CS260785B1

CS260785B1 - Hexagonal headlight connection with concentrated parameters two detectors

Info

Publication number: CS260785B1
Application number: CS864973A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Bilik; Vladimir Raffaj; Jan Bezek; Vladimir Slobodnik
Original assignee: Vladimir Bilik; Vladimir Raffaj; Jan Bezek; Vladimir Slobodnik
Priority date: 1986-07-01
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS497386A1

Abstract

Zapojenie sa týká širokopásmového disipatívneho šestíportového reflektometra so sústredenými parametrami a dvoma detektormi na meranie komplexného koeficientu odrazu. Medzi šesť vzájomne izolovaných uzlov je zapojených páť odporov, dva detektory, reflexný přepínaný dvojpól napájecí port pre generátor a testovací port. Reflexný přepínaný dvojpól obsahuje cievky, kondenzátory a spínače — například polovodičové diódy a móže obsahovat aj odpory a úseky vedenia. Výhodou zapojenia je, že obsahuje len prvky so sústredenými parametrami — odpory, kondenzátory, cievky a spínače, ďalej, že možno dosíahnúť velkú širokopásmovosť — až 1 000 : 1, ďalej, že šesťport možno navrhnúť pře použitie na nízkých frekvenciách — řádové jednotky Hz, a tiež pre použitie na velmi vysokých frekvenciách — řádové desiatky GHz, dalej, že vo všetkých frekvenčných pásmach má malé rozměry a dá sa 1'ahko realizovat v integrovanej formě a v porovnaní so šesť- portom so sústredenými parametrami a štyrmi detektormi má menší útlm signálu z generátora na detektory.Involvement involves broadband dissipative six-port reflectometer with concentrated parameters and two detectors to measure the complex coefficient suddenly. Between six mutually isolated nodes are plugged in resistor, two detectors, Reflective Switched Two-Pole Power Supply port for generator and test port. reflective the switched dipole contains coils, capacitors and switches - for example, semiconductor diodes and can also contain resistors and lines sections. The advantage of engagement is that contains only elements with concentrated parameters - resistors, capacitors, coils and switches, furthermore, it is possible to reach large broadband - up to 1,000: 1, on that sixports can be designed to be used on low frequencies - order units Hz, and also for use at very high frequencies - tens of GHz, next, that in all frequency bands it has small size and easy to implement in integrated form and compared to six- port with four parameters the detectors have less signal attenuation from the generator for detectors.

Description

Vynález sa týká zaipojonia širokopásmového šesťportového reflektometra so sústredenými parametrami a dvoma detektormi na meranie komplexného koeficientu odrazu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a wideband six-port reflectometer with concentrated parameters and two detectors for measuring the complex reflection coefficient.

Reflektometre sú zariadenia na meranie koeficientu odrazu elektrických obvodov. Koeficient odrazu je komplexná veličina, definovaná ako poměr komplexnej amplitudy vlny odrazenej od meraného objektu ku vine dopadajúcej na meraný objekt. Šesťportový reflektometer je zariadenie majúce šesť výstupov — portov, v ktorom sa meraný koeficient odrazu určuje zo štyroch skalárnych veličin — výkonov· vín dopadajúcich na štyri detektory. Přitom ku piatemu portu — testovaciemu je připojený meraný objekt a k šiestemu portu — napájaciemu je připojený generátor. Vlny do troch z detektorov sú tvořené vhodnými lineárnymi kombináciami vlny dopadajúcej na meraný objekt a odrazenej od něho.Reflectometers are devices for measuring the reflection coefficient of electrical circuits. The reflection coefficient is a complex quantity, defined as the ratio of the complex amplitude of the wave reflected from the measured object to the guilt incident on the measured object. A six-port reflectometer is a device having six outputs - ports, in which the measured reflection coefficient is determined from four scalar quantities - the power · of the wine impinging on four detectors. Measured object is connected to the fifth test port and the generator is connected to the sixth power port. Waves into three of the detectors are formed by suitable linear combinations of the wave striking and reflected from the measured object.

