DE4006869A1 - Messgeraet fuer s-parameter eines vierpols - Google Patents
Messgeraet fuer s-parameter eines vierpolsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Technik von
Ultrahochfrequenzmessungen (UHF-Messungen) und betrifft
insbesondere ein Meßgerät für S-Parameter eines
UHF-Vierpols.
Die Erfindung kann bei der Entwicklung, Produktion
und dem Betrieb verschiedener UHF-Vierpole (beispielsweise
von Attenuatoren bzw. Dämpfungsgliedern, Ventilen
bzw. Gleichrichtern, Mischern) angewendet werden.
Es ist ein Meßgerät für S-Parameter linearer
UHF-Vierpole (A. S. Elizarov "Elektroradioizmereniya"
(Elektronische Funkmessungen), 1986, Verlag "Vysheishaya
shkola" (Minsk), S. 282 bis 283) bekannt, das einen
UHF-Signalgenerator und einen Ring-Meßkanal enthält,
der durch einen UHF-Signalleistungsteiler,
zwei Ventile und vier Richtkoppler, die an den zu
untersuchenden Vierpol geschaltet sind, gebildet ist.
Im Ringkanal werden vom Leistungsteiler partielle
Meßsignale erzeugt, die sich über den Vierpol in gegenseitig
entgegengesetzten Richtungen zugleich ausbreiten.
Nach dem Durchgang durch den Vierpol klingen
sie in den Ventilen ab (dadurch wird der Signalringlauf
ausgeschlossen). Die Informationen über sämtliche
S-Parameter des Vierpols werden mit Hilfe von Richtkopplern
gewonnen, die auf Signale paarweise ausgerichtet
sind, die auf den Vierpol einfallen und
diesen passiert haben (bzw. durch diesen reflektiert
sind). Die Sekundärkanäle der Richtkoppler können mit
verschiedenen primären Meßwandlern, z. B. mit Homodyndetektoren,
belastet werden, deren Ausgangsspannungen
Informationen über den Real- und den Imaginärteil
der S-Parameter tragen. Bei Benutzung der Homodyndetektoren
besteht nicht nur die Notwendigkeit der Ausbildung
eines Meßkanals zum Durchgang eines
Meßsignals (Ringkanal), sondern auch eines Bezugskanals
zum Durchgang des Bezugssignals. Er wird mit
Hilfe eines zusätzlichen Richtkopplers gebildet, der
zwischen den Ausgang des Generators und den Ringkanal
geschaltet wird.
Das genannte Meßgerät weist aber eine niedrige
Meßgenauigkeit bei der Messung des gesamten Komplexes
von S-Parametern wegen des gleichzeitigen Vorhandenseins
zweier partieller Meßsignale im Ring-Meßkanal
auf, die, indem sie von verschiedenen Diskontinuitäten
des Ringkanals reflektiert werden und infolge
einer endlichen Entkopplung der Kanalzweige im Kreisring
umlaufen, auf die Eingänge der Homodyndetektoren
auftreffen und die Zahl von Fehlerquellen gegenüber
dem Ringkanal des Heterodynmeßgeräts praktisch verdoppeln,
wo eine wechselweise Ausbreitung eines UHF-
Signals durch einen zu untersuchenden Vierpol in entgegengesetzten
Richtungen (B. A. Abubakirov u. a. "Izmerenie
paramektrov radiotekhnicheskikh tsepei"
(Messung von Parametern funktechnischer Kreise),
1984, Verlag "Radiosvyaz" (Moskau), S. 117 bis 118)
vorgesehen ist.
Außerdem sind für den Fall einer Amplitudenmodulation
des Ausgangssignals des UHF-Generators durch
eine Spannung der Frequenz Ω für die Ausgangsspannungen
U₁, U₂ des Homodyndetektors, die Informationen
über einen Parameter Sÿ (i,j=1,2) des Vierpols
tragen, folgende Ausdrücke gültig:
U₁=α₁Eo²[k₁²+kÿ1²|Sÿ|²+2k₁kÿ1|Sÿ| cos(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (1)
U₂=α₂Eo₂[k₂²+kÿ2²|Sÿ|²+2k₂kÿ2|Sÿ| sin(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (2)
U₂=α₂Eo₂[k₂²+kÿ2²|Sÿ|²+2k₂kÿ2|Sÿ| sin(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (2)
worin α₁, α₂ die Übertragungsfaktoren der jeweiligen
Detektorteile des Homodyndetektors,
Eo die Amplitude des Feldes an der Verzweigungsstelle des Bezugs- und des Meßkanals:
k₁, k₂, kÿ1, kÿ2 die Module der Gesamtübertragungsfaktoren jedes Weges, den ein UHF-Signal von der Verzweigungsstelle des Bezugs- und des Meßkanals bis zum jeweiligen Detektorteil des Homodyndetektors zurücklegt;
ϕoÿ die Phasenverschiebung, die die Nichtidentität der Phasenfrequenzcharakteristiken des Bezugs- und des Meßkanals bei der Messung eines Parameters Sÿ berücksichtigt;
|Sÿ|, ϕÿ der Modul bzw. die Phase des Meßparameters S sind.
Eo die Amplitude des Feldes an der Verzweigungsstelle des Bezugs- und des Meßkanals:
k₁, k₂, kÿ1, kÿ2 die Module der Gesamtübertragungsfaktoren jedes Weges, den ein UHF-Signal von der Verzweigungsstelle des Bezugs- und des Meßkanals bis zum jeweiligen Detektorteil des Homodyndetektors zurücklegt;
ϕoÿ die Phasenverschiebung, die die Nichtidentität der Phasenfrequenzcharakteristiken des Bezugs- und des Meßkanals bei der Messung eines Parameters Sÿ berücksichtigt;
|Sÿ|, ϕÿ der Modul bzw. die Phase des Meßparameters S sind.
Wie aus den Ausdrücken (1), (2) ersichtlich,
werden die Meßgrenzen für die Module der S-Parameter
des Vierpols auf einen quadratischen Abschnitt der
Charakteristiken der Detektorteile beschränkt sein,
weshalb die Messung von Dämpfungen oberhalb von
30 bis 40 dB mit solch einem Meßgerät unmöglich
ist.
Um die Meßgrenzen für die Module der S-Parameter
des Vierpols auszudehnen, werden der Amplitudenmodulation
nicht das Ausgangssignal des UHF-Generators,
sondern die Signale im Ringkanal durch Einschaltung
eines Halbleiter- oder Ferrit-Amplitudenmodulators
in diesen unterzogen. Die Ausgangssignale des Meßkanals
treten in diesem Fall als modulierte Hilfsträger
im Unterschied zu dem unmodulierten Träger, der
als Ausgangssignal des Bezugskanals dient, auf. Ein derartiges
Verfahren zur Erweiterung der Meßgrenzen für
die Module der S-Parameter ist in der Literatur unter
der Bezeichnung des Kohn-Verfahrens (Cohn S. B. and
other "An Automatic Micro-wave Phase-Measurement System",
Microwave Journal, 1964, Vol. 7, No. 2, pp. 49-56)
bekannt.
In diesem Fall werden die die ersten Glieder in
den Ausdrücken (1), (2) bestimmenden Ausgangsspannungen
des Bezugskanals im Homodyndetektor in Ausgleichsspannungen
umgewandelt, die durch Selektivverstärker
einer zur Analog- und Digitalverarbeitung
der Meßsignale verwendeten Anzeige-Recheneinheit
gefiltert werden. Da die Selektivverstärker
auf die Frequenz Ω eingestellt sind, gelten
für die Ausgangsspannungen U₁′, U₂′ der Selektivverstärker
anstelle (1) und (2) die folgenden Ausdrücke:
U₁′=α₁ · M · ko1 · Eo²[kÿ1²|Sÿ|²+2k₁kÿ1|Sÿ|cos(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (3)
U₂′=α₂M · ko2 · Eo²[kÿ2²|Sÿ|²+2k₂kÿ2|Sÿ|sin(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (4)
U₂′=α₂M · ko2 · Eo²[kÿ2²|Sÿ|²+2k₂kÿ2|Sÿ|sin(ϕÿ+ϕoÿ)]cosΩt (4)
worin M der Amplitudenmodulationsgrad für ein Signal
im Meßkanal und
ko1, ko2 die Verstärkungsfaktoren der Selektivverstärker sind.
ko1, ko2 die Verstärkungsfaktoren der Selektivverstärker sind.
