SU1166015A1 - Устройство дл измерени параметров СВЧ-элементов - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, последлвательно соединенные отрезок СВЧ-тракта с измерительным зондом, подключенным к ампдитудному детектору, и управл емый фазовращатель, выход которого  вл етс  входом дл  подключени  исследуемого СВЧ-элемента, а управл ющий вход соединен с выходом блока управлени , отличающее- с Л тем, что, с целью повышени  точности, между выходом СВЧ-генератора и входом отрезка СВЧ-тракта с измерительным зондом включен циркул тор , третье плечо которого нагружено на согласованную нагрузку, к выходу амплитудного детектора последовательно подключены первыА пиковый детектор и первый сумматор, выход которого  вл етс  первым выходом устройства, между выходом амплитудного детектора и входом блока управлени  последовательно включешл дифференциальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, второй пиковый детектор, выход которого  вл етс  вторым выходом устройства, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход - с вторым входом первого сумматора, компаратор , второй вход которого по цключен к выходу амплитудного детектора, и триггер,выход которого  вл етс  третьим выходом устройства,к выходу управле ПИЯ подключен блок слежени -хранени , управл ющий вход которого соединен с выходом триггера,а выход  вл етс  чет« вертым выходом устройстав, 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что. блок слежени -хра ени  состоит из последовательно соединенньк первого операционного усилител , вход которого  вл етс  входом блока слежени -хранени , аналогового ключа, упргшл кщий вход Од которого  вл етс  управл ющим входом блока слежени -хранени , истокового О повторител  с накопительным конденсатором на входе, и второго операционного усилител , выход которого  вл сл етс  выходом блок§ слежени -хранени . 3.Устройство по п. 1, отлиучающеес  тем, что блок зтравЬени  содержит последовательно соединенные источник посто нного двухпол р ного напр жени , двухканальный коммутатор , управл ющий вход которого  вл етс  входом блока управлени , и генератор линейно измен ющегос  напр жени , выход которого  вл етс  выходом блока управлени .

Description

Изобретение относитс  к измерителной технике и может быть использовано дл  измерени  коэффициента отражени , коэффициента сто чей волны и полного сопротивлени  сверхвысокочастотных элементов.

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  параметров СВЧ-элементов, на фиг. 2 - структурна  электрическа схема блока слежени .

Устройство дл  измерени  параметров СВЧ-элементов сожержит СВЧ-гене ратор 1, циркул тор 2 с согласованной нагрузкой 3 в третьем плече, отрезок А СВЧ-тракта с измерительным зондом 5, управл емьм фазовращатель 6, исследуемый СВЧ-элемент 7, амплитудный детектор 8, дифференциальный усилитель 9, перв.ый и второй пиковые детекторы 10 и 11, первый и второй сумматоры 12 и 13, компаратор 14, триггер 15, блок 16 слежени -хра нени , состо щий из первого ивторог операционных усилителей 17 и 18, аналогового ключа 19 и истокового повторител  20, блок 21 управлени , состо щий из источника 22 посто нного двухпол рного напр жени , коммутатора 23, генератора 24 линейно измен гацегос  напр жени , а также .блокинг-генератор 25, аналого-цифровой преобразователь 26, микропроцессор 27, цифровой индикатор 28, накопительный конденсатор 29.

Устройство дл  измерени  параметров СВЧ-элементов работает следун цим образом.

Высокочастотные колебани  от СВЧгенератора 1 поступают через циркул :тор 2 в отрезок 4 СВЧ-тракта, проход т через управл емый фазовращатель 6 и отражакл-с  от исследуемого СВЧэлемента 7. Отраженные высокочастотные колебани  проход т через управл емый фазовращатель 6 (например , в виде невзаимного ферритового фазовращател ), измен   свою фазу на величину, определ емую напр жекием , поступающим от блока 21 управлени  на управл ющий вход управл емого фазовращател  6, отрезок 4 СВЧ-тракта, далее через циркул тор 2 отраженные высокочастотные колебани  поступают в согласованную нагрузку, где они поглощаютс .

В отрезке СВЧ-тракта в результате интерференции падающей и отраженной волн возникает сто ча  волна , причем в месте подключени  измерительного зонда 5 фаза отраженной волны сдвинута относительно на величину

4

0)

- фаза коэффициента отражеде ни  исследуемого СВЧ-злемента 7; дЧ- сдвиг фазы, вносимый управл емым фазовращателем 6, (фазовый сдвиг, соответстствующий рассто нию от измерительного зонда 5 к исследуемому СВЧ-элементу 7 и обратно).

При этом напр жение литудного детектора выражением

,-,..,(.. W

где Е - напр женность падающей

волны

Г - модуль коэффициента отражени  исследуемого СВЧ-элемента 7.