Vlna do štvrtého detektora, ktorý sa nazývá referenčný, je vzorkou vlny dopadajúcej na meraný objekt. Určenie hledaného koeficientu odrazu si možno graficky představit ako hladanie spoločného priesečníka troch kružnic v komplexnej rovině. Kvadrát poloměru i-tej kružnice, i — 1, 2, 3, je úmerný poměru výkonov meraných i-tým a referenčným detektorem. Střed kružnice je určený parametrami šesťportového reflektometra. Tieto parametre sa zisťujú pomocou etalónov — prvkov so známým koeficientom odrazu, v procese nazývanom kallbrácia.The wave to the fourth detector, called the reference detector, is a sample of the wave incident on the object being measured. The determination of the desired coefficient of reflection can be graphically conceived as a search for a common intersection of three circles in a complex plane. The square of the radius of the i-th circle, i-1, 2, 3, is proportional to the ratio of the power measured by the i-th and the reference detector. The center of the circle is determined by the parameters of the six-port reflectometer. These parameters are measured using standards - elements with a known reflection coefficient, in a process called calibrations.

Celý proces merania i kalibrácie je riadený počítačom.' Středy kružnic, ktoré sa tiež nazývajú q-body, sú rozhodujúcimi parametrami šesťportového reflektometra. Ich vzdialenosť od počiatku komplexnej roviny by mala byť optimálně od 1,5 do 3 a ich uhlová vzdialenigť by nemala byť příliš malá — optimálně*120+ q-body sú vo všeobecnosti závislé od frekvencie. Poloha q-bodov úzko súvisí s lineárnymi kombináciami vín v troch detektorech. Získanle vhodných troch lineárnych kombinácií vlny dopadajúcej na meraný objekt a odrazenej představuje preto základný problém pri návrhu šesťportového reflektometra.The whole process of measurement and calibration is computer controlled. ' The centers of the circles, also called q-points, are the decisive parameters of a six-port reflectometer. Their distance from the origin of the complex plane should be optimally from 1.5 to 3 and their angular distance should not be too small - optimally * 120 + q-points are generally frequency dependent. The position of the q-points is closely related to the linear combinations of wines in the three detectors. Obtaining suitable three linear combinations of the wave impinging on the measured object and reflected is therefore a fundamental problem in the design of a six-port reflectometer.

V súčasnosti sa na ich získanle používajú hezstratové obvody typu viazané vedenia — — směrové odbočnice. Q-hybridy, H-hybridy, deliče výkonu., připadne nesymetrické alebo symetrické paťporty v kombinácii so směrovou odbočnicou alebo deličom výkonu na vzorkovanie dopadajúcej vlny.At present, they are used neat stratified circuits of the type of wired - directional couplers. Q-hybrids, H-hybrids, power dividers.

Prehfad používaných riešení možno nájsť například v článku „Hoer, C. A.-Saulsbery, L. F.: Progress In Automated Measurements with Network Analyzers and 6-port Systems“, publikovanom v zborníku prednášok konferencie URSI, Florencia, 4. sept. 1984.An overview of the solutions used can be found, for example, in "Hoer, C.A.-Saulsbery, L.F .: Progress in Automated Measurements with Network Analyzers and 6-Port Systems", published in the Proceedings of the URSI Conference, Florence, Sept. 4. 1984th

Hlavnou nevýhodou týchto riešení je relativné úzké frekvenčně pásmo·, v ktorom móžu vykonávat svoju funkciu — typicky 2 : 1. S výnimkou šesťportových reflektometrov zhotovených technológiou mikropásik a fin-line sa vyznačujú i velkými rozmermi. Prvky zhotovené na báze pásikovej technologie s homogénnym dielektrikom dosahujú šířku pásma asi 10:1 a sú považované za širokopásmové. To je asi hranica dosial¹ používaných riešení. Cenou je však značné zváčšenie rozmerov. zariadenia.The main disadvantage of these solutions is the relatively narrow frequency band in which they can perform their function - typically 2: 1. Elements made on the basis of band technology with a homogeneous dielectric reach a bandwidth of about 10: 1 and are considered broadband. That's about ¹ limit hitherto used solutions. However, the price is a considerable increase in size. devices.

