Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 1721528 А РЕСПУБЛИК 01 й 19/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН и элек" испольдиницы трактах е высой более для пояжения,о сти.На фиг, 1 электрическиеновки, реализуверки коаксипреобразовате уктурныеной устатапы по" ельного ия с исены стр еритель ичные эмери апряже предстаемы из щей ра льного я СВЧК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ПОВЕРКИ КОАКСИАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям, может быть использовано при передаче размера единицы СВЧ-напряжения в коаксиальных трактах передачи от средств измерений более высокой точности к средствам измерений более ,низкой точности и предназначено для поИзобретение относится к областрических измерений, может. бытьзовано при передаче размера еСВЧ-напряжения в коаксиальныхпередачи от средств измерений болекой точности к средствам измеренинизкой точности и предназначеноверки преобразователей СВЧ-напрКСВН которых близок к единице,Цель изобретения - повышение верки преобразователей СВЧ-напряжения, КСВ Н которых близок к единице. Цель изобретения - повышение точности. При проведении поверки измеряют напряжения образцового и поверяемого преобразователей при поочередной подаче на них постоянного СВЧ-напряжения через первый ОТРЕЗОК ЛИНИИ ПЕРЕДаЧИ(Ообр, Опов), ВтОРОй отрезок линии передачи, суммарная длина которого вместе с первым составляет четвеРть волны (Ообр, Опов), и четвеРтьволновый отрезок, присоединенный к первомуф и 1 отрезку линии передачи (Ообр, Опов) Погрешность поверки. вычисляют по формуле дОпов+ Опов ОповИОобр+ Ообр Ообр)е,Копов аообр, Гдв гопов 1 Кообр - ВОЛНОВЫЕ я сопротивления поверяемого и образцового преобразователей; 16 ил; пользованием проходного термисторного преобразователя; на фиг. 7-16 - то же, с использованием Т-разветвителя.Измерительная установка для реализации предложенного способа содержит генератор 1, проходной измерительный преобразователь 2 с двумя термисторами, включенными в поперечное сечение коаксиальной линии, Т-разветвитель 3, отрезок 4 коаксиальной линии с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя, образцовый преобразователь 5, отрезок 6 с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5, электрическая длина которого вместе с электрической длиной отрезка 4 составляет- , отрезок 7 с волновым сопротивлением,Л2равным волновому сопротивлению образцового преобразователя 5 и с электриче- лской длиной, равной в , отрезок 8 линии,волновое сопротивление которого равноволновому сопротивлению поверяемогопреобразователя, поверяемый преобразователь 9, отрезок 10, волновое сопротивление которого равно волновомусопротивлению поверяемого преобразователя 9, электрическая длина. которого вместе с электрической длиной отрезка 8усоставляет в , отрезок 11, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению повсряемого преобразователя 9 иЛэлектрическая длина которого равна - ,2Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя в схеме с проходным термисторным преобразователемреализуется следующим образом,На первом этапе генератор 1 (фиг. 1)подключают к входу проходного преобразователя 2. СВЧ-напряжение от генератора 1подается на ВЧ-вход двух термисторов проходного преобразователя 2, включенных вего поперечное сечение, вызывает их нагрев и соответствующее изменение постоянного тока термисторного моста,подключенного к клеммам постоянного токатермисторов и являющегося плоскостьюкомпарирования, так как в этой плоскостиотношение напряжений, получающихся приподключении компарируемыхпреобразователей, зависит только от соотношения ихволновых сопротивлений, Затем СВЧ-напряжение поступает на вход отрезка 4 и сего входа на образцовый преобразователь5, Измеряют одновременно напряжение натермисторах Ог и на образцовом преобразователе 5 Ообр, В РезУльтате выполнениЯпервого этапа получают измеренное на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжениеОобр = Кобр Ог (1+ Гобр++ 2 Гобр соз фобр + 2 Ь,где Кобр - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров термисторови волнового сопротивления образцовогопреобразователя 5; .