Durch Ausschluß von k₁² und k₂² proportionalen
Anteilen aus den Ausdrücken (3), (4) für die Ausgangsspannungen
der Selektivverstärker wird es möglich, geringfügige
Änderungen U₁′ und U₂′ zu messen, was bei
der Messung von großen Dämpfungen der Fall ist. In
der Tat sind die ersten Glieder in den Ausdrücken (3)
und (4) stets kleiner als die zweiten Glieder (weil
sie durch den Ausdruck |Sÿ|² bestimmt werden und
|Sÿ|«1 ist) und stören die Messungen kleiner Änderungen
von U₁′ und U₂′ nicht. Hier wirkte das erste
Glied in (1) und (2) störend, das von |Sÿ| nicht
abhängte, da es nur durch den Bezugssignalpegel festgelegt
wurde. Gerade die Notwendigkeit, geringe Änderungen
eines Informationssignals vor dem Hintergrund
eines starken, keine Informationen tragenden Signals zu
messen, beschränkt die Meßgrenzen für die Parameter
S₂₁ und S₁₂ auf die Werte 30 bis 40 dB. Das Kohn-
Verfahren gestattet es, diese Grenzen bis auf 60 dB
auszudehnen, worin auch eben sein Hauptvorteil liegt.
Die auf dem erwähnten Verfahren beruhenden Meßgeräte
weisen aber, indem sie weite Meßgrenzen für die
Schwächungen bzw. Dämpfungen ermöglichen, eine unzureichend große
Meßgenauigkeit für die S-Parameter wegen des Vorhandenseins
eines nichtlinearen Gliedes in den durch
die Ausdrücke (3) und (4) beschriebenen Signalen, das
durch den Ausgangssignalpegel des Meßkanals bestimmt
wird und eine zu |Sÿ|² proportionale Spannung der
Modulationsfrequenz Ω darstellt, auf. Besonders
stark beginnt sich dieses Glied bei der Messung von
kleinen Schwächungen bzw. Dämpfungen auszuwirken. Das Bestreben, den
Einfluß dieses Gliedes geringer zu halten, zwingt
zur Anwendung von schaltungstechnisch komplizierten
Amplituden-Gegentaktmodulatoren oder Gegentaktmischern
bzw. einer Kombination der Gegentaktmodulatoren
und -mischern. Infolgedessen wird der Aufbau des
UHF-Meßkanals des Meßgeräts viel komplizierter, und
im Kurzwellenband des Millimeterwellenbereichs wird
das Meßgerät wegen des Fehlens von Gegentaktmodulatoren
und -mischern mit gewünschten technischen
und technologischen Kennwerten praktisch nicht realisierbar.
Am nächsten kommt der erfindungsgemäßen
technischen Lösung ein Meßgerät für S-Parameter
von Vierpolen (SU-A-13 22 199), das einen UHF-
Signalgenerator enthält, dessen Ausgang über eine T-
Verzweigung und einen besonderen Detektorteil, dessen
Ausgangssignal eine Normierung der Meßsignale gewährleistet,
an einen dreikanaligen UHF-Signalleistungsteiler
angeschlossen ist, der zum Teilen des UHF-
Signals ein Meß- und Bezugssignal bestimmt ist.
Es sei bemerkt, daß das Signal am Ausgang des UHF-
Signalgenerators amplitudenmoduliert ist. Die Meßsignalausgänge
und der Bezugssignalausgang des dreikanaligen
UHF-Signalleistungsteilers sind an die Meßsignaleingänge
und den Bezugssignaleingang eines
UHF-Signalselektors zur Signalselektion nach den
S-Meßparametern gelegt. Das Meßgerät enthält auch zwei
gerichtete Meßsignalgeber, die auf von den Eingängen
des zu untersuchenden Vierpols reflektierte Meßsignale
ausgerichtet sind. Die gerichteten Geber sind in Form
von Richtkopplern ausgeführt, deren Primärkanaleingänge
an die Meßsignalausgänge des UHF-Signalselektors
angeschlossen sind und deren Primärkanalausgänge
zum Anschluß des zu untersuchenden Vierpols
dienen. Der Bezugssignalausgang des UHF-Signalselektors
ist an den Eingang eines synphasen bzw. gleichphasigen Bezugssignalleistungsteilers
geführt, dessen Ausgänge an die Bezugssignaleingänge
zweier Homodyndetektoren gelegt sind,
die zur Interferenz des Bezugssignals und der Meßsignale
und zur Detektion der gewonnenen Summensignale vorgesehen
sind, wobei jeder der Homodyndetektoren einen
Richtkoppler und zwei Detektorteile besitzt. Die
Meßsignaleingänge der Homodyndetektoren sind mit den
Sekundärkanalausgängen der gerichteten Meßsignalgeber
über den UHF-Signalselektor, einen synphasen Maßsignalleistungsteiler
und einen besonderen Richtkoppler
verbunden. Das Meßgerät enthält auch eine Anzeige-
Recheneinheit, deren Steuerausgänge an die Steuereingänge
des UHF-Signalselektors und -generators und
deren Informationseingänge an die Ausgänge der Homodyndetektoren
zur Erhaltung von Informationen über
die Real- und Imaginärteile der S-Meßparameter enthaltenden
Signalen angeschlossen sind.
Der Selektor enthält fünf steuerbare Attenuatoren,
deren Informationsein- und -ausgänge sowie deren
Steuereingänge als jeweilige Bezugs- und Meßsignaleingänge
bzw. -ausgänge sowie Steuereingänge des Signalselektors
auftreten.
Im Meßgerät wird das amplitudenmodulierte Ausgangssignal
des Generators mit Hilfe der T-Verzweigung
in zwei Signale geteilt, von denen eines am Eingang
des dreikanaligen Leistungsteilers und das andere am Eingang
des besonderen Detektorteiles eintrifft. Der
Ausgangsspannungswert des besonderen Detektorteiles
dient der Normierung von an den Ausgängen der Homodyndetektoren
abgenommenen Spannungswerten. Das Signal
am Eingang des dreikanaligen Leistungsteilers wird in
drei Signalkomponenten geteilt, von denen eine am Bezugskanaleingang
(Informationseingang des fünften
steuerbaren Attenuators des Signalselektors) ankommt
und als Bezugssignal dient. Die zwei anderen
Signalkomponenten gelangen in den durch einen Ringkanal
gebildeten Meßkanal, in dem sich die Signale in
gegenseitig entgegengesetzten Richtungen abwechselnd
ausbreiten können. Dies wird mit Hilfe des dritten
und vierten steuerbaren Attenuators erreicht, die zum
UHF-Signalselektor gehören und sich wechselweise mal
im offenen, mal im geschlossenen Zustand befinden.
Beim offenen dritten und geschlossenen vierten steuerbaren
Attenuator breitet sich das Signal z. B. über den
zu untersuchenden Vierpol in Vorwärtsrichtung aus.
An den Informationseingängen des ersten und zweiten
steuerbaren Attenuators laufen also über die gerichteten
Meßsignalgeber Signale ein, die Informationen
über die Parameter S₁₁ (d. h. über einen komplexen
Reflexionsfaktor des Einganges des zu untersuchenden
Vierpols) und S₂₁ (d. h. über einen komplexen Übertragungsfaktor
des zu untersuchenden Vierpols, bezogen
auf die Vorwärtsrichtung) enthalten. Der erste und der
zweite steuerbare Attenuator befinden sich abwechselnd
im offenen oder geschlossenen Zustand, weshalb am
Primärkanaleingang der besonderen Verzweigung abwechselnd
Signale ankommen, die Informationen über die
Parameter S₁₁ oder S₂₁ enthalten. In ähnlicher Weise
treffen beim geschlossenen Zustand des dritten und
offenen Zustand des vierten steuerbaren Attenuators
und bei verschiedenen Zuständen des ersten und zweiten
steuerbaren Attenuators am Primärkanaleingang des
Richtkopplers Signale ein, die Informationen über die
Parameter S₂₂ und S₁₂ enthalten. Auf diese Weise erfolgt
eine zeitliche Selektion von Signalen, die Informationen
über den Gesamtkomplex der S-Parameter des zu
untersuchenden Vierpols enthalten. Diese Signale werden
über den besonderen Richtkoppler auf die Meßsignaleingänge
der Homodyndetektoren gegeben. Den Bezugssignaleingängen
dieser Homodyndetektoren werden über den
fünften gesteuerten Attenuator und den synphasen
Bezugssignalleistungsteiler Bezugssignale zugeführt.
