Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2n полюсника

(1)ю с 01 к 27/г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ П(НТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ельнойовано измер испол хни ожет быть ре мат полюсников вао-и рованных анте диапазонов. Ц ий институ ется сокр 2 М-полюсл льство СССР 7/28, 1985, Чадха Р. МаСВЧ-устройств 7, с. 182,выполняемых пр ставленная цел ем в устройств реса, постоянн ройства 41 и м ля (И к 2) 1, У также высокоча измерительный б 3, блок 1 О реги дачи. 4 ип. ие198(57) Изобретен ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФРАССЕЯНИЯ 2 И-ПОЛЮСносится к 3 ааМ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Горьковский наутельский радиофизиче(56) Авторское свидеВ 224745, кл, С 01 РГупта К., Гардж Ршинное проектированМ.: Радио и связь,рис, 104,для дистанционных иэ ессеяния пассивныхв частности фаэиых решеток КВ и УКВью изобретения являвремени рассеянияснижение трудоемкостиэтом операций. Подостигается введениформирователя 42 адго запоминающего усттричного переключатестройство содержиттотный генератор 2, лок 5, амплифазометр страции и линию 9 пере15 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено длядистанционных измерений матриц рассеяния пассивных многополюсников собщим числом Ю пар входных и выходных зажимов (Я)1), в частности длядистанционных измерений матриц рассеяния фазированных антенных рещетокКВ и УКВ диапазонов10Целью изобретения является сокращение времени измерения коэффициентовматрицы рассеяния 2 Н-полюсника и снижение трудоемкости выполняемых приэтом операцийНа фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2 М-полюсника для частного случая, когда Ю=2 +2 п 18 (в=4, п=1); на фиг. 2 -структурная схема ПЗУ; на фиг3 -структурная схема формирователя адреса; на фиг, 4 а - принципиальная схема коммутатора (22); на фиг. 4 бсхема двух возможных состояний коммутаторов (2 х 2), соответствующихсвоим сигналам управления; на фиг,4 вэквивалентная схема коммутатора (22),Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2 Н-полюсни 30ка (фиг. 1) содержит многополюсник1, высокочастотный генератор 2, амплифазометр 3, линию 4 передачи, измерительный блок 5, состоящий изрефлектометра 6, коммутатора (22)357 и аттенюатора 8, линию 9 передачи,блок 10 регистрации, матричный переключатель 11, состоящий из бинарныхпереключателей 12 и 13 и блока 14коммутации. Бинарный переключатель 4012 состоит из коммутаторов (22)15-21, бинарный переключатель 13из коммутаторов (22) 22-28,Блок 14 коммутации состоит изкоммутаторов 29-35 и коммутатора(4 4) 36, включающего в себя коммутаторы (2 м 2) 37-40, Устройство дляизмерения коэффициентов матрицы рассеяния 23-полюсника содержит такжепостоянное запоминающее устройство(ПЗУ) 41, формирователь 42 адреса,линию 43 передачи,ПЗУ 41 (фиг. 2) выполнено на баземикросхем 556 РТ 5, являющихся программируемыми ПЗУ емкостью 5128 битПри Я=18 (в=4, п=1) требуемая ем 55кость ПЗУ 17126) бит обеспечивается четырьмя микросхемами 4, параллельно соединенные адресные входы которых подключены к выходам 9-канального мультиплексора 45, Каждый канал мультиплексора 45 содержит резонансный усилитель 46 с резонансной частотой Р Р +КаР (К 18), амплитудный детектор 47 и транзисторными ключ 48. Конкретные значения частот Р опрек деляются быстродействием используемых коммутаторов (22). В конкретной реализации Р й 15 кГц и дР а а 4 кГц. Присутствие иа входе мультиплексора 45 сигнала частоты Рприводит к появлению на выходе К-го канала напряжения логической "1", его отсутствие - логического "0", Нагрузками микросхем 44 являются транзисторные ключи 49, в коллекторные цепи которых включены обмотки реле коммутаторов (2 х 2). Формирователь 42 адреса предназначен для формирования адреса (в двоичном коде), соответствующего измеряемому коэффициенту матрицы рассеяния. В конкретной реализации формирователь 42 адреса (фиг. 3) содержит восемь генераторов 50 частоты Р, восьмнканальный