Гобо и гРобр - моДУль и фаза коэффиЦиента отражения образцового преобразователя 5;ЬО - сдвиг фазы отрезка 4;Ог - напряжение генератора 1, приложенное к плоскости компарирования,1Как виДно из фоРМУлы, ДЛЯ Ообр нйпРЯжение на длине отрезка 4 трансформируется в зависимости от импеданса образцового преобразователя 5 и длины отрезка 4.5 Нэ втором этапе для учета трансформации отрезка 4 (фиг, 2) между входом образцового преобразователя 5 и выходом отрезка 4 дополнительно включают отрезок 6, Устанавливают на термисторах предыду щее значение СВЧ-напряжения и измеряютполучившееся СВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 5,В результате выполнения второго этапаполучим15 Ообр = Кобр Ог 1+ Гобр- 2 Гобр СОЗ фобр 1На третьем этапе отрезок 6 (фиг. 3) заменяют нэ отрезок 7. Устанавливают на термисторах первоначальное значение 20 напряжения Ог и измеряют получившеесяСВЧ-напряжение на образцовом преобразователе 5И/Ообр = Кобр Ог (1 + Гобр- 2 Гобр соз (фабр + 2 Ь Й)На четвертом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на образцовом преобразователе 5 напряжения в плоскости компарирования ОобрРл иОобр = Ообр+ Ообр - Ообр =30 = Кобр Ог (1 + Гобр + 2 Гобр Соэ фобр)На пятом этапе к плоскости компарирования (плоскости включения термисторов) вместо отрезка 4 подключают отрезок 8 (фиг. 4), волновое сопротивление которого в общем случае отличается от волнового сопротивления отрезка 4, К выходу отрезка 8 подключают поверяемый преобразователь 9. Устанавливают на термисторах прежнее значение СВЧ-напряжения Ог и измеряют 40 СВЧ-напряжение на поверяемом преобразователеОпов = Кпов Ог 1+ Гпов ++ 2 Гпов соз (апов + 2 -Вгде Кпов - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров. термисторов и волнового сопротивления поверяемого преобразователя 9Гпов и 9 ов - модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразователя 9;ЬО- сдвиг фазы отрезка 8.Нэ шестом этапе для учета трансформации отрезка 8 между входом поверяемого преобразователя 9 и выходом отрезка 8 (фиг. 5) дополнительно включают отрезок 10. Устанавливают нэ термисторах то же значение СВЧ-напряжения Ог и измеряют соответствующее ему СВЧ-напряжение на поверяемом преобразова геле 9И ЙОпов = Кпов Ог (1 + Гпов -- 2 Гпов сов ф.ов).На седьмом этапе на заключительном этапе измерений (фиг. 6) изменяют отрезок 10 на отрезок 11, Устанавливают на термисторах прежнее значение СВЧ-напряжения Ог и измеряют соответствующее ему СВЧ- напряжение на поверяемом преобразователе 9Опов - Кпов Ог 1 + Гпов -- 2 Гпов сов (9 ов + 2 ЬНа восьмом этапе вычисляют значение соответствующего напряжению на поверяемом преобразователе 9 напряженияпг иОпов Опов + Опов Опов- Кпов Ог (1 + Гйов +2 Гпов сов фьов).