V prihláške vynálezu „Bilík, V. — Raffaj, V. — Bezek, J. — Siobodník, V.: Zapojenie šesťportu so sústredenými parametrami a štyrmi detektormi“ je publikovaný šesťport obsahujúci len prvky so sústredenými parametrami vyznačujúci sa velkou šlrokopásmovosťou — 1000 : 1 a malými rozmermi. Jeho nevýhodou je poměrně zložitá štruktúra so štyrmi detektormi a desiatimi cdpormi, čo má za následok velké tlmenie signálu z generátora na detektory.In the application of the invention "Bilík, V. - Raffaj, V. - Bezek, J. - Siobodník, V .: Six-port Involvement with Concentrated Parameters and Four Detectors", published six-port containing only concentrated-element elements characterized by high bandwidth - 1000: 1 and small size. Its disadvantage is the relatively complicated structure with four detectors and ten cdspores, which results in a large signal attenuation from the generator to the detectors.

Vyššie uvedené nedostatky odstraňuje zapojenie šesťportového reflektometra so sústredenými parametrami a dvoma detektormi vyznačujúce sa tým, že medzi šesť vzájomne izolovaných uzlov je zapojených pať odporov., dva detektory a reflexný přepínaný dvojpól tak, že prvý odpor je zapojený medzi druhý uzol a třetí uzol, druhý odpor je zapojený medzi třetí uzol a štvrtý uzol, třetí odpor je zapojený medzi štvrtý uzol a piaty uzol, štvrtý odpor je zapojený medzi piaty uzol a šiesty uzol, piaty odpor je zapojený medzi šiesty uzol a prvý uzol, reflexný přepínaný dvojpól je zapojený medzi prvý uzol a druhý uzol, kombinačný detektor je zapojený medzi druhý uzol a štvrtý uzol, referenčný detektor je zapojený medzi štvrtý uzol a šiesty uzol.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the connection of a six-port reflectometer with concentrated parameters and two detectors characterized in that five resistors are connected between six mutually isolated nodes, two detectors and a reflective switched two-pole so that the first resistor is connected between the second node and the third node resistor is connected between third node and fourth node, third resistor is connected between fourth node and fifth node, fourth resistor is connected between fifth node and sixth node, fifth resistor is connected between sixth node and first node, reflective switched two-pole is connected between first node and second node, the combination detector is connected between the second node and the fourth node, the reference detector is connected between the fourth node and the sixth node.

Napájací port reflektometra je medzi třetím uzlom a prvým uzlom a testovací port je medzi piatym uzlom a prvým uzlom. Pod pojmom reflexný přepínaný dvojpól přitom rozumieme štruktúru majúcu dve svorky, ktorá obsahuje konečný počet pasivných elektronických prvkov. a spínače, například diodové.The reflectometer power port is between the third node and the first node, and the test port is between the fifth node and the first node. Reflex switching double-pole is understood as a structure having two terminals, which contains a finite number of passive electronic elements. and switches, such as diode switches.