аналоговый ключ 51 и сумматор 52. Восьмиканальный ключ 51 выполнен на микросхеме 543 КНЗ, на входах управления которой устанавливается требуемый двоичный адрес (в напряжениях ТТЛ-логики). Сумматор 52 выполнен на операционном усилителе, 157 УД 1 с повышенной нагрузочной способностью, обеспечивающей уровни напряжений частот Рна входе мультиплексора 45 ПЗУ 41 порядка единиц вольт при соединении ПЗУ 41 с выходом формирователя коаксиальной линии длиной до нескольких сотен метров. Первые выходы всех коммутаторов бинарных переключателей 12 и 13 соединены с соответствующими согласованными нагрузками. Первые выходы коммутаторов 29-36 блока 4 коммутации подключены к входам коммутаторов 18-21 бинарного переключателя 12 попарно, те. первые выходы коммутаторов 29 и 30 - к входам коммутатора 18, первые выходы коммутаторов 31 и 32 - к входам коммутатора 19, первые выходы коммутаторов 33 и 34 - к входам коммутатора 29, первые выходы коммутаторов 35 и 36 - к входам коммутатора 21, Вторые выходы коммутаторов29-36 блока 14 коммутации подключенык входам коммутаторов 25-28 бинарного переключателя 13 попарно, т.е.вторые выходы коммутаторен 29 и 30 - к входам коммутатора 25, вторые вымеды,коммутаторов 3 и 32 - к входам коммутатора 36, вторые выходы коммутаторов 33 и 34 - к входам коммутатора 27, вторые выходы коммутаторов 35 и 36 - к входам коммутатора 29, Входы коммутаторов 29-38 являются входами матричного переключателя 11 с первого по девятый соответственно и соединены с соответствующими выходами многополюсника . Первые выходы коммутаторов 18-21 подключены к согласованной нагрузке, а вторые выходы попарно (18 и 19, 20 и 21) - к входам коммутаторов 16 и 17, первые выходы которых подключены к согласованной нагрузке, первые выходы коммутаторов 25-28 подключень 1 к согласованной нагрузке, а нторые выходы попарно (25 и 26, 27 и 28) - к входам коммутаторов 23 и 24, первые выходы которых подключены к согласованной нагрузке, Генератор 2 своим выходом соединен с вторым (опорным) входом амплифазометра 3. Выход генератора 2 через линию 4 передачи соединен с первым (сигнальным) входом (по падающей волне) измерительного блока 5, который является входом рефлектометра 6 по падающей волне. Вход рефлектометра 6 по отраженной волне является вторым (измерительным) входом измерительного блока 5. Выход рефлектометра 6 по отраженной волне подключен к первому входу коммутатора (22) 7. Второй вход коммутатора (2 х 2) 7 через аттенюатор 8 соединен с третьим (измерительным) входом измерительного блока 5, Первый выход коммутатора (2 ф 2) 7 соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход является выходом измерительного блока 5 и через линию 9 передачи подключен к первому(измерительному ) входу амплифаэометра Э, Выходы амплифаэометра Э соединены с входами блока 10 регистрации, Выходы многополюсника 1 являются его входами по падающей вол не, Выходы многополюсника 1 соединены с входами матричного переключателя 11 Ю2, где К=2 в+2 (в=1,2, п=0,12 ). Входы матричного переключателя 11 являются одновременно его выходами по падающей нолне. В конкретной реализации Н 18 (ш=4, и 1) матричный переключатель 11 образован из бинарных переключателей 12, 13, выполненных на основе коммутаторов (2 ф 2) и блока 14 коммутации,Бинарный переклк)чатель 12 включает 5коммутаторы 15-21 бинарный переклюФчатель 13 - коммутаторы 22-28. Блок14 коммутации включает (2-и) коммутаторов (2 к 2), в конкретной реализации - коммутаторы 29-35. Блок 14коммутации включают также п коммутаторов (44), состоящих иэ коммутаторов (2 к 2), в конкретной реализации - коммутатор 36, состоящий иэкоммутаторов 37-40. Первый выходкоммутатора 37 и выход коммутатора38 подключены к входам комутатора39, первый выход которого соединенс согласованной нагрузкой, а второйвыход является первым выходом комму татора 36Второй выход коммутатора37 соединен с входом коммутатора 40,первьн выход которого соединен с согласованной нагрузкой коммутатора 36.