Формулы, полученные для Опав и Ообр, показывают, что напряжения в плоскости компарирования, соответствующие подключению поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей, могут быть вычислены без определения модулей и фаз коэффициентов отражения компарируемых преобразователей и коэффициентов пропорциональности,Таким образом, предлагаемый способ компарирования обеспечивает возможность косвенного определения СВЧ-напряжения и их отношения в плоскости компарирования, получающихся при подключении поверяемого и образцового преобразователей. Найденное отношение СВЧ-напряжений в плоскости компарирования позволяет оценить величину погрешности поверяемого преобразователя 9 относительно образцового 5, так как действительное значение отношения этих напряжений находится расчетным путем по формулеОчов 2 оповО обР Рв" 2 ообрГдЕ 2 опо, И 2 о,бр - ВОЛНОВОЕ СОПратИВЛЕНИЕ поверяемого 9 и образцового 5 преобразователей,Последняя формула показывает, что напряжение генератора 1, приложенное к входу плоскости компарирования, трансформируется в плоскости компарирования пропорционально волновым сопротивлениям отрезков, стыкуемых в плоскости компарирования. Если волновое сопротивление этих отрезков одинаково, то трансформация осуществляется с соотношением 1:1.Погрешность поверяемого преобразователя 5 вычисляется по формуле Оповгде -- измеренное значение отношенияОобрнапряжения в плоскости компарирования,Эпюра распределения напряжений в5 отрезках, измеренных компарируемымипреобразователями, соответствующих одному и тому же значению напряжения генератора 1, приложенного к плоскостикомпарирования, общей для входов этих от 10 реэков, показывает, что в их общей плоскости напряжения отличаются в соответствиис волновыми сопротивлениями компарируемых преобразователей. При подключенииобразцового преобразователя 5 к выходу15 отрезка преобразователя 9 или выходногоотрезка Т-разветвителя 3 напряжение в линии между плоскостью компарирования и,входной плоскостью образцового преобра/ЗОВатЕЛя 5 ИЗМЕНяЕтСя От Ообр дО Ообр. Та 20 кое же и симметричное относительносреднего значения напряжения в линии изменение напряжения имеет место на участке линии, ограниченном точками,Жотстоящими на - от плоскости компариро//ваниЯ (Ообр) и от пеРвоначальной плоскостивключения образцового преобразователя 5(Ообр). ПоэтомуОобр = Ообр + Ообр Ообр.30 Такое же положение наблюдается и дляповеряемого преобразователя 9. распределение напряжения в линии которого изображено слева от плоскости компарирования.Здесь также/иг35 Опов = Опов+ Опов ОповВ схеме с Т-разветвителем 3 предлагаемый способ компарирования реализуетсяследующим образом,На первом этапе. ВЧ-генератор 1 (фиг. 7)40 подключают к входу Т-разветвителя 3. Образцовый преобразователь 5 подключают квыходу отрезка 4, подключенного своимвходом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3, Поверяемый преобразователь 9 под 45 ключают к выходу отрезка 8, подключенногосвоим входом к плоскости симметрии Т-разветвителя 3. В его плоскости компарирова ния ВЧ-напряжение делится междуотрезками 4 и 8 в соотношении, определяе 50 мом волновыми сопротивлениями этих отрезков, а также асимметрией Т-разветвителя 3. Одновременно измеряют СВЧ-напряжения на образцовом 5 и поверяемом 9ПрЕОбраЗОВатЕЛяХ Ообр, И Опов,55 Образцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 (фиг. 8) совместно с их отрезками 4 и 8 меняются местами подключения кплоскости компарирования Т-разветвителя3. На поверяемом преобразователе 9 устанавливают значение СВЧ-напряжения5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 О пов,и измеряют значение напряжения наобразцовом преобразователе 5 Ообр,Вычисляют значение СВЧ-напряженийна поверяемом 9 и образцовом 5 преобразователЯх Ообр, и Опов и соатветствУюЩиходному и тому же значению напряжениягенератора 1, приложенного к плоскостикампарированияОпов = Опов;1Ообр = - (Ообр+ Ообр)Измеренное на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжение запишем в видеО бр= К бр О 1+ ГАр++ 2 Гобр сов (фобр+ 2 Л,где Кобр - коэфФициент пропорциональности, зависящий от волнового сопротивленияповеряемого преобразователя 9;Гобр и фобр - мадУль и фаза коэффициента отражения образцового преобразователя.5;ЛО - сдвиг Фазы отрезка 4;Ог - напряжение генератора 1, приложенное к плоскости кампарирования.