Výhodou zapojenia· podfa vynálezu je skutočnosť, že šesťportový reflektometer absahuje len prvky so sústredenými parametrami — odpory, spínače, kondenzátory a cievky, ktoré si zachovávají! svoje vlastnosti v· šlrokom pasme frekvencií, ďalej, že vhodnou volbou hodnot prvkov a štruktúry reflexného přepínaného dvojpólu možno jedným šesťportovým reflektometrom pokryť velmi široké pásmo frekvencií až 1 000 :1, ďalej, že šesťportový reflektometer možno navrhnúť pre použitie na nízkých frekvenciách — jednotky Hz a tiež pre použitie na velmi vysokých frekvenciách — niekolko desiatok GHz, dalej, že vo všetkých frekvenčných pásmach má malé rozměry a možno ho lahko integrovat a v porovnaní so šesťportom so sústredenými parametrami a štyrmi detektormi má menší útlm signálu z generátora na detektory, menší počet prvkov a jednoduchšiu štruktúru, čo zjednodu260785 suje jeho realizáciu v integrovanej formě pre velmi vysoké frekvencie.The advantage of the wiring according to the invention is that the six-port reflectometer only contains elements with concentrated parameters - resistors, switches, capacitors and coils that they retain! its properties in a wide frequency band, further that a suitable wide range of frequencies of up to 1000: 1 can be covered by a six-port reflectometer by a suitable selection of element values and the structure of the reflective switched bipolar, and that a six-port reflectometer can be designed for and also for use at very high frequencies - several tens of GHz, further that it has small dimensions in all frequency bands and can be easily integrated and has less signal attenuation from generator to detector, fewer elements compared to six port with concentrated parameters and four detectors and a simpler structure, which simplifies 260785 its realization in an integrated form for very high frequencies.

Na přiložených výkresoch na obr. 1 je znázorněné zapojenie šesťportového reflektometra so- sústredenými parametrami a dvoma detektormi, na obr. 2 je příklad konkrétného zapojenia šesťportového reflektometra pře pásmo, frekvenci! 100 kHz až 100 MHz a na obr. 3 je vyznačená poloha q-bodov tohto šesťportového reflektometra v jednotlivých dekádách frekvenčného pásma.In the accompanying drawings of FIG. 1 shows the connection of a six-port reflectometer with concentrated parameters and two detectors; FIG. 2 is an example of a particular wiring of a six-port reflectometer, frequency band! 100 kHz to 100 MHz and in FIG. 3 shows the position of the q-points of the six-port reflectometer in each decade of the frequency band.

V zapojení šesťportového reflektometra na obr. 1 ide o mostík, pričom jeho dve ramená tvoria prvý odpor 1 a druhý odpor 2. Tretie rameno tvoří reflexný přepínaný dvojpól 6. Štvrté rameno mcstíka představuje článok pozostávajúci z tretieho odporu 3, štvrtého odporu 4, piateho odporu 5 a referenčného detektora 8, ktorý je zakončený testovacími svorkami 10—10‘. Mostík je v jednej uhlopriečke připojený cez napájací port 9—(9‘ na generátor a v druhej uhlopriečke je zakončený kombinačným detektorom 7.In connection with the six-port reflectometer of FIG. 1 is a bridge, with its two arms forming a first resistor 1 and a second resistor 2. The third arm is a reflective switching dipole 6. The fourth arm of the bridge is a cell consisting of a third resistor 3, a fourth resistor 4, a fifth resistor 5 and a reference detector 8. is terminated with test terminals 10-10 '. The bridge is connected in one diagonal through the power port 9— (9 ‘) to the generator and in the other diagonal it is terminated by a combination detector 7.

Pri vhodnej vol'be hodnot tretieho odporu 3, štvrtého odporu 4, piateho odporu 5 a vnútorného odporu referenčného detektora 8 možno dosiahnúť stav, že referenčný detektor 8 dostává vzorku vlny dopadajúcej na testovaný objekt a nedostává žladnu časť z vlny odrazenej cd tohto objektu. Kombinačný detektor 7 indikuje výkon, ktorý vzniká lineárnou kombináciou vlny odrazenej od reflexného přepínaného dvojpólu 6 a vlny odrazenej od testovaného objektu.By appropriately selecting the values of the third resistor 3, the fourth resistor 4, the fifth resistor 5, and the internal resistance of the reference detector 8, it can be attained that the reference detector 8 receives a wave sample incident on the test object and does not receive any part of the wave reflected from the object. The combination detector 7 indicates the power generated by the linear combination of the wave reflected from the reflective switching dipole 6 and the wave reflected from the test object.