После детектировани  напр жени  и амплитудным детектором 8, работающим в линейном режиме, напр жение на его выходе определ етс  выражением

Ur,bl|.r4rcos(f-/l - X,) , О)

где К - коздрфициент передачи амплитудного детектора 8. Линейный режим работы детектора 8 предпочтителен по следующим причинам .:

Устройство может использоватьс  в реальной аппаратуре, выходна  мощность передатчиков з которой может .достигать значительной величины (дес тки-сотни киловатт), при зтом не представл етс  возможным обеспечить работу амплитудного детектора 8 в квадратичном режиме. Дл  того, чтобы определить величины J и Ч, исключив при этом неизвестную величину EIJ,, необходимо иметь систему из двух уравнений, тогда как при работе амплитудного детектора 8 в квадратичном режиме необходимо иметь систему минимум из трех уравнений. Напр жение на выходе амплитудно .го детектора 8 максимально U, акс минимально В те моменты времени когда изменение фазы,вносимое управл емым фазовращателем 6, равно и и Смокс tMHH eм«кc tмин l/ i,jr-lL X Ag о Из системы двух уравнений (4) определ ютс  модуль коэффициента отражени  г и его фаза V , определ ема в момент времени; когда напр жение на выходе амплитудного детектора 8 равно и, ьмин Г.:|х... ()-, (5) 6 макс л 2 .мии- -f-M- . ( Aj Процесс определени  модул  и фазы коэффициента отражени  исследуемого СВЧ-элемента 7 происходит следующим образом. Блокинг-генератор 25 работает либо в автоколебательном, либо в ждущем режимах, что определ етс  режимом работы СВЧ-генератора 1. Импульсом с выхода блокинг-генера тора 25 опрокидьгоаетс  триггер 15,. единичное выходное состо ние с которого поступает на управл ищ вход коммутатора 23. Коммутатор 23 подключает к входу генератора 24 линейно измен кщегос  напр жени  выход +Е источника 22 посто нного двухпол рного напр жени . Линейно возрастающее напр жение с выхода reHepaTop 24 линейно измен нщегос  напр жени  подаетс  на управл ющий вход управл емого фазовращател  6, который измен ет фазу, отраженной от исследуе мого СВЧ-элемента 7 вс&тны, и соответ ственно измен етс  напр жение на выходе амплитудного детектора 8, Это напр жение поступает одновременно на вход первого пикового детектора tO, nepBbrii вход дифференциального усилит л  9 и первый вХод компаратора 14. На первом пиковом детекторе 10 вьздел етс  и запоминаетс  напр жение мвкц которое поступает на второй вход дифференциального усилител  9, на котором вьщел етс  разность не дцу максимальным U MCKKC текущим U йап- р жени ми с амплитудного детектора 8. Максимальна  разность U AIOKC -Uj вьщел етс  и запоминаетс  вторым пиковым детектором 11. Напр жени  выхода первого пикового детектора 10 и U,, -и/ ,,„ с выхода второго пикового детектора 11 поступают на второй сумматор t3, где из первого вычитаетс  второе и получаетс - напр жение емин которое подаетс  на второй вход компаратора 14, где оно сравниваетс  с текущим напр жением Ug, поступающим на его первый вход с :: выхода амплитудного детектора 8. В момент их равенства компаратор 14 измен ет свое состо ние на выходе, тем самым опрокидыва  триггер 15 в нулевое состо ние на выходе, которое поступает на коммутатор 23, Коммутатор 23 производит подключе1ше входа генератора 24 линейно измен ющегос  напр жени  к выходу -Е источника 22 посто нного двухпол рного напр жени . Напр жение на выходе генератора 24 линейно измен ющегос  напр жени  начнет линейно уменьшатьс , тем самым измен   фазу отраженной волны в другую сторону до достижени  следующего минимума сто чей волны в отрезке 4 СВЧ-тракта в месте расположени  измерительного зонда 5. Процесс перестройки от минимума до минимума и обратно будет повтор тьс  до тех пор, пока в отрезке 4 СВЧ-тракта существует электромагнитна  волна. При импульсной работе СВЧ-генератора 1 запуск ройства в режим измерени  производитс  модулирующим импульсом СВЧгенератора 1 путем запуска блокинг- генератора 25. Напр жени  ,,. с выхода перого пикового .детектора 10 и выхода второго сумматора 13 посупают на входы первого сумматора li, котором они cyм в pyютc  и напр же ьмйкс „ц с выхода первоо сумматора 12 по ступает на первый ход аналого-цифрового преобразоваел  26. Напр жение (мйн выхода второго пикового детектора 1 поступает на второй вход аналогоИ1ФРОВОГО преобразовател  26. Выходой импульс триггера 15, длительость которого пропорциоНгшьна длие сто чей волны в отрезке 4 СВЧракта , поступает на третий вход аналого-цифрового преобразовател  26. Выходное напр жение генератора 24 линейно измен ющегос  напр жени  поступает на вход блока 16, В момент времениJ когда измерительный зонд 15 фиксирует первый минимум сто чей волны от исследуемого СВЧ-элемента 7, триггер 15 опрокидьшаетс  от нулевого в единичное состо ние на выходе, которое запускает по управл  ющему входу блок 16 в режим хранени  выходного напр жени  Ui генератора 2А линейно измен ющегос  напр жени  пр мо пропорционального сдвигу фазы вносимому управл емым фазовращателем 6, поступак дего на четвертый вход аналого-цифрового преобразовател  26. В аналого-цифровом преобразователе 26 входные напр жени  и длительность импульса триггера 15 преобразуютс  в дафровой код во вре м  действи  единичного импульса с выхода триггера 15. Сброс аналогоцифрового нреобразовател  26 в нуле вое состо ние производитс  во врем  нулевого выходного импульса тригге ра 15. Преобразованные аналого-цифр вым преобразователем 26 в цифровой код значени  входных напр жений и длительности импульса триггер 15 поступакЛ на соответствующие входы микропроцессора 27, который производит вычисление модул  Г и фазы Ч коэффициента отражени  по соотношени м (5) и (6) с учетом собственного козффициента отражени  управл емого фазовращател  6. По вычисленны значени м модул  и фазы коэффициент отражени  микропроцессор 27 вычисл  ет значени  коэффициента сто чей волны Kj.g , активной и реактивной составл ющей входного сопротивлени  исследуемого СВЧ-элемента 7 по соот ношени м Значени  модул  и фазы коэффициента отражени , коэффициента сто чей волны, активной и реактивной составл ющих входного сопротивлени  исследуемого СВЧ-элемента 7 индицируютс  на цифровом индикаторе 28. Блок 16 слежени -хранени  работает следующим образом. При замыкании аналогового ключа 19, что соответствует нулевому состо нию на его управл к цем входе, напр жение на накопительном-конденсаторе 29 следит за входным напр жением и в каждый момент времени точно ему равно. При поступлении на управл ющий вход аналогового ключа 19 единичного импульса от триггера 15 он размьжаетс  и напр жение на выходе блока 16 слежени -хранени  равно напр жению, запомненному на копительном квнденсаторе 29 в момент времени, предшествующий разьшканию аналогового ключа 19. Утечка напр жени  на накопительном конденсаторе 29 чрезвычайно мала, так как его нагрузкой  вл етс  истоковьй повторитель 20 с изолированным затвором, не потребл ннцим тока от входной цепи , каковой  вл етс  накопителыай конденсатор 29. Блок 16 слежени хранени  хранит значение входного напр жени , равного напр жению с генератора 29 линейно измен ющегос  напр жени  в момент времени, коГда на измерительном зонде 5 находитс  первый минимум сто чей волны. Это напр жение с выхода блока 16 слежени -хранени  поступает на четвертый вход аналого-цифрового преобразовател  26.