Таким образом, первый этап соответствует первому этапу компарирования с использованием проходного измерительногопреобразователя.На втором этапе для учета трансформации отрезка 4 между входом образцовогопреобразователя 5 и выходом отрезка 4(фиг. 9) дополнительно включают Отрезок 6,Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряжения Опов,и измеряют напряжение на.Т-разветвителя 3, На поверяемом преобразователе 9 вновь устанавливают значениеСВЧ-напряжения Опови измеряют напряжение на образцовом преобразователе 5Ообр.Вычисляют значение СВЧ-напряженийна поверяемом 9 и образцовом 5 преобраЗОВдтЕЛЯХ Ообр И Опов, СаатВЕтСтВУЮЩИХодному и тому же значению напряжениягенератора 1, приложенного к плоскостикампарированияОпов= Опов,11 (Ообраз= - (Ообр+ Ообр)Второе значение измеренного на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжения будет равноОобр= Кобр Ог (1 ++ Гобр 2 1 обр сов фобр ). Второй этап соответствует второму этапу компарирования с использованием проходного термисторного преобразователя 2.На третьем этапе исключают отрезок 6и вместо него включают отрезок 7 (фиг, 11),Устанавливают на поверяемом преобразователе 9 прежнее значение СВЧ-напряжения Опов и измеряют напряжение наобразцовом преобразователе 5 Ообр . Образцовый 5 и поверяемый 9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и 8 ио 1 реэком 7 (фиг, 12) меняют местами подключения к плоскости компарирования Тразветвителя 3, На поверяемомпреобразователе 9 вновь устанавливаютзначение СВЧ-напряжения Опови измеря/ют СВЧ-напряжение на образцовом преобИразователе 5 ОобрВычисляют значение СВЧ-напряженийна поверяемом 9 Оповэ и образцовом 5ОобрПРЕабРаэааатЕЛЯХ, СООтВЕтСтВУЮЩИХодному и тому же значению напряжениягенератора 1, приложенного к плоскостикомпарированияОповв Опов,I1ПО б = 2 (ОЫ Об)Третье значение измеренного на образцовом преобразователе 5 СВЧ-напряжениябудет равноОобраз= Кобр Ог(1+ Гобр- 2 Гобр соэфобр + 2 ЛФНа четвертом этапе вычисляют значение напряжения на образцовом преобразователе 5, как если бы он был включен вплоскости компарированияОобр = Ообр 4+ Ообр - Ообр3Эта значение можйо выразить следую"щим образом.О бр=к брО (1+Гбр -- 2 Гобр Саз фобр ).,Таким образом, напряжению Ообр наобразцовом преобразователе 5 при ега подключении к отрезку 4 соответствует напря-.жение в плоскости компаРиРованиЯ Ообр.Аналогичным путем можно найти напряжение Опов в плоскости компарирования, соОтВЕтСтВуащЕЕ: НаПряжЕНИЮ Ообр, Наобразцовом преобразователе 5 при ега под-ключении к отрезку 4.На пятом этапе включают между поверяемым преобразователем 9 и выходом.отрезка 8 отрезок 10 (фиг. 13). Устанавливаютна образцовом преобразователе 5 напряжение, Равное Ообр, и измеРЯют соответствУющее ему СВЧ-напряжение на поверяемомпреобразователе 9 ОпавОбразцовый и поверяемый преобразователи 5 и 9 совместно с их отрезками 4 и 8и отрезком 10(фиг. 14) меняют местами подключения к плоскости компарирования.Устанавливают на образцовом преобразователе 5 прежнее значение СВЧ-напряжениЯ Ообр и измеРЯют напРЯжение надповеряемом преобразователе 9 Опов .