In den Homodyndetektoren interferieren die Bezugskanal-
und die Meßkanalsignale miteinander, wobei
sich die Phasenverschiebungen zwischen den an den
Eingängen der vier Detektorteile eintreffenden Signalen
wegen des Durchganges durch die
verschiedenen Primär- und Sekundärkanäle der Richtkoppler
der Homodyndetektoren voneinander unterscheiden werden.
Die die Werte der durch den Spannungswert U am Ausgang
des Detektorteiles normierten Spannungen Ulÿ (l=1,4;
i,j=1,2) an den Ausgängen der vier Detektorteile der
Homodyndetektoren bestimmenden Ausdrücke nehmen im
Falle einer Messung des Parameters Sÿ die folgende
Form an:
Ulÿ/Uo=|A₁+Blÿ · Sÿ|², (5)
worin A₁, Blÿ die komplexen Faktoren sind, die die
Übertragung der Signale im UHF-Kanal vom UHF-Signalgenerator
zum l-ten Detektorteil bei einer Messung
des Parameters Sÿ charakterisieren.
Die Real- und Imaginärteile der Faktoren A₁,
Blÿ werden im Eichverfahren bei Benutzung von Wellenleiterstücken,
kurzgeschlossenen Belastungen als
Normalmaße und bei verschiedenen Zuständen der steuerbaren
Attenuatoren (wie z. B. bei der Abschaltung des
Meßkanals, falls sich die Attenuatoren 1 bis 4 im
geschlossenen Zustand befinden, oder bei der Abschaltung
des Bezugskanals, falls sich der fünfte Attenuator
im geschlossenen Zustand befindet) erhalten. In ähnlicher
Weise können bei einer unmittelbaren Messung
der S-Parameter des zu untersuchenden Vierpols, wenn
er in den Kanal eingeschaltet wird, aus dem auf Grund
der Meßergebnisse zusammengestellten Gleichungssystem
(5) die Werte Sÿ bei den bekannten Werten A₁ und
Blÿ berechnet werden.
Von Vorteil ist bei dieser technischen
Lösung der Umstand, daß jedes der Meßergebnisse
dank dem UHF-Signalselektor in Form der fünf steuerbaren
Attenuatoren nur die Informationen über einen
S-Meßparameter enthält; es wird also eine Signalselektion
nach den Meßparametern vorgenommen.
Infolge der Beschränktheit der Abschwächung bzw. Dämpfung in
den zum UHF-Signalselektor gehörenden steuerbaren
Attenuatoren im geschlossenen Zustand (insbesondere
im Kurzwellenband des Millimeterwellenbereichs, wo
diese Abschwächung maximal 30 bis 35 dB beträgt) wird
aber die Signalselektion nach den Meßparametern nicht
ausreichen und zu einem Auftreten von großen Meßfehlern
infolge von Störsignalen, besonders bei der
Messung von großen Abschwächungen führen. Dieses Meßgerät
weist unzureichend weite Meßgrenzen für die Module
der S-Parameter auf, und aus der Gleichung (5) ist es
ersichtlich, daß sie auf quadratische Abschnitte der
Charakteristiken der Detektorteile der Homodyndetektoren
begrenzt sind.
Es ist zu betonen, daß zum Berechnen eines jeden
der S-Parameter Spannungswerte herangezogen werden,
die an vier Detektorteilen des Homodyndetektoren abgenommen
werden. Wegen der Nichtidentität der Frequenzcharakteristiken
der Detektorteile und der der entsprechenden
UHF-Kanäle des Übertragungsweges können beträchtliche
Meßfehler in Erscheinung treten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät
für S-Parameter eines Vierpols mit derartigem
UHS-Signalselektor, mit derartiger Verbindung des letzteren
zu einer Anzeige-Recheneinheit und mit einer derartigen
neuen Konstruktion zu schaffen, die für eine
UHF-Signalselektion nach den Meßparametern bei maximaler
Störsignalunterdrückung in einem Ring-Meßkanal sorgen
und es erlauben, die Beschränkung hinsichtlich der Arbeit
der Detektorteile der Homodyndetektoren auf die quadratischen
Abschnitte ihrer Charakteristiken zu
beseitigen, was es gestattet, die Betriebsmeßbereiche
für die Module der S-Parameter bis
auf 60 dB auszudehnen und die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
das Meßgerät für S-Parameter eines Vierpols, das einen
UHF-Signalgenerator, einen für eine Teilung des UHF-
Signals in Meßsignale und ein Bezugssignal sorgenden
dreikanaligen UHF-Signalleistungsteiler, dessen Eingang
an den Ausgang des UHF-Signalgenerators angeschlossen
ist, einen UHF-Signalselektor zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern, dessen Meßsignaleingänge
an die Meßsignalausgänge des dreikanaligen
UHF-Signalleistungsteilers gelegt sind und dessen
Bezugssignaleingang mit dem Bezugssignalausgang
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers verbunden
ist, auf die von den Eingängen des zu untersuchenden
Vierpols reflektierten Meßsignale orientierte
gerichtete Meßsignalgeber, deren Primärkanaleingänge
an die Meßsignalausgänge des UHF-Signalselektors
zur Signalselektion nach den S-Meßparametern
gelegt sind und deren Primärkanalausgänge zum Anschluß
des zu untersuchenden Vierpols dienen, einen synphasen
Bezugssignalleistungsteiler, dessen Eingang
mit dem Bezugssignalausgang des UHF-Signalselektors
zur Signalselektion nach den S-Meßparametern verbunden
ist, einer Interferenz der Bezugs- und Meßsignale
und einer Detektion von Summensignalen dienende
Homodyndetektoren, deren Bezugssignaleingänge mit
den Ausgängen des synphasen Bezugssignalleistungsteilers
und deren Meßsignaleingänge mit den Primärkanalausgängen
der gerichteten Meßsignalgeber verbunden
sind, und eine Anzeige-Recheneinheit, deren
Steuerausgänge an die Steuereingänge des UHF-Signalselektors
zur Signalselektion nach den S-Meßparametern
und des UHF-Signalgenerators und deren Informationseingänge
an die Ausgänge der Homodyndetektoren
zur Erhaltung von Informationen über die Real-
und Imaginärteile der S-Meßparameter enthaltenden
Signalen angeschlossen sind, aufweist, gemäß der
Erfindung mit einem Bezugssignalphasenumformer versehen
ist, dessen Eingang an den Bezugssignalausgang
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers und dessen
Ausgang an den Bezugssignaleingang des UHF-Signalselektors
zur Signalselektion nach den S-Meßparametern
angeschlossen ist, während die Anzeige-Recheneinheit
und der UHF-Signalselektor zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern zusätzlich miteinander
verbundene Synchronisiersignalein- bzw. -ausgänge
besitzt, wobei der UHF-Signalselektor zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern zwei Amplitudenmodulatoren
für Meßsignale, die für die Amplitudenmodulation
der letzteren mit den Frequenzen Ω₁ und
Ω₂ sorgen, und einen Amplitudenmodulator für ein
Bezugssignal, der für die Amplitudenmodulation des
letzteren mit der Frequenz Ω₃ sorgt, deren Informationsein-
und -ausgänge als Meß- und Bezugssignalein- bzw.