t

flе

jL

A.

гг

jL

иг.1

Г

Фиг.2

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее СВЧ-генератор, последлвательно соединенные отрезок СВЧ-тракта с измерительным зондом, подключенным к амплитудному детектору, и управляемый фазовращатель, выход которого является входом для подключения исследуемого СВЧ-элемента, а управляющий вход соединен с выходом блока управления, отличающеес Л тем, что, с целью повышения точности, между выходом СВЧ-генератора и входом отрезка СВЧ-тракта с измерительным зондом включен циркулятор, третье плечо которого нагружено на согласованную нагрузку, к выходу амплитудного детектора последовательно подключены первьй пиковый детектор и первый сумматор, выход которого является первым выходом устройства, между выходом амплитудного детектора и входом блока управления последовательно включегал дифференциальный усилитель, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, второй пиковый детектор, выход которого является вторым выходом устройства, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход - с вторым входом первого сумматора, компаратор, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, и триггер,выход которого является третьим выходом устройства,к выходу управления подключен блок слежения-хранения, управляющий вход которого соединен с выходом триггера,а выход является четвертым выходом устройстав.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что. блок слежения-хранения состоит из последовательно соединенных первого операцион- q ного усилителя, вход которого являет- , ся входом блока слежения-хранения, аналогового ключа, управляющий вход которого является управляющим входом блока слежения—хранения, истокового повторителя с накопительным конденсатором на входе, и второго операционного усилителя, выход которого явля. ется выходом блок§ слежения-хранения.

3. Устройство поп. 1, отливающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные источник постоянного двухполяр ного напряжения, двухканальный коммутатор, управляющий вход которого является входом блока управления, и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого является выходом блока управления.

I