Pomocou spínačov obsiahnutých v reflexnom prepínanom dvojpóle 6 sa nastavujú tri rožne hodnoty fázy jeho koeficientu odrazu. Tak vzniknu na kombinačnom detektore 7 postupné tri hodnoty signálu predstavujúce odozvy troch detektorov šesťportového reflektometra klasického — so štyrmi detektormi. Vhodnou volbou štruktúry a hodnot prvkov reflexného přepínaného- dvojpólu možno dosiahnúť šířku pásma správnej činnosti reflektometra až 1 000 :1.Three different phase values of its reflection coefficient are set by means of the switches contained in the reflective switching dipole 6. Thus, a progressive three signal values are generated on the combination detector 7, representing the responses of three detectors of a six-port classical reflectometer - with four detectors. By appropriately selecting the structure and values of the reflective switching double-pole elements, the bandwidth of the correct operation of the reflectometer up to 1000: 1 can be achieved.

Konkrétné vyhotovenie šesťportového reflektcmetra podfa vynálezu pre pásmo frekvenci! 100 kHz až 100 MHz je navrhnuté na jednotkový odpor 50 ohmov. Vnútorná impedancia kombinačného detektora 7 a referenčného detektora 8 je 50 ohmov. Vzdialenosť q-bodov od počiatku komplexnej roviny je 1,96.A particular embodiment of the six-port reflectometer of the present invention for the frequency band! 100 kHz to 100 MHz is designed for a unit resistance of 50 ohms. The internal impedance of the combination detector 7 and the reference detector 8 is 50 ohms. The distance of q points from the origin of the complex plane is 1.96.

Reflexný přepínaný dvojpól 6 je realizovaný prepínačom s troma polohami I, II, III, dvoma kondenzátormi Cl, C2 s rožnou kapacitou a cievkou L. Na výstupe kombinačného detektora 7 vzniknú postupné tri napatia Ul, UII, Ulil zodpavedajúce trom různým polohám prepínača. Na výstupe referenčného detektora 8 vzniká napatie UR. Přepínač může byť realizovaný pomocou elektronických spínacích prvkov, například troch diod ovládaných jednosměrnými prúdmi.The reflective switching dipole 6 is realized by a switch with three positions I, II, III, two capacitors C1, C2 with a capacitance and a coil L. At the output of the combination detector 7, successive three voltages U1, UII, UI1 arise corresponding to three different switch positions. At the output of the reference detector 8 a voltage UR is generated. The switch may be realized by means of electronic switching elements, for example three diodes controlled by direct current.

Šestportový reflektometer podfa vynálezu je vhodný na realizáciu v koaxiálnej podobě vzhladom na to, že napájací port 9—(9* a testovací port 10—10* majú jednu svorku spoločnú. Na obr. 3 je vyznačená poloha q-bodov šesťportového reflektometra v jednotlivých dekádách frekvenčného· pásma, pričom uhlová vzdialenosť žiadnej dvojice q-bodov nie je menšia ako 55° v celom frekvenčnom pásme.The six-port reflectometer according to the invention is suitable for realization in coaxial form, since the power port 9 - (9 * and test port 10 - 10 * have one terminal in common) Fig. 3 shows the position of q points of the six-port reflectometer in decades the angular distance of any pair of q-points is not less than 55 ° over the entire frequency band.

Šestportový reflektometer podfa vynálezu je vhodný na meranie komplexného koeficientu odrazu testovaných dvojpólov v širokom frekvenčnom pásme. Pomocou dvojice šesťportových reflektometrov podfa vynálezu možno· vytvořit zariadenie na meranie rozptylových parametrov dvojportov· — analyzátor obvodov.The six-port reflectometer of the invention is suitable for measuring the complex reflection coefficient of the tested dipoles over a wide frequency band. By means of a pair of six-port reflectometers according to the invention, it is possible to create a device for measuring the dispersion parameters of two-port circuits.

