Устройство для измерения s-параметров свч-четырехполюсников

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ УБЛИК й 27(5 ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ строительприборо ламатин(57) Изобретение относится к радйоизмерительной технике и можетиспользоваться в автоматических измерительных системах и приборах СВЧ-диапазона. Цель изобретения - упрощение конструкции, Устройство содержит генератор 1, двунаправленный ответвитель 2, три переменных аттенюатора 3,5,7, подвижный кброткозамыкатель 4 и Согласованный двухканальный детектор 8 с индикатором 9. Цель изобретения достигается благодаря подсоединению входа аттенюатора 5 к выходу падающей волны двунаправленного ответвителя 2, а выхода аттенюатора 5 - к входу йсследуемогоСВЧ- четырехполюсника 6. 1 ил.Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано, в автоматических измерительныхсистемах и приборах СВЧ-диапазона.Известны автоматические измерителиКСВН, содержащие генератор, аттенюатор,направленные ответвители падающей и отраженной волны, две детекторные головки,осциллографический йндикатор, исследуемый СВЧ-двухполюсник.Недостаткам этйх йзмерителей КСВНявляется отсутствие воэможности измерения фазы.Известен также измеритель, содержащий генератор, двунаправленный ответвитель, подвижный короткозамыкатель,детектор, стрелочный прибор, исследуемыйСВЧ двухполюсник,Недостатком этого измерителя является невозможность измерения комплексногокоэффициента передачи СВЧ-четырехполюсникоо, значительная погрешность измерения.Известен измеритель параметровСВЧ-элементов, содержащий источникСВЧ-колебаний, делитель мощности; измерительный СВЧ-тракт, состоящий из двухотрезков, соединенных с согласованныминагрузками и детекторной секцией, подключенной к индикатору.Недостатками этого измерителя являются малые функциональные возможностии низкая точность измерения, обусловленная некоадратичностью характеристикиС ВЧ-детектора.Известен измеритель, содержащийсвип-генератор, развязывающий аттенюатор, двунаправленный ответвитель,исследуемый двухполюсник, четырехдетек. "тОрный шлейфовый датчик полных сопротивлений, детекторную головку и двесогласованные нагрузки во вторичном канале двунаправленного ответвителя.Недостатком данйого устройства являются малые функциональные возможности,так как они не позволяют измерять модульи фазу комплексного коэффициента передачи СВЧ-четырехполюсника. Из -за наличиячетырех детекторов будет вноситься значительная погрешность из-за неидентичности. вольт-амперных характеристик и неравномерности частотных характеристик детекто".ров. Значительная погрешность вноситсяиз-за сложности применяемого панорамного индикатора и неквадратичности характеристик деектора.- В качестве протртипа выбрано устройство для измерения В-параметроо СВЧ-устройств, содержащее последовательносоединенные СВЧ-генератор, йероый и вто 10 25 30 35 40 45 Поставленная цель достигается тем, что 50 ром, первый вход которого соединен с оыхо 55 дом отраженной волны вторичного канала 15 20 рой направленные ответвители, первый переменный аттенюатор и подвижный короткоэамыкатель, второй переменный аттенюатор, соединенный с ориентированным на падающую волну выходом вторичного канала первого направленного ответвителя, третий переменный аттенюатор, вход которого предназначен для подключения выхода исследуемого четырехполюсника, выход третьего переменного аттенюатора соединен с первым входом двухканального согласованного детектора, второй вход которого подключен к ориентированному на отраженную волну выходувторичного канала первого направленного отоетвителя, а выход - к оыходу индикатора, к выходу второго переменного аттенюатора подключена согласованная нагрузка, а выход вторичного канала оторого направленного ответоителя предназначен для подключения охода исследуемого четырехполюсника, Недостатками известного устройства являются большие массо-габаритные покаэатели, обуслооленнце наличием последовательного соединения двух направленных отоетвителей; сложность конструкции, так как в режиме измерения комплексного коэффициента отражения исследуемое СВЧустройство необходимо перестыковать из вторичного канала второго направленного ответоителя во вторичный