-ausgänge des UHF-Signalselektors zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern auftreten, zwei Modulationsspannungserzeuger,
bei denen je ein Ausgang mit dem
Steuereingang des jeweiligen Meßsignalamplitudenmodulators
verbunden ist und der Steuereingang als Steuereingang
des UHF-Signalselektors zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern dient, einen weiteren Modulationsspannungserzeuger,
dessen einer Ausgang mit
dem Steuereingang des Bezugssignalamplitudenmodulators
verbunden ist, wobei die anderen Ausgänge der
Modulationsspannungserzeuger als Synchronisiersignalausgänge
des UHF-Signalselektors zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern dienen, eine Modulationsspannungsgeneratorschaltung
enthält, an deren mit den
Eingängen der jeweiligen Modulationsspannungserzeuger
gekoppelten Ausgängen Modulationsspannungen der
Frequenz Ω₁, Ω₂, Ω₃ anliegen, während die Sekundärkanalausgänge
der gerichteten Meßsignalgeber an
die Meßsignaleingänge der Homodyndetektoren geschaltet
sind, die Informationen über die Real- und Imaginärteile
der S-Parameter auf den Frequenzen
(Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) und über die Signalamplitude
am Ausgang des UHF-Signalgenerators bei der Frequenz
2Ω₃ aufweisen, die zur Signalnormierung bei den
Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) ausgenutzt
wird.
Es ist vorteilhaft, daß beim erfindungsgemäßen Meßgerät
der Bezugssignalphasenumformer in Form eines
Phasenkompensators ausgeführt ist und jeder Homodyndetektor
einen Bezugssignalleistungsteiler, dessen
Eingang als Bezugssignaleingang des Homodyndetektors
dient, einen synphasen Meßsignalleistungsteiler,
dessen Eingang als Meßsignaleingang des Homodyndetektors
dient, zwei gerichtete Geber für eine Interferenz
des Bezugssignals und der Meßsignale, deren Sekundärkanalausgänge
mit den Ausgängen des synphasen
Meßsignalleistungsteilers verbunden sind, und zwei
Detektorteile, deren Ausgänge als Ausgänge der Homodyndetektoren
dienen und deren Eingänge über die
Primärkanäle der jeweiligen gerichteten Geber der Homodyndetektoren
mit den Ausgängen der Bezugssignalleistungsteiler
verbunden sind, enthält.
Es ist vorteilhaft, daß beim erfindungsgemäßen Meßgerät
bei jedem Homodyndetektor als Bezugssignalleistungsteiler
ein Quadratur-Leistungsteiler eingesetzt
ist und die Ausgänge der Quadratur-Leistungsteiler und
des synphasen Meßsignalleistungsteiler an die Primär-
bzw. Sekundärkanaleingänge der gerichteten Geber direkt
angeschlossen sind.
Es ist auch vorteilhaft, daß beim erfindungsgemäßen
Meßgerät bei jedem Homodyndetektor der Bezugssignalleistungsteiler
in Form eines synphasen Bezugssignalleistungsteilers
ausgeführt ist und in diesen
zusätzlich zwei Phasenschieber mit einer linearen
Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Frequenz
eingeführt sind, deren Eingänge mit einem der
Ausgänge des synphasen Bezugssignalleistungsteilers bzw. des synphasen
Meßsignalleistungsteilers und deren Ausgänge
mit den Primärkanaleingängen des einen gerichteten
Gebers bzw. den Sekundärkanaleingängen des anderen
gerichteten Gebers verbunden sind, während die Sekundärkanaleingänge
der einen gerichteten Geber und
die Primärkanaleingänge der anderen gerichteten Geber
an die anderen Ausgänge der synphasen Meßsignalleistungsteiler bzw.
der synphasen Bezugssignalleistungsteiler direkt
angeschlossen sind.
Vorteilhaft ist es auch, daß beim erfindungsgemäßen
Meßgerät der Bezugssignalphasenumformer einen zusätzlichen
Steuereingang aufweist und eine Reihenschaltung
aus einem Phasenkompensator, dessen Eingang als
Eingang des Bezugssignalphasenumformers dient, und
einem binären Phasenschieber, dessen Ausgang als
Ausgang des Bezugssignalphasenumformers dient,
sowie eine Steuerschaltung für den Phasenschieber,
deren Eingang als zusätzlicher Steuereingang des
Bezugssignalphasenumformers wirkt und deren Ausgang
mit dem Steuereingang des binären Phasenschiebers
verbunden ist, enthält, wobei jeder Homodyndetektor
einen gerichteten Geber für die Interferenz des Bezugs-
und des Meßsignals, dessen Primär- und Sekundärkanaleingang
als Bezugs- bzw. Meßsignaleingang des
Homodyndetektors dient, einen Detektorteil aufweist,
dessen Eingang mit dem Primärkanalausgang des gerichteten
Gebers in Verbindung steht und dessen Ausgang
als Ausgang des Homodyndetektors fungiert und die
Anzeige-Recheneinheit einen zusätzlichen Steuerausgang
enthält, der mit dem zusätzlichen Steuereingang
des Bezugssignalphasenumformers verbunden ist.
Es ist ferner vorteilhaft, daß beim erfindungsgemäßen Meßgerät
die Anzeige-Recheneinheit zusätzliche Steuerausgänge
enthält, der UHF-Signalselektor zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern zusätzliche Steuereingänge
aufweist und die Modulationsspannungsgeneratorschaltung
einen Quarzgenerator zur Bildung eines
Signals fester Frequenz, drei Gruppen aus je n Frequenzteilern,
deren Eingänge an je einen Ausgang
des Quarzgenerators gelegt sind, und drei Umschalter,
bei denen die ersten n Eingänge an die Ausgänge der
n Frequenzteiler der zugeordneten Gruppe von Frequenzteilern
angeschlossen sind, beinhaltet, wobei
die übriggebliebenen Eingänge der Umschalter als
zusätzliche Steuereingänge des UHF-Signalselektors
zur Signalselektion nach den S-Meßparametern
dienen, die an die zusätzlichen Steuerausgänge der
Anzeige-Recheneinheit geführt sind, und die Ausgänge
der Umschalter als Ausgänge der Modulationsspannungsgeneratorschaltung
wirken.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, die
Meßgrenzen für die Module der S-Parameter auszudehnen
und die Meßgenauigkeit für die S-Parameter zu
steigern. Dies wurde dadurch ermöglicht, daß der
Amplitudenmodulation nicht nur die Meßsignale im Meßkanal,
sondern auch die Bezugssignale im Bezugskanal
unterzogen werden. Im erfindungsgemäßen Meßgerät
sichern die Amplitudenmodulatoren eine Modulation
der Meßsignale durch Spannungen verschiedener Frequenzen,
weshalb die Möglichkeit entsteht, die Ausgangssignale
nach der Frequenz zu selektieren. Dadurch
wird die Selbständigkeit jedes Kanals zur
Meßdatenverarbeitung gewährleistet und die Wahrscheinlichkeit
der Eingabe von Störsignalen in diese Kanäle
verringert. Dies ist gleichbedeutend mit der Minimierung
der Anzahl von Fehlerquellen, wobei der Grad der
Unterdrückung der Störsignale viel höher als im
bekannten Meßgerät liegt, bei dem er durch die Abschwächung
der steuerbaren Attenuatoren im geschlossenen Zustand
bestimmt wird.
Die Anwendung der Amplitudenmodulation im
Bezugskanal erlaubt es, wenn dessen Modulationsfrequenz
von den Modulationsfrequenzen in den Meßkanälen
abweicht, Ausgangssignale zu beseitigen, die
durch das erste und zweite Glied in den Ausdrücken
(1), (2) definiert werden, wodurch sich die Meßgrenzen
für die Module der S-Parameter erweitern.
Darüber hinaus ist es durch die Verwendung der
Phasenschieber mit einer linearen Abhängigkeit
der Phasenverschiebung von der Frequenz in den Homodyndetektoren
möglich, beim genannten Algorithmus zur Meßdatenverarbeitung
Datensätze über den Real- und den
Imaginärteil des S-Meßparameters zu bilden. Dies gestattet
es, Messungen in einem überbreiten Frequenzband
vorzunehmen, das durch einen Überdeckungsfaktor
von 10³ und darüber bestimmt wird.
Die Beseitigung der durch die Nichtidentität
der Amplitudenfrequenzcharakteristiken der Detektorteile
bedingten Meßfehler wird durch Einführung des
binären Phasenschiebers in den Bezugskanal erreicht.
Die Informationen über den Real- und Imaginärteil
jedes der S-Parameter werden also aus den Spannungen
am Ausgang ein und desselben Detektorteiles zeitlich
aufeinanderfolgend in dem Maße der Änderung des
Zustandes des binären Phasenschiebers gewonnen.