Claims

260785 implements it in an integrated form for very high frequency. FIG. 1 shows the connection of a six-port reflector with concentrated advoma detectors, FIG.

2 is an example of a particular connection of a six-port reflector-meter over a band, frequency! 100 kHz to 100 MHz and on;

3 shows the position q-side of this six-port reflectometer in individual decades of the frequency band. In the connection of the six-port reflection gauge, FIG. 1 is a bridge, with its two rays forming the first resistor 1 and the second resistor 2. The third arm consists of a reflective, switched-on two-pole 6. The bridge bridge represents a cell consisting of a third resistor 3, a fourth resistor 4 , a fifth resistor 5 and a reference detector 8 which is terminated by test terminals 10-10 '. The bridge is connected in one diagonal through the power supply 9 '(9' 'to the generator and in the second angle it is terminated by the combination detector 7. At the appropriate choice of the values of the third resistor 3, the fourth resistor 4, the fifth resistor 5 and the resistance of the reference detector 8 the condition that the reference detector 8 receives a wave pattern incident on the object being tested and does not receive any part of the reflected cd of the object The combination detector 7 indicates the power generated by the combination of the wave of the reflected reflective switched bipolar 6 and the wave reflected from the test object. In the reflective switching dipole 6, the values of the phase coefficient of its reflection coefficient are set, so that three signal values representing the responses of the three detectors of the six-port classical reflectometer - with four detectors - are generated on the combinatorial detector 7. Reflective Element In the case of a switched-dual-pole, the bandwidth of the message can be achieved, with a reflectivity of up to 1,000: 1. A particular embodiment of the six-port reflector according to the invention for the frequency band! 100 kHz to 100 MHz is designed to have a 50 ohm unit resistance. The inner impedance of the combination detector 7 and the reference detector 8 is 50 ohms. The distance of the q-points from the origin of the complex root is 1.96. The reflective switched dipole 6 is realized by a switch with tram positions I, II, III, two condensers C1, C2 with a spit and a coil L. At the output of the combination detector 7 there are successive three-base UI, UII, Ulil fitting three different switch positions. At the output of the reference detector 8, the voltage UR is generated. The switch can be realized by means of electronic switching elements, for example diodes controlled by unidirectional currents. The six-port reflectometer according to the invention is suitable for coaxial implementation, since the power port 9 '(9 * 10-10 * has one common terminal. FIG. 3 shows the position of the six-port reflectometer in the individual decades of frequency response). The six-port reflectometer of the present invention is suitable for measuring the complex reflection coefficient of the tested dipoles in a wide frequency band using two six-port reflectometers according to the invention. it is possible to create a device for meridirectional parameters of double ports - circuit analyzer p REDM e τ Connection of a six-port reflectometer with concentrated parameters and two detectors characterized in that between six mutually isolated nodes (A, B, C, D, E, F ) is plugged with cd cd, two detectors and reflective switched the dipole so that the first resistor (1j is connected between the second node (B) and the third node (Cj, the second resistor (2) is connected between the third node (C) and the fourth node (D), the third resistor (3) it is connected between the fourth node (D) and the nodes node (E), the fourth resistor (4) is connected between the fifth node (E) and siestyuzol (F), the fifth resistor (5) is connected to the node node (F) and the first node (A ), the reflective inventive switched dipole (6) is connected to the intermediate node (A) and the second node (BJ, the combination detector (7) is connected between the second node (Bj and the fourth node (D), the reference de-tector (8) is connected between the fourth node (D) and the sixth node (F), the power port (9-9 *) from the third node (C) and the first node (Aj, the test port (10-10 *) is between the fifth node (Ej and the first node) (Aj, wherein the sub-reflective switched dipole is a structure having two terminals comprising a finite number of passive electronic elements and switches, for example, a diode. 3 sheets of drawings