15 - в положении(1), переключатели 20 и 21 -в положении (1): Р 12 =и 2 (со) С 5 /2.+ Сз /2++) С 4 з 1 п (д)4- р:,и 9,С 1: и 15 С 1,Так как колебания Сф) - С 4(т) являютсялинейными комбинациями падающих (А 1,А 2) и отраженных (В 1, В 2) волн, их комплексные амплитуды имеот видл/ квгллС- а 1(в)А 1+Д(в) В 1, 1-1,2,С =- а) (в) Аг + ф (в) Вг, 1- 3, 4, (20)где фазы отсчитываются относительно С 1,а (в) и ф (в) - неизвестные комплексныечастотно зависимые кянстанты, Подставивв (20) вместо величин С величины С(1 =14), получим: С = а (в) А 1 +Р (в) В 1, 1 = 1, 2,С= а(в) А 2+Р(в) В 2, 1=3,4, (21) где а 1(В),иР а 1 (В),)В 1(В) с=,иРР 1 (В),аг (в)=РЯ аг (в) Рг (в) =и 1 Рг (в)п 2,5 ( ) 121 ЮРз (в Ю) =ФА (о 11"а 1 (в, б 5) =ф 5 (в)11 т,/З 4 (в ф 5) = ф ф (в) 1Лэ выражений (21) вычисляются следующие отношения волн: ск к 1кк вкккк 2" ккккк сккск к. ц вкккк Кг- Ка КаК 5)(24) гдЕ К 1 - аг/а 1, Кг " Д/а 1, КЗ = ф 1/а 1, К 4 =аз/а 41 К 5 = ф 4/а 4Кб Д/а 4 Кз а 4/ а 1Параметры рассеяния измеряемого четырехполюсника 9 связаны с волнами визмерительном тракте (в отсчетных плоскостях) следующим соотношением:В 1(А 1 = 311(в, А 1)++ 312(в, А 1 ) Аг(А 1, (25)Вг(дг= й 1 (в, 1 д 1) д 1(дг+1 с 522 (Вк А 1) (26) Для двух значений дг(д 1, получаемых изменением фазы волны А 2 с помощью управляемого фаэовращателя 5(для линейных нагрузок возможно изменение амплитуды А 2 с помощьо управляемого аттенюатора 4),соотношения (25) и (26) образуют систему из четырех линейных уравнений с четырьмя неизвестными 311, 312, 821, 822, решение которой имеет вид; 511 - в 11/А 1 дг/д 1 - в 1/д 1 1 дг/д 1 (дг/д 1)1 - (дг/А 1)2 (27) (28) (А 2/А 1)1 - (А 2/А 1)2(30)При измерении параметров рассеяния нелинейных элементов требуется знать уровень падающей волны 1 А 1, который вычисляется по формулеР 1А 11, (31)полученной из первого уравнения системы 30 (21)Для определения трех действительных констант а 1 1, 1(/1, ф и семи комплексных констант К 1 - К 7 проводится калибровка.Для этого вместо четырехполюсника 9 подключаются две отражающие двухполюсные нагрузки. В этом случае падающие и отраженные волны не будут содержать высших гармоник, т, е. Руг = Раз =:-4 = О. С учетом этого и выражений(6) и (;) из формулы (8) получим: Ак и л агссоаРЗ - Р 2 - Р)/2 кГР 1 Ра(33) Из выражений (32) и (33) можно определить четыре значения величины9 = - 662-Й) - ЮВыбор одного из найденных значений 55 ф производится по приближенно известному (с точностью +(10-15) значению ф 1 из условия, что 11 - ф . значение ф с указанной точностью может быть рассчитано или предварительно измерено,1682941 Подставив в (31) вместо А 1.- А 1 о ивместо В 1/А 1 - Го, определим величину: Составитель М.Кроминктор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерява Заказ 3410 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5эводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Найденные во всех четырех. точках калибровочные константы .являются необходимыми и достаточными для проведения измерений 3-параметров нелинейных четырехполюсников, Они интегрально учитываю г неидеалЬость СВЧ-узлов, входящих в измеритель Я-параметров четырехполюсника СВЧ, и позволяют обеспечить высокую точность измерений,Формула изобретения Измеритель Я-параметров четырехполюсника СВЧ, содержащий последовательно соединенные генератор-СВЧ и делитель мощности, к одному выходу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль, управляемый аттенюатор, управляемый фаэовращатель и первый направленный ответвитель, а к второму выходу - последовательно соединенные второйвентиль и второй направленный ответвитель, первые выходы которых являются выходами для подсоединения исследуемого четырехполюсника СВЧ, второй выход вто= рого направленного ответвителя через первый, согласованный отключатель соединен с вторым входом первого гибриДного моста, к первому выходу которого подсоединена первая согласованная нагрузка, второй 5 вход первого направленного ответвителясоединен с вторым согласованным отключателем, третий согласованный отключатель, второй и третий гибридные мосты, причем первый выход последнего соединен 10 с входом первого ваттметра, а второй - свторой согласованной нагрузкой, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени измерений и повышения точности второй вход второго направленного ответ вителя соединен с третьим согласованнымотключателем через введенный фильтр нижних частот, выход третьего согласованного отключателя соединен с входом введенного первого переключателя, выходы которого 20 подключены к входам второго гибридногомоста, первый его выход соединен с вторым входом третьего гибридного моста, а второй выход-с первым входом первого гибридного моста, к второму выходу которого подсо единен введенный второй ваттметр, второйвыход первого направленного ответвителя и выход второго согласованного отключателя соединены с входами введенного второго переключателя, выход которого подключен 30 к первому входу третьего гибридного моста.