Входы коммутаторов ряда 14 являются 25 входами матричного переключателя 11,Вторые выходы коммутаторов 16 и 17соединены с входами коммутатора 15,первый вход которого соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход 30 представляет собой выход бинарногопереключателя 12, Вторые выходы коммутаторон 23 и 24 соединены с входами коммутатора 20, первый выход которого соединен с согласованной нагрузкой, а второй выход представляетсобой выход бинарного переключателя13. Выходы бинарных переключателей12 и 13 являются соответственно выходами матричного переключателя 11 4 О по отраженной и прошедшей волнам исоединены с измерительными входамиизмерительного блока 5, Выход бинарного переключателя 12 является одновременно его входом и выходом матрич ного переключателя по падающей волне.,Управляющие входы всех коммутаторов(22), начиная с 15 и кончая 40, атакже коммутатора 7 подключены к соответствующим выходам ПЗУ 41 и представляют собой управляющий вход матричного переключателя 11. Адресныйвход ПЗУ 41 через линию 43 передачи,соединен с формирователем 42 адреса,Коэффициенты передачи между любымвходом и любым выходом матричного переключателя 11 идентичны. Это обеспечивается идентичностью коммутаторов и тем, что коммутаторы соединенымежду собой отрезками кабеля равной/4 на максимальной частоте рабочегодиапазона частот, где Я - длина волны.Генератор 2 предназначен для фор 5мирования синусоидального высокочастотного сигнала в исследуемом диапазоне частот. В качестве вь 1 сокочастотного генератора 2 может быть использован генераторный блок промышленного измерителя комплексных коэффициентов передачи типа Р 4-11,В качестве амплифазометра 3 можетбыть использован измерительный блокприбора типа Р 4-11,Измерительный блок 5 предназначендля выделения измеряемых напряженийпрошедшей и отраженной волн, Блок 5располагается вблизи многополюсника 1,В качестве рефлектометра 6 можетбыть использован рефлектометр прибора типа Р 4-11,Коммутатор (2 к 2) является.базовым 25элементом матричного переключателя11, выполняется из двух встречновключенных высокочастотных реле типаРПВ 2/7, на обмотки которых подаетсяобщий сигнал управления (структурнаясхема коммутатора (22) приведенана фиг, 4 а). К выходам коммутатора 7подключены согласующие емкости (С к2 пф), компенсирующие последовательные индуктивности Е выводов реле.Аттенюатор 8 предназначен для выравнивания коэффициентов передачитрактов измерительного блока 5 дляотраженной и прошедшей через измеряемый многополюсник 1 волн. В качестве 40аттенюатора 8 может быть использованрефлектометр с характеристиками идентичными характеристиками рефлектометра 6, вход которого по падающей волне соединен с согласованной нагрузкой.15В качестве блока 1 О регистрацииможет быть использован микрокалькулятор МК, имеющий на входе встроенньй аналоговый коммутатор и аналогоцифровой преобразователь. К выходумикрокалькулятора через блок сопряжения "Электроника МС" подключенотермопечатающее устройство 15 ВВП 80-22В конкретной реализации для И=18 каждьй бинарный переключатель 2 и 13содержит 7 коммутаторов (2 к 2),выполненных аналогично коммутатору 7К одному из выходов коммутатора 2 г 2подключена согласованная нагрузка,в качестве которой использован,высокочастотный безындуктивный резис 1тор типа С 2-10. Номинал резистораопределяется волновым сопротивлениемизмерительного тракта,.Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2 Н-полюсникаработает следующим образом.Высокочастотное напряжение подающей волны с генератора 2 по линии 4передачи поступает на измерительньйблок 5. Рефлектометр 6 обеспечиваетпередачу падающей волны на вход попадающей волне бинарного переключателя 12, Бинарный переключатель 12осуществляет передачу напряжения падающей волны на первый вход одногоиз коммутаторов блока 14 коммутации,адрес которого задан состоянием ПЗУ41, Один из выходов этого коммутатора, соединенный с его первым входом,подключен к 1-му выходу многополюсника 1. Например, при измерении Я,11(здесь 1, 1 - порядковый номер соответственно входа многополюсника 1по падающей волне и выхода по прошедшей волне), когда 1=3, 1=9, в состоянии "1" (фиг, 4 б) находятся коммутаторы 15, 16, 33, 27, 24, а в состоянии "0" - коммутаторы 18, 30, 22.