Und schließlich wird die Möglichkeit der Messung
der S-Parameter linearer wie auch nichtlinearer
Vierpole durch Einführung des Quarzgenerators und
der digitalen Frequenzteiler in den UHF-Signalselektor
erreicht. Infolgedessen wird bei der Messung der
Übertragungskenngrößen der nichtlinearen Vierpole
auf der zweiten, dritten oder einer noch höheren Harmonischen
eine Konstanz des an den Ausgängen der
Detektorteile erzeugten Signals gewährleistet.
Dies wird dadurch gesichert, daß die Modulation
der UHF-Signale durch Spannungen von den Frequenzteilern
mit den Teilungsverhältnissen von 2N₁, 2N₂
und 2N₃ (bei Messungen auf der zweiten Harmonischen)
oder von nN₁, nN₂ und nN₃ (bei Messungen auf noch
höheren Harmonischen) verwirklicht wird.
Die Erfindung
wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Meßgeräts für S-Parameter linearer Vierpole,
bei dem Quadratur-Leistungsteiler in Homodyndetektoren
verwendet werden;
Fig. 2 das Schaltbild eines Phasenkompensators;
Fig. 3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Meßgeräts für S-Parameter linearer Vierpole,
bei dem Phasenschieber mit einer linearen Abhängigkeit
der Phasenverschiebung von der Frequenz in Homodyndetektoren
eingesetzt werden;
Fig. 4 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Meßgeräts für S-Parameter, bei dem ein binärer
Phasenschieber im Bezugskanal verwendet
wird; und
Fig. 5 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Meßgeräts für S-Parameter linearer und
nichtlinearer Vierpole.
Das Meßgerät für S-Parameter eines Vierpols enthält
einen UHF-Signalgenerator 1 (Fig. 1), einen
für eine Teilung des UHF-Signals in ein Meß- und ein
Bezugssignal sorgenden dreikanaligen UHF-Signalleistungsteiler
2, dessen Eingang an den Ausgang des
UHF-Signalgenerators 1 und dessen Ausgang an den Eingang
eines in Form eines Phasenkompensators 3 ausgeführten
Bezugssignalphasenumformers geschaltet ist.
Darüber hinaus enthält das Meßgerät einen UHF-Signalselektor
4 zur Signalselektion nach den S-Meßparametern,
dessen Meßsignaleingänge an die Meßsignalausgänge
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers 2
und dessen Bezugssignaleingang an den Bezugssignalausgang
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers 2
gelegt sind. Der UHF-Signalgenerator 1 ist zur Erzeugung
eines unmodulierten UHF-Signals vorgesehen. Sein
Ausgang ist an den Eingang des dreikanaligen Leistungsteilers
2 angeschlossen, der es gestattet, einen Meßkanal
in Form eines Ringkanals und einen Bezugskanal
eines UHF-Übertragungsweges zu bilden.
Das Meßgerät enthält auch gerichtete Meßsignalgeber
5, 6, die auf von den Eingängen eines zu untersuchenden
Vierpols 7 reflektierte Meßsignale ausgerichtet
sind und deren Primärkanaleingänge an die Meßsignalausgänge
des UHF-Signalselektors 4 gelegt sind,
während deren Primärkanalausgänge zum Anschluß des
zu untersuchenden Vierpols 7 dienen.
An den Bezugssignalausgang des UHF-Signalselektors
4 ist der Eingang eines synphasen Bezugssignalleistungsteilers
8 angeschlossen, dessen Ausgänge an
die Bezugssignaleingänge von Homodyndetektoren 9, 10
gelegt sind, die zur Interferenz von Bezugs- und Meßsignalen
und zur Detektion von Summensignalen dienen.
Die Meßsignaleingänge der Homodyndetektoren 9, 10 sind
an die Sekundärkanalausgänge der gerichteten Meßsignalgeber
5 bzw. 6 angeschlossen. Zur Steuerung des Meßvorganges
steht eine Anzeige-Recheneinheit 11 zur
Verfügung, deren Steuerausgänge an die Steuereingänge
des UHF-Signalselektors 4 und den Steuereingang 12
des UHF-Signalgenerators 1 und deren Informationseingänge
an die Ausgänge der Homodyndetektoren 9, 10
geführt sind, um Signale zu erhalten, die Informationen
über die Real- und Imaginärteile der S-Parameter
enthalten, nach denen die S-Parameter des
Vierpols 7 in der Anzeige-Recheneinheit 11 berechnet
werden.
Der Bezugssignalphasenumformer stellt einen
Phasenkompensator 3 dar, dessen Ein- und Ausgang
als Ein- und Ausgang des Bezugssignalphasenumformers
fungieren. Der UHF-Signalselektor 4 enthält zwei
Meßsignalamplitudenmodulatoren 13, 14, einen Bezugssignalamplitudenmodulator
15, dessen Informationsein-
und -ausgänge als Meßsignal- und Bezugssignalein-
bzw. -ausgänge des UHF-Signalselektors 4
dienen, zwei Modulationsspannungserzeuger 16, 17,
bei denen ein Eingang mit dem Steuereingang des jeweiligen
Meßsignalamplitudenmodulators 13, 14 verbunden
ist. Der Selektor 4 weist auch einen Modulationsspannungserzeuger
18 auf, dessen einer Ausgang
mit dem Steuereingang des Bezugssignalamplitudenmodulators
15 in Verbindung steht.
Die anderen Ausgänge der Modulationsspannungserzeuger
16, 17, 18 dienen als Synchronisierungssignalausgänge
des UHF-Signalselektors 4, die an die Synchronisiersignaleingänge
der Anzeige-Recheneinheit 11
gelegt sind.
Die Steuereingänge der an die Amplitudenmodulatoren
13, 14 angeschlossenen Modulationsspannungserzeuger 16, 17 dienen
als Steuereingänge des UHF-Signalselektors 4,
die an die übriggebliebenen Steuerausgänge der
Anzeige-Recheneinheit 11 geschaltet sind.
Der UHF-Signalselektor 4 zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern umfaßt auch eine Modulationsspannungsgeneratorschaltung
19, die für die Modulationsspannung
der Frequenz Ω₁, Ω₂, Ω₃ an ihren
Ausgängen sorgt und hier Meßsignal- sowie Bezugssignal-
Modulationsspannungsgeneratoren 20, 20′, 21 enthält,
deren Ausgänge als Ausgänge der Modulationsspannungsgeneratorschaltung
19 wirken und an die
Eingänge der jeweiligen Modulationsspannungserzeuger
16, 17, 18 gelegt sind.
Die jeweiligen hintereinandergeschalteten Modulationsspannungsgeneratoren
20, 20′, 21 und -erzeuger
16, 17, 18 dienen zur Erzeugung
der an die Steuereingänge der entsprechenden Amplitudenmodulatoren
13, 14, 15 gelieferten Spannungen
und ihrer Verstärkung auf die erforderlichen Werte.
Die UHF-Signale, die die Amplitudenmodulatoren 13, 14,
15 durchlaufen, für welche steuerbare Ferrit- oder
Halbleitergeräte zum Einsatz gelangen, werden durch
Spannungen verschiedener Frequenzen moduliert. Dies
ermöglicht eine Meßsignalselektion nach den Meßparametern.
Es werden an die Amplitudenmodulatoren
keine Forderungen hinsichtlich der Ausgleichseigenschaften
gestellt. Die erzeugte Modulationsspannung wird
von den Modulationsspannungserzeugern 16, 17, 18 z. T. für die Sicherung
einer UHF-Signalselektion in der Anzeige-Recheneinheit
11 abgegeben. Zur selben Zeit können die von
dieser Anzeige-Recheneinheit 11 kommenden Steuersignale
die Ausgänge der Generatoren 20, 20′, 21 von den
Steuereingängen der Amplitudenmodulatoren 13, 14, 15
abschalten, d. h. die Amplitudenmodulation der UHF-
Signale kann erfolgen oder nicht erfolgen. Der Bezugssignalausgang
des UHF-Signalselektors 4 ist mit
dem Eingang des synphasen Leistungsteilers 8 verbunden,
dessen Ausgänge an die Bezugssignaleingänge
des einen und des anderen Homodyndetektors 9 bzw. 10, wie
oben angegeben, angeschlossen sind. Der synphase
Bezugssignalleistungsteiler 8 dient der Teilung des
Bezugssignals in zwei Bezugssignalanteile. Die Meßsignalausgänge
des Signalselektors 4 sind mit den
Primärkanaleingängen des einen und des anderen
gerichteten Gebers 5, 6 verbunden, deren Primärkanalausgänge
dem Anschluß des zu untersuchenden linearen
UHF-Vierpols 7 dienen. Die gerichteten Meßsignalgeber 5, 6,
für die Meßbrücken oder Richtkoppler zur Anwendung
kommen können, sind auf von den Eingängen des
zu untersuchenden Vierpols 7 reflektierte (oder
diesen in entgegengesetzter Richtung verlassende)
Signale ausgerichtet.