канал первого направленного ответвителя и наоборот при измерении комплексного коэффициента передачи, Кроме того, в процессе измерения необходимо учитывать неидентичность характеристик первого и второго направленных отоетвителей,в связи с чем возникаютпогрешности измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет упрощения конструкции и снижения массогабаритныхпоказателей измерителя Я-параметровСВЧ-устройств, . в устройстве для измерения Я-параметров СВЧ-устройств, содержащем последовательно соединенные генератор СВЧ, двунаправленный ответойтель, первый переменный аттеьноатор и подвижный короткозамыкатель, второй и третий переменные аттенюаторы, согласованный двухканальный СВЧ-детектор с индикатодвунаправленного Отоетоителя, а второй вход - с выходом третьего переменного аттенюатора, при этом вход третьего переменного аттенюатора предназначен для подсоединения выхода исследуемого СВЧчет 1 рехполюсника, вход второго переменного аттенюатора подсоединен к выходу падающей волны двунаправленногоответвителя, а его выход предназначен дляподсоединения входа исследуемого СВЧчетырехполюсника,На чертеже представлена структурнаясхема устройства для измерения Я-параметров СВЧ-устройств.Устройство для измерения Я-параметров СВЧ-устройств содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1,развязывающее устройство 2, двунаправленный ответвитель 3, первый переменныйаттенюатор 4 и подвижный короткоэамыкатель 5. Вход второго переменного аттенюатора 6 соединен с выходом падающей волнывторичного канала двунаправленного ответоителя 3, а выход - с входом исследуемогоСВЧ-устройства 7, Выход исследуемого 20СВЧ- устройства 7 соединен с входом третьего переменного аттенюатора 8, Выходтретьего перел 1 ен ного аттен юато ра 8 соединен со вторым входом согласованного СВЧдетектора 9, первый вход которого 25соединен с выходом отраженной волны вторичного канала двунаправленного ответвителя 3, а выход - к индикатору 10,Устройство для измерения Я-параметров СВЧ-устройств работает следующим образом,Режим измерения комплексного коэффициента отражения,В режиме измерения модуля и фазыкомплексного коэффициента отражения исследуемого СВЧ-устройства 7 подключенок выходу второго переменного аттенюатора 6,Режиму измерения предшествует режим калибровки, при котором вместо исследуемого СВЧ- устройства 7 подкл(очаетсякороткозамыкающая пластина.Сигнал согласования СВЧ-детектора 9при калибровке будет равенЕ 9 к 1 = ЕгЯ 21 ГокЯ 42 + ЕгЯ 31 ТаГкЯ 43 (1) 45где Ег - сигнал СВЧ-генератора 1;Я 1 - элементы матрицы рассеяния двунаправленного ответвителя;1 - 1,2,3,4 - целые числа;) = 1, 2, 3,4 - целые числа; 50Гок 1 - КОМПЛЕКСНЫЙ КОЭФФИцИЕНт Отражения первого переменного аттенюатора 4и подвижного короткозамыкателя 5 в режиме калибровки;ТА 1 - комплексный коэффициент передачи второго переменного аттенюатора 6;1( гГк = Гк е =. 1 е - комплексныйкоэффициент отражения короткозамыкающей пластины, так как Г; уъ = л.Изменение положения подвижного короткозамыкателя 5, а также регулировка ослабления первого переменного аттенюатора 4 и второго переменного аттенюатора 6 дает Ецк 1 = О, которое фиксируется по нулевому показанию индикатора 10, Тогда выражение(1) при нулевом сигнале на двухканальном согласованном СВЧ-детекторе 9 имеет видЯ 21 Гок 1 Я 42 = Я 31 ТА 1 ГкЯ 43. (2)2В режиме измерения комплексного коэффициента отражен: .-, если в качестве исследуемого СВЧ-устройства 7 исследуется четырехполюсник;.то третий подстроечный аттенюатор 8 полностью вводится, т,еимеет максимальное ослабление, сигнал на детектор 9 в этом случае равенЕд 1 = Е 421 Го 142 + Ег 131 ТА 1 Я 11 х)43, (3) где Го 1 - комплексный коэффициентотражения первого переменного аттенюатора 4 и подвижного короткозамь 1 кателя 5 в режиме измерения;1 ф(Я 11 к = Я 11 к Е - КОМПЛЕКСНЫЙ КОЭффициент отражения исследуемого СВЧ-устройства 7.НУЛЕВОГО ЗНаЧЕНИЯ На ДЕтЕКтОРЕ 9 Ео 1 = =0 добиваются изменением коэффициента отражения первого переменного аттенюатора 4 до величины Го 1, В этом случаеЕг 21 ГокЯ 42 =- 1=г 31 ТИ 1 11 кЯ 43 (4) Комплексный коэффициент отражения исследуемого СВЧ-устройства 7 определя" ется из выражения (4) с учетом калибровки (2).