Состояние остальных коммутаторов матричного переключателя 11 произвольно,с энергетической точки зрения целесообразно их состояние устанавливатьнулевым, При этом падающая волнапоступает на третий вход по подающейволне многополюсника 1, Отраженнаяот третьего входа волна через коммутаторы 30, 18, 16, 15 поступает навход по отраженной волне рефлектометра 6 измерительного блока 5. Рефлектометр 6 осуществляет передачуотраженной волны на первьй вход коммутатора 7, Одновременно напряжениеволны, прошедшей через многополюсник1 на его девятый выход, передаетсяна вход аттенюатора 8 измерительного .блока 5 через коммутатор 33 блока14 коммутации и коммутаторы 27, 24,22 бинарного переключателя 13. Свыхода аттенюатора 8 напряжение поступает на 2-й вход коммутатора 7, Коммутатор 7 в зависимости от своегосостояния, заданного ПЗУ 41, обеспечивает передачу напряжения отраженной(состояние " ) или прошедшей (состояние "0) волны на измерительныйвход амплифазометра 3, При этом на 68 ООО О10 пряжение другой волны через коммутатор 7 поступает на согласованную нагрузку. Напряжения волн, прошедших с 3-го входа на все остальные выходы многополюсника 1 (кроме выхода 9), поступают через соответствующйе коммутаторы (22) на согласованные нагрузки матричного переключателя 11.Таким образом, в измерениях каждого из коэффициентов Я. активно участвуют лишь те коммутаторы (2"2) через которые передается напряжение падающей волны к 1-му выходу измеря 15 емого 2 И-полюсникас выхода по подакццей волне. рефлектометра 6 и напряжение прошедшей волны с 3-го выхода 2 М-полюсника на выход измерительного блока 5. Все остальные коммутато О ры матричного переключателя 11, не участвующие в передаче к третьему выходу и с девятого выхода 2 И-полюс- ника 1 напряжений падающей и прошедшей волн, могут находиться в произ вольном состоянии. В состоянии "О" коммутатор 7 соединяет выход рефлектометра 6 по отраженной волне с согласованной нагрузкой, а выход матричного переключателя 11 по прошедшей волне - через аттенюатор 8 и линию 9 передачи - с измерительным входом амплифазометра 3. В состоянии "1" коммутатор 7 соединяет измерительный вход амплифазометра 3 с выходом рефлектометра Ь по отраженной волне,35 а выход по прошедшей волне матричного переключателя- с согласованной нагрузкой. В результате в состоянии "О коммутатора 7 на измерительный вход амплифазометра 3 передается с 1-го выхода 1-полюсника 1 напрчжение прошедшей волны, а напряжение отраженной волны с 1-го выхода 2 И-полюсника поступает в согла 45 сованную нагрузку; и, наоборот, в состоянии " на измерительный вход амплифазометра передается напряжение отраженной волны, а в согласованную нагрузку, включенную на одном из выходов коммутатора 7, поступает напряжение прошедшей волны, Режим измерения коэффициента матрицы рассеяния 8; , реализуемый в предлагаемом устройстве, состоит в возбуждении 3-го выхода 2 Х-полюсника напряжением падающей волны комплексной амплитуды Пи поочередном измерении комплексных амплитуд Б , расходящихся от 2 Я-полюсника волн (отраженных на выходе 3 или прошедшихс выхода 3 на выход 1), при этомлинии передачи, соединяющие все выходы 2 И-полюсника с измерительной установкой, должны быть нагружены согласованными нагрузками.Выбор каналов 1, 3 рассеянной ипадающей волн производится в предлагаемом устройстве матричным переключателем 11 и коммутатором 7, которые построены так, что все выходы измеряемого 2 Х-полюсника одновременно подключены к согласованным нагрузкам для любой пары индексов 1, 1.