Die Sekundärkanalausgänge des einen und des
anderen gerichteten Gebers 5, 6 sind mit den Meßsignaleingängen
des einen und des anderen Homodyndetektors 9, 10
verbunden, die der Interferenz der Bezugs- und Meßkanalsignale
mit deren anschließender Detektion dienen.
Jeder der Homodyndetektoren 9 bzw. 10 schließt in
sich einen Quadratur-Leistungsteiler 22, 23 und einen gleichphasigen
Leistungsteiler 24, 25, je zwei gerichtete Geber 26,
27 bzw. 28, 29, je zwei Detektorteile 30, 31 bzw.
32, 33 ein. Der Eingang des Quadratur-Leistungsteilers
22 bzw. 23 dient als Bezugssignaleingang des jeweiligen
Homodyndetektors 9 bzw. 10, während der eine
und der andere Ausgang mit den Primärkanaleingängen
des einen und des anderen gerichteten Gebers
26, 27 bzw. 28, 29 verbunden sind. Der Eingang des
synphasen Leistungsteilers 24 bzw. 25 dient als Meßsignaleingang
des jeweiligen Homodyndetektors 9 bzw. 10
auf, während dessen einer und anderer Ausgang mit
den Sekundärkanaleingängen des einen und des
anderen gerichteten Gebers 26, 27 bzw. 28, 29 verbunden sind, deren
Ausgänge mit den Detektorteilen 30, 31 bzw. 31, 33
belastet sind, deren Ausgänge
als Ausgänge der Homodyndetektoren 9, 10 fungieren.
Die Ausgänge der Homodyndetektoren 9, 10 stehen mit
den Informationseingängen der Anzeige-Recheneinheit 11
in Verbindung.
Die Anzeige-Recheneinheit 11 ist zur Realisierung
einer Frequenzselektion der Kanäle in allbekannter
Weise (beispielsweise mit Hilfe von Bandfiltern)
vorgesehen. Das Steuer- und das Rechenwerk
der Einheit 11 sind auch standardmäßig ausgeführt
und basieren entweder auf einem eingebauten Mikroprozessor
oder auf einem Personalcomputer, der an
den Analog-Digitalteil der Einheit 11 angepaßt ist.
Im ganzen ist die Einheit 11 daher typisch für die
modernen Meßgeräte für S-Parameter und bedarf keiner
Detaillierung.
Das Schaltbild des Phasenkompensators 3 ist in
Fig. 2 wiedergegeben. Er ist zur Sicherung der
Gleichheit der elektrischen Längen des Bezugs- und des
Meßkanals bestimmt, die für die Sicherstellung einer
hohen Meßgenauigkeit für die S-Parameter benötigt
wird. Er besteht aus einem UHF-Schalter 34 und einem
Wellenleiterstück 35. Der erste Eingang des UHF-
Schalters 34 dient als Eingang und der zweite Ausgang
als Ausgang des Phasenkompensators 3. Der erste
Ausgang und der zweite Eingang des UHF-Schalters 34
sind an den Eingang und den Ausgang des Wellenleiterstücks
35 angeschlossen. Die Basislänge des UHF-
Kanals des Phasenkompensators 3 ist derart gewählt,
daß die elektrischen Längen des Meß- und Bezugskanals
im Betrieb der Messung der Parameter S₂₁
(oder S₁₂) einander gleich sind (UHF-Schalter 34
liegt in der Stellung A-B (Fig. 1). Für den Fall der
Messung der Parameter S₁₁ (oder S₂₂) wird der UHF-
Schalter 34 (Fig. 2) in die Stellung A-A (Fig. 1)
übergeführt. Die Länge des Wellenleiterstücks 35
ist derart gewählt, daß die elektrischen Längen des
Meß- und des Bezugskanals im Betrieb der Messung
der Parameter S₁₁ (oder S₂₂) auch einander gleich
sind.
Das in Fig. 3 dargestellte Meßgerät enthält die
gleichen Elemente und Kopplungen wie das in
Fig. 1 dargestellte Meßgerät. Der Unterschied besteht
lediglich im Aufbau der Homodyndetektoren
9, 10 in denen im vorliegenden Fall anstelle
des Quadratur-Bezugssignalleistungsteilers 22, 23
(Fig. 1) ein zweiter synphaser Bezugssignalleistungsteiler
36, 37 (Fig. 3) benutzt wird und
zusätzlich Phasenschieber 38, 39 bzw. 40, 41 mit
einer linearen Abhängigkeit der Phasenverschiebung
von der Frequenz eingeführt sind, deren Eingänge
mit einem Ausgang der synphasen Bezugssignalleistungsteiler
36, 37, dem zweiten Ausgang der synphasen
Meßsignalleistungsteiler 24, 25 und deren
Ausgänge mit den Primärkanaleingängen der einen gerichteten
Geber 26, 28 und mit den Sekundärkanaleingängen
der anderen gerichteten Geber 27, 29 verbunden
sind, wobei die Phasenschieber 38, 39, 40, 41
mit einer linearen Abhängigkeit der Phasenverschiebung
von der Frequenz in einem Frequenzbereich bis
zu 40 GHz in Form von Koaxialleitungsstücken bestimmter
Länge leicht realisierbar sind, die um ein Vielfaches
kleiner als die Wellenlänge toleriert werden
kann. In solchen Phasenschiebern 38, 39, 40, 41 wird
daher nicht nur die Linearität der Abhängigkeit der
Phasenverschiebung von der Frequenz, sondern auch
die Möglichkeit deren theoretischer Eichung mit einer
hohen Genauigkeit gewährleistet.
Das Meßgerät, dessen Schaltbild in Fig. 4 dargestellt
ist, enthält die gleichen Bauelemente und
Kopplungen wie das in Fig. 1 dargestellte Meßgerät.
Der Unterschied besteht lediglich darin, daß
der Bezugssignalphasenumformer einen zusätzlichen
Steuereingang und eine Reihenschaltung aus einem
Phasenkompensator 3, dessen Eingang als Eingang
des Bezugssignalphasenumformers wirkt, und einem
binären Phasenschieber 42, dessen Ausgang als Ausgang
des Bezugssignalphasenumformers fungiert, enthält.
Darüber hinaus ist in diesem eine Steuerschaltung
43 für den Phasenschieber 42 vorhanden, deren Eingang
als zusätzlicher Steuereingang des Bezugssignalphasenumformers
dient und deren Ausgang mit dem Steuereingang
des binären Phasenschiebers 42 verbunden ist.
Der Unterschied besteht auch darin, daß jeder Homodyndetektor
9, 10 nur einen gerichteten Geber 26, 28
zur Interferenz des Bezugs- und des Meßsignals enthält,
bei denen die Eingänge des Primär- und des Sekundärkanals
als Bezugs- und Meßsignaleingänge des Homodyndetektors
9 bzw. 10 auftreten. Außerdem ist im Homodyndetektor
9, 10 nur ein Detektorteil 30, 32 verfügbar,
dessen Eingang mit dem Primärkanalausgang des gerichteten
Gebers 26, 28 verbunden ist, während dessen
Ausgang als Ausgang des Homodyndetektors 9, 10 wirkt.
Hierbei weist die Anzeige-Recheneinheit 11 einen
zusätzlichen Steuerausgang 44 auf, der mit dem zusätzlichen
Steuereingang des Bezugssignalphasenumformers,
d. h. mit dem Eingang der Steuerschaltung 43 für den
Phasenschieber 42, verbunden ist.