Я 21 Г 01 Я 42 Я 21 Г 01 Я 4211 Х =Г=31 ТА 12 Я 43 21 ок 1 4 гГо 1Го 1(т 1(1 - Йэк 1 )Гк - еТок 1 " Гок 1(5)ГдЕ Я 11 к =- ГО 1/Гок 1 - МОдуЛЬ КазффИцИЕНта отражения исследуемого СВЧ-устройства 7;(11 Х = Л - ф 1 фОК 1 фдэд кОЭффиЦИ- ента отражения исследуемого СВЧ-устройства 7.Модуль и фаза коэффициента отражения исследуемого СВЧ-устройства 7 связаны с затуханием первого аттенюатора 4 и перемещением подвижного короткозамыкателя 5 следующим образом.Коэффициент отражения от первого переменного аттенюатора 4 и подвижного короткозамыкателя равенгг = я 1вв ( - , (6)тА Гкз1 - 22 кз- комплексный коэффициент отрат входа первого переменного аттеа 4; где Я 11жения онюаторперемещения пластины подоижного короткозамыкателя 5.Из выражения (16) определяется ко 1 ипЛЕКСНЫй КОЭффИЦИЕНт ПЕРЕДаЧИ г 1 х21 Г 02 42 + З 1 Тд 1 11 х 4 З21 х . З 1 д 1 дг (17)Подстайовка в (17) условия калибровки (15) и выражения (4 дает21 Г 02 4 г - 21 Г 01 4221 х21,ок 2 (18)(02 - Г 01 Г 02 Г 01Ток 2 Гок 2 Голлгде Г 01 - комплексный коэффициент отраже 1 ния образцовой нагрузки(первого переменного аттенюатора 4 и подвижного КОрОтКОЗаМЫКЭтЕЛя 5) ПрИ ИЗМЕНЕНИИ 11 х,Гок 2 - КОМПЛЕКСНЫЙ КОЭФфИцИЕНт Образцовой нагрузки при калибровке в режиме измерения коэффициента передачи;Гог - комплексный коэффициент отражения образцовой нагрузки при измерении г 1 х.Преобразование выражения (18) для 21 х с учетом (7) дает имеем 5 (22)ГдЕ Акг, А 2 - ПОКаэаНИя ПЕРВОГО ПЕрЕМЕННО- го аттенюатора 4 в дБ при калибровке и измерении соответственно,Фаза коэффициента передачи из (19) 10 равна лгАглл 5 оУгсосаолгл 2с 05(24) Такий образом, определение модуля ифазы комплексного коэффициента передачи сводится к измерению затухания первогопеременного аттенюатора 4 А 1; Ак 2; А 2 иположения короткозамыкэтеля 5 2; 4.з; О ипоследующему расчету по формулам (22) и(24),Развяэывающее устройство 2 служитдля развязки СВЧ-системы измерителя отгенератора 1,В качестое индикатора 10 может бытьприменен простейший нуль-индикатор (регистрация нулевого значения с выхода детектора 9 как в режиме измерения, так и врежиме калибровки), так как параметры исследуемого устройства 7 однозначно определяются параметрами переменногоаттенюатора Ч и подвижного короткоэамыкателя 5, что позволяет повысить точностьизмерения за счет исключения погрешностииндикатора.Реализация двухканального согласованного СВЧ-детектора 9 аналогична прототипу.Таким образом, выражения (11) и (12)оДнозначно определяют модуль и фазу ком 5 плексного коэффициента отражения, а выражения (22) и. (24) - модуль и Фазукомплексного коэффициента передачи исследуемого СВЧ-устройства 7, причем эти параметры определяются параметрамиобразцовой нагрузки (первого переменного 30(19) где где, тдг - коэффициенты передачи первого переменного аттенюэтора 4 при калиб ровке и измерении (режим измерения коэффициента передачи исследуемого СВЧ- устройства 7);Ез,О - расстояние от пластины подвижного короткоэамыкателя 5 до фланца перво го аттенюэтора 4 при калибровке й измерении соответственно (при работе в режиме измерения коэффициента передачи.Модуль коэффициента передачи из (19) равен . . 50 2 Р 20) 5 итыоая, ч л 4 Е 45 ААиа-Аа) "л а кО 04 Рг яиг1755214 12 аттенюатора 4 и подвижного короткозамыкателя 5). Составитель Е, АдамоваТехред М.Моргентал Корректор В, Петраш Редактор Н. ГорватЗаказ 2891, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения Устройство для измерения 8-параметров СВЧ-четырехполюсников, содержащее последовательно соединенные генератор, двунаправленный ответвитель, первый пв ременный аттенюатор и подвижный короткозамыкатель, второй и третйй переменные аттенюаторы, согласованный двухканальный.детектор с индикатором, первый вход которогосоединен с выходом отраженной волны вторичного канала двунаправленного ответвителя, а второй вход - с выходом третьего переменного аттенюатора, при этом вход третьего переменного аттенюато ра предназначен для подсоединения выхода исследуемого СВЧ-четырехполюсника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, вход второго переменного аттенюатора подсоединен к выхо ду падающей волны двунаправленногоответвителя, а его выход предназначен для подсоединения входа исследуемого СВЧ- четырехполюсника,