На шестом этапе вычисляют второе значение СВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9, соответствующее одному итому же значению напряжения генератора1, приложенного к плоскости компарирования1вОпов - (Опов+ Опов ),Это напряжение может быть записано ввидеОпов= Кпов Ог (1+ Гпов++ 2 Гпов соз апов)При этом напряжение Опов выражаетсякакОпов,= Кпов Ог 1+ Гпов++ 2 Гпов сов (фъов + 2 Л 6 Я,где Кпов - коэффициент пропорциональности, зависящий от волнового преобразователя 9;Гпов и фов - модуль и фаза коэффициента отражения поверяемого преобразователя 9;.ЬО - сдвиг фазы отрезка 6;Ог - напряжение генератора, приложенное к плоскости компарирования.На седьмом этапе отрезок 10 заменяютна отрезок 11 (фиг. 15), устанавливают наобразцовом преобразователе 5. прежнеезначение ВЧ-напряжения Ообри измеряютнапряжение на поверяемом преобразовате. ле Опов, Затем образцовый 5 и поверяемый9 преобразователи совместно с их отрезками 4 и.8 и отрезком 11 (фиг, 16) меняютместами подключения к плоскости компарирования Т-разветвителя 3, На образцовомпреобразователе 5 вновь устанавливаютзначениеВЧ-напРЯжениЯ Ообр, и измеРЯютнапряжение на поверяемом преобразователе 9 Опов.Вычисляют третье значение ВЧ-напряжения на поверяемом преобразователе 9,соответствующее одному и тому значениюнапряжения генератора 1, приложенного кплоскости компарированияв2Это напряжение запишем в видеОпов= Кпов Ог (1+ Гпов -- 2 Гпов сов апов+ 2 Ф На восьмом этапе вычисляют значение СВЧ-напряжения в плоскости компарирования, соответствующее трем подключениям поверяемого преобразователя 9 и напряжениям на нихОпов = Опов+ Опов- Оповкоторое запишем в виде5 Опов = Кпов Ог 1+ Гпов++ 2 Гпов сов Ьов + 2 ЛЩ.Этапы первой и восьмой полностью совпадают с соответствующими этапами, осуществляемыми при компарировании10 схемой с проходным термисторным преобразователем 2.ТаКИМ ОбРаЗОМ, НаПРЯжЕНИЯ Опов И Ообрв плоскости компарирования соответствуютодному и тому же значению напряжения15 генератора, приложенного к плоскости компарирования,Найдем их отношениеОобр /г Оов20 Расчетное значениеопределяОобрют какЬовКпов -оповОобр / рвов Кобр ообрГдЕ акопов И Уообр ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕповеряемого и образцового преобразователей.Погрешность поверяемого преобразователя30д, Опов ( ОпавОобрОобр / РвсчНа практике преобладает вариант, прикотором волновые сопротивления компарируемых преобразователей совпадают, В этом случае напряжение в плоскости компарирования оказывается одним и тем же со стороны линий образцового и поверяемого преобразователей.Диапазон частот предлагаемого способа по сравнению с прототипом расширяется в 2 раза в область более низких частот, так как для его осуществления требуются фазосдвигающие отрезки в 2 раза меньшей длины.45Формула изобретения Способ поверки коаксиального измерительного преобразователя, основанный на поочередной подаче на образцовый и поверяемый преобразователи одинакового СВЧ напряжения через соответствующий отрезок линии передачи, измерении напряжений/ОбРаЗЦОВЫМ Ообр И ПОВЕРЯЕМЫМ Опов ПРЕОб разователями и вычислении погрешностиповерки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, увеличивают длину каждого первоначального отрезка линии передачи до четверти волны, измеряют НаПряжЕНИя ОбраацОВЫМ Ообр И ПОВЕряЕ,6 Имым Опов преобразовют длину каждого первлинии передачи на черяют напряжения обра/Иряемым Опов преопогрешность поверки вле ателями, увеличиваоначального отрезка тверть; волны, изме-.Взцовым,Ообр и пове" бразователями, а ычисляют по формугде Уоов Еррбр - соответственно волновыесопротивления поверяемого и образцовогопреобразователей.1721528 Составитель М,КроминТехред М. Мор гентал ку орректор Редак тил оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аз 950 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5