Das Meßgerät, dessen Schaltbild in Fig. 5 wiedergegeben
ist, ist ebenso wie eine beliebige der oben beschriebenen
Ausführungsformen ausgeführt, nur daß die
Modulationsspannungsgeneratorschaltung 19 einen Quarzgenerator
45 zur Bildung eines Signals fester Frequenz,
drei Gruppen aus je n Frequenzteilern 46₁, 46₂, . . .,
46 n; 47₁, 47₂, . . ., 47 n; 48₁, 48₂, . . ., 48 n, bei denen je
ein Eingang an den Ausgang des Quarzgenerators 45 gelegt
ist, und drei Umschalter 49, 50, 51, bei denen
die ersten n Eingänge an die Ausgänge der n Frequenzteiler
46₁, 46₂, . . ., 46 n; 47₁, 47₂, . . ., 47 n; 48₁, 48₂, . . .,
48 n der jeweiligen Gruppe der Frequenzteiler geführt
sind, umfaßt.
Die Steuereingänge der Umschalter 49, 50, 51 dienen
als zusätzliche Steuereingänge des UHF-Signalselektors 4,
die an die zusätzlichen Steuereingänge der Anzeige-
Recheneinheit 11 angeschlossen sind. Die Ausgänge der
Umschalter 49, 50, 51 treten als Ausgänge der Modulationsspannungsgeneratorschaltung
19 mit den Frequenzen
Ω₁, Ω₂, Ω₃ für Meß- und Bezugssignale auf.
Als Frequenzteiler 46₁, 46₂, . . ., 46 n; 47₁, 47₂, . . ., 47 n;
48₁, 48₂, . . ., 48 n werden digitale Frequenzteiler mit
den Teilungsverhältnis N₁, 2N₁, . . ., nN₁, N₂, 2N₂, . . .,
nN₂, N₃, 2N₃, . . ., nN₃ eingesetzt.
Das Meßgerät für S-Parameter eines Vierpols arbeitet
wie folgt. Das UHF-Ausgangssignal des Generators
1 (Fig. 1) wird mit Hilfe des dreikanaligen
Leistungsteilers 2 in drei Signalanteile geteilt. Das
eine von ihnen, nämlich das Bezugssignal, wird über
den Phasenkompensator 3 und den Amplitudenmodulator 15,
den den Bezugskanal bilden, auf den Eingang des synphasen
Bezugssignalleistungsteilers 8 gegeben und
stellt ein Bezugssignal dar. Dieses Signal wird durch
die Spannung der Frequenz Ω₃ mit Hilfe des durch den
Modulationsspannungsgenerator 21 und den -erzeuger 18
gesteuerten Amplitudenmodulators 15 amplitudenmoduliert.
Im weiteren trifft das Bezugssignal über
den synphasen Bezugssignalleistungsteiler 8 auf die
Bezugssignaleingänge der Homodyndetektoren 9 und 10 auf.
Ihrerseits gelangen die zwei anderen Signalanteile,
d. h. die Meßsignale, in die Zweige des (den
Meßkanal bildenden) Ringkanals, werden durch Spannungen
der Frequenz Ω₁ (mit Hilfe des Amplitudenmodulators
13) und der Frequenz Ω₂ (mit Hilfe des Amplitudenmodulators
14) amplitudenmoduliert. Sie pflanzen
sich über den zu untersuchenden Vierpol 7 in entgegengesetzten
Richtungen fort. Die gerichteten Geber 5,
6 sind gleichzeitig auf Signale orientiert, die von
den Eingängen des Vierpols 7 reflektiert werden und
diesen aus verschiedenen Richtungen durchlaufen haben.
Die in die Sekundärkanäle der gerichteten Geber 5 und 6
abgezweigten Meßsignale weisen Informationen über
die Werte sämtlicher S-Meßparameter auf und gelangen
auf die Meßsignaleingänge der Homodyndetektoren
9 und 10. Es sei beispielsweise angenommen, daß das
erste am Meßsignaleingang des Homodyndetektors 9 ankommende
Meßsignal eine Information über den Wert
des Parameters S₁₁ enthält. Dann wird das zweite
am gleichen Eingang anliegende Meßsignal, wie aus
Fig. 1 ersichtlich, eine Information über den Wert
des Parameters S₁₂ enthalten. In ähnlicher Weise
enthalten die am Meßsignaleingang des Homodyndetektors
10 anliegenden Meßsignale eine Information über
die Werte der Parameter S₂₂ und S₂₁. Jedes dieser Meßsignale
weist seine eigene Amplitudenmodulationsfrequenz:
entweder Ω₁ oder Ω₂ auf. Analysieren
wir die spektrale Zusammensetzung der Spannungen
der Homodyndetektoren 9, 10 mit Rücksicht darauf, daß
das Bezugssignal gleichfalls durch eine Spannung der
Frequenz Ω₃ amplitudenmoduliert ist und in den Homodyndetektoren
9, 10 als Leistungsteiler Quadratur-
Leistungsteilers 22, 23 zum Einsatz gelangen.
Die Analyse der spektralen Zusammensetzung besagt,
daß an sämtlichen Ausgängen der Homodyndetektoren
9, 10 Spannungen der Frequenz 2Ω₃ anliegen,
deren Amplitude Informationen über eine Änderung der
Amplitude Eo des elektrischen Feldes an der Verzweigungsstelle
des Bezugs- und des Meßkanals enthält.
Beispielsweise wird die Amplitude der Spannung 2Ω₃
am Ausgang des Detektorteiles 30 durch den Ausdruck
beschrieben:
worin α₁ der Übertragungsfaktor des Detektorteiles 30;
M₃ der Faktor der Amplitudenmodulation eines Bezugssignals mit Hilfe des Amplitudenmodulators 15;
k₁ der Modul des gesamten Übertragungsfaktors des Bezugskanals für die Übertragung bis zum Eingang des Detektorteiles 30 sind.
M₃ der Faktor der Amplitudenmodulation eines Bezugssignals mit Hilfe des Amplitudenmodulators 15;
k₁ der Modul des gesamten Übertragungsfaktors des Bezugskanals für die Übertragung bis zum Eingang des Detektorteiles 30 sind.
Der Wert Eo kann zur Normalisierung der Meßsignale
ausgenutzt werden. Damit entfallen die T-Verzweigung
und der Detektorteil für diese Zwecke, wie dies
im bekannten Meßgerät (SU-A-13 22 199) der Fall war.
Außer der Spannung Eo der Frequenz 2Ω₃ werden
in der spektralen Zusammensetzung der Spannungen am
Ausgang des Detektorteiles 30 Spannungen U11c und
U12c der Frequenz (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) anliegen:
U11c=α₁M₁M₃k₁ · k₁₁₁|S₁₁|Eo² · cos(ϕ₁₁+ϕo11), (7)
U12c=α₁M₂M₃k₁ · k₁₂₁|S₁₂|Eo² · cos(ϕ₁₂+ϕo12), (8)
U12c=α₁M₂M₃k₁ · k₁₂₁|S₁₂|Eo² · cos(ϕ₁₂+ϕo12), (8)
worin M₁, M₂ die Faktoren der Amplitudenmodulation
der Meßsignale, die mit Hilfe der Amplitudenmodulatoren
13 und 14 erfolgt und
k₁₁₁, k₁₂₁ die Module der gesamten Übertragungsfaktoren der Meßkanäle bei der Messung S₁₁ und S₁₂ sind.
k₁₁₁, k₁₂₁ die Module der gesamten Übertragungsfaktoren der Meßkanäle bei der Messung S₁₁ und S₁₂ sind.
Unter Berücksichtigung des Vorhandenseins des
Quadratur-Leistungsteilers 22 werden in der spektralen
Zusammensetzung der Spannungen des Detektorteiles 31
Spannungen U11S und U12S der Frequenz (Ω₁±Ω₃) und
(Ω₂±Ω₃) anwesend sein:
U11S=α₂M₁M₃k₂ · k₁₁₂|S₁₁|S₁₁ Eo² · sin(ϕ₁₁+ϕo11) (9)
U12S=α₂M₂M₃k₂ · k₁₂₂|S₁₂|Eo² · sin(ϕ₁₂+ϕo12) (10).
U12S=α₂M₂M₃k₂ · k₁₂₂|S₁₂|Eo² · sin(ϕ₁₂+ϕo12) (10).