Напряжения, поступающие на измерительный вход амплифазометра, пропорциональны соответствующему коэффициенту Б . матрицы рассеяния. Ампли 1фазометр формирует постоянное напряжение, пропорциональное амплитудами разности Фаз сигналов, поступающихна его входы, Регистрирук 1 цее устройство регистрирует напряжения,пропорциональные модулю (К; ) и фа 1,зовому сдвигу .,коэффициейтов матрицы рассеянияДля регистрации нормированныхкоэффициентов матрицы рассеяния сплоскостью отсчета фазы, приведеннойк выходным зажимам измеряемого многополюсника, проводится предварительная калибровка измерительной схемы,для чего вместо одного из выхоцовизмеряемого многополюсника к измерительной схеме подключается двухполн сник с известным импедансом, например Е= ш(1 Я 1= С"О. В моменткалибровки выходные напряжения амплитудного и фазового каналов амплифазометра, пропорциональные соответственно С и, устанавливаютсяк кисоответственно равными, например, 1и О Ч (при коэффициенте передачифазового канала, составлявшем шу/град ),После проведения калибровки регистрируемые в процессе измерения напряжения (в вольтах) амплитудного ифазового каналов численно равны модулю и Фазовому сдвигу измеряемогонормированного коэффициента матрицы рассеяния Б =Б /Б =Б П "е)1 Ч,",Цикл измерения коэффициентовматрицы рассеяния на одной частотеопределяется быстродействием коммутаторов матричного переключателя ирегистрирующего устройстваХарактерное время коммутации матричного пере 1568000 12ключателя составляет около О мс. В соучае, например, 16-плюсника (Ю) измерение всех 36 коэффициентов матрицы рассеяния составит около 0,4 с. При использовании в качестве регистрирующего устройства термопечатающего устройства указанного в описании типа, которое обеспечивает скорость регистрации около 100 символов/с, время регистрации 36 пятизначных комплексных чисел составит около 4 с. Время измерения матрицы рассеяния на 1 ф Фиксированных частотах составит М(+4)с, где й (с) - время, затрачиваемое на перестройку частоты генератора, составляющее при ручной перестройке частоты около 1 О с, В результате суммарное время, затраченное на измерение матрицы рассеяния 16-полюсника на 10 Фиксированных частотах диапазона, не превышает 2 мин.3При осуществлении ручного переключения при измерении 36 коэффициентов матрицы рассеяния цикл измерений на одной частоте диапазона составил бы 144 переключения, т.епри средней длительности переключения оператором 5 с - 12 мин, в М точках рабочего диапазона частот - 12 М мин, Следовательно, исключением из процесса измерения ручных операций многократного переключения выходов измеряемого многополюсника с измерительной схемой и согласованными нагрузка- ми сокращается время измерения коэфформула изобретения Устройство для измерения коэффициентов матрицы рассеяния 2 И-полюсника, содержащее высокочастотный генератор, через первую линию передачисоединенный с первым входом измерительного блока, последовательно соединенные амплифазометр и блок регистрации, выход измерительного блокачерез вторую линию передачи соединен с первым измерительным входомамплифаэометра, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышениябыстродействия и снижения трудоемкости, в него введены последовательносоединенные через третью линию передачи формирователь адреса и постоянное запоминающее устройство, а такжематричный переключатель М"2, входыматричного переключателя соединеныс клеммами для попарного подключениясоответствующих выходов 2 К-полюсника,первый и второй выходы матричногопереключателя соединены соответственно с вторым и третьим входами измерительного блока, выход высокочастотного генератора соединен с опорным входом амплифазометра, выходы постоянного запоминающего устройствасоединены с управляющими входами матричного переключателя,10 15 20 25 30 35 фициентов матрицы рассеяния 2 Я-по 1 люсника, а также трудоемкость воспроизводимых операций, 3568000+ЗОВ Составитель Р,МинкРедактор А,Маковская Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимншинец изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ухгород, ул, Гагарина, 10 Заказ 132 Тирах 549 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5