Aus den aufgeführten Ausdrücken (7), (8), (9),
(10) ist es ersichtlich, daß sie von den quadratischen
Gliedern frei sind, die in den Ausdrücken (1) bis (4)
anwesend sind, d. h. sie sind analog den Ausgangssignalen
in den Meßgeräten für S-Parameter mit der Frequenzübertragung.
Dies bedeutet nicht nur die Möglichkeit der
Erweiterung der Meßgrenzen für die Module der S-Parameter,
sondern auch die Beseitigung des dem Kohn-Verfahren
eigenen grundsätzlichen Nachteiles. Die Spannungen
mit den Amplituden U11c, U11S und der Frequenz
(Ω₁±Ω₃) werden in der Anzeige-Recheneinheit 11 selektiert,
wodurch der erste autonome Kanal zur Meßdatenverarbeitung
gebildet wird, der Informationen über den
Wert des Parameters S₁₁ liefert. Der zweite Kanal weist
eine Arbeitsfrequenz (Ω₂±Ω₃) auf, und darin werden
Spannungen mit den Amplituden U12c und U12S selektiert,
die Informationen über den Wert des Parameters
S₁₂ liefern. Es ist leicht zu zeigen,
daß die gleichen Frequenzen durch die Kanäle zur
Verarbeitung von Meßdaten über die Werte von S₂₂ und
S₂₁ geleitet werden, die in den Ausgangsspannungen
des Homodyndetektors 10 enthalten sind. Es können
entweder autonome Kanäle sein oder es kann in der
Anzeige-Recheneinheit 11 eine wechselweise Messung
der Ausgangsspannungen der Homodyndetektoren 9 und
10 mit Hilfe beispielsweise eines elektronischen Umschalters
vorgenommen werden.
Die Einführung der Amplitudenmodulatoren 13, 14
verschiedener Frequenzen Ω₁ und Ω₂ in die Zweige
des Ringkanals sichert nicht nur die Selbständigkeit
der Kanäle zur Meßdatenverarbeitung, sondern sie
minimiert auch die Anzahl der Fehlerquellen für
jeden Kanal. Die Störsignale werden die Meßergebnisse
S₁₂ und S₂₁ wegen der endlichen Gerichtetheit der
gerichteten Geber 5, 6 nicht mehr beeinflussen.
Die Störsignale werden durch eine endliche Entkopplung
der Zweige des dreikanaligen Leistungsteilers 2 in
den entsprechenden Modulatoren 13, 14 zusätzlich moduliert,
was einer Frequenzverschiebung der Modulationsspannungen
nach der Detektion in den Homodyndetektoren
9, 10 und einer Überschreitung der Durchlaßbereichsgrenzen
der entsprechenden Kanäle durch
die Frequenz äquivalent ist.
Die Werte der Parameter S₁₁, S₂₂, S₁₂, S₂₁ werden
durch den Mikroprozessor der Anzeige-Recheneinheit
11 nach der Durchführung der Eichung und Direktmessung
berechnet. Beispielsweise wird bei der Eichung an
die A-A-Ebene eine kurzgeschlossene Belastung angeschlossen.
Dann werden die Werte der Spannungen U11c k
und U11S K durch die Ausdrücke definiert:
U11c k=-α₁M₁M₃k₁ · k₁₁₁Eo²cosϕo11 (11)
U11S k=-α₂M₁M₃k₂ · k₁₁₂Eo²sinϕo11 (12).
U11S k=-α₂M₁M₃k₂ · k₁₁₂Eo²sinϕo11 (12).
Der Algorithmus der Eichung des Meßgeräts sieht
die Messung und die Berechnung des Faktors ko1 der
Amplitudennichtidentität der Charakteristiken der
Detektorteile 30, 31 mit Hilfe der Anzeige-Recheneinheit
11 samt den Signalkanälen vor:
Aus dem Gleichungssystem (7), (9), (11), (12),
(13) können der Real- und der Imaginärteil des Parameters
S₁₁ gefunden werden:
Ähnlich sind die Algorithmen zur Berechnung der Real-
und Imaginärteile der Parameter S₁₂, S₂₂, S₂₁.
Es ist eine Variante der Ausnutzung nur einer Modulationsfrequenz
Ω₂ im Meßsignal möglich, d. h. Ω₁=Ω₂.
In diesem Fall werden die UHF-Meßsignale im UHF-Signalselektor
4 mit Hilfe der Amplitudendetektoren 13, 14
wechselweise moduliert, wobei, wenn eines der Meßsignale
durch die Spannung der Frequenz Ω₂ moduliert wird,
das andere Signal durch Belegung des Steuereinganges
des Modulationsspannungserzeugers 16 (oder 17) mit einem Signal unmoduliert
bleibt, das den Ausgang des Generators 20
(oder 20′) vom Steuereingang des Amplitudenmodulators
13 (oder 14) abschaltet.
Das in Fig. 3 dargestellte Meßgerät arbeitet in
der gleichen Weise, wie auch das in Fig. 1 dargestellte
Meßgerät. Der Unterschied besteht lediglich in der
Art der Ausgangssignale der Homodyndetektoren 9 und
10 und in den Algorithmen zur Meßdatenverarbeitung.
Wie aus dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild
ersichtlich ist, passieren die Eingangssignale
jedes Homodyndetektors 9, 10, bevor sie einer
Interferenz in den gerichteten Gebern 26, 28 und 27,
29 unterzogen worden sind, die entsprechenden Phasenschieber
38, 40 und 39, 41. Die durch derartige
Phasenschieber 38, 39, 40, 41 bewirkte Phasenverschiebung
beträgt bekanntlich:
worin d die Länge eines Leitungsstück;
λ die Wellenlänge und f die ihr zugeordnete Frequenz des UHF-Signalgenerators 1;
c die Lichtgeschwindigkeit; und
t die Steilheit der Frequenzcharakteristik des Phasenschiebers 38, 39, 40, 41
λ die Wellenlänge und f die ihr zugeordnete Frequenz des UHF-Signalgenerators 1;
c die Lichtgeschwindigkeit; und
t die Steilheit der Frequenzcharakteristik des Phasenschiebers 38, 39, 40, 41
bedeutet.
Betrachten wir am Beispiel von Ausgangsspannungen
der Detektorteile 30 und 31, die Informationen
über den Wert des Parameters S₁₁ enthalten, was die Einschaltung
der Phasenschieber 38, 40 und 39, 41 ergibt,
die die Phasenverschiebungen ϕ¹ bewirken. Wird von
den Bezeichnungen der Ausdrücke (7) und (9) für Ausgangsspannungen
Gebrauch gemacht, die der Messung
von S₁₁ auf der Frequenz Ω₁±Ω₃ entsprechen, so ergibt
sich die Amplitude der Ausgangsspannung am Ausgang des
Detektorteiles 30 dar, da ein Phasenschieber 38 bzw. 40
im Meßsignalkanal liegt, zu
U11c¹=α₁M₁M₃ · k₁ · k₁₁₁|S₁₁|Eo²cos[(ϕ₁₁+ϕo11)+tf] (17).
Zur selben Zeit ist der andere Phasenschieber 39
bzw. 41 in den Bezugssignalkanal eingeschaltet. Die
Amplitude der Ausgangsspannung am Ausgang des Detektorteiles
31 ergibt sich daher zu
U11S′=α₂M₁M₃ · k₂ · k₁₁₂|S₁₁|Eo²cos[(ϕ₁₁+ϕo11)-tf] (18).
Der Algorithmus der Eichung des Meßgeräts sieht
die Messung und die Berechnung des Faktors der
Amplitudennichtidentität der Charakteristiken der
Detektorteile 30 und 31 mit Hilfe der Anzeige-Recheneinheit
11 samt den Signalkanälen vor:
Dieser Faktor wird bei der Verarbeitung von Informationen
berücksichtigt, die nach der Analog-Digital-
Umwandlung der Spannungen U11c und U11S gemäß
dem folgenden Algorithmus erhalten sind.
1. Es wird ein erster Hilfsdatensatz gebildet:
U₁₁′=U11S′+ko1U11c′=2α₂M₁M₃k₁k₁₁₁|S₁₁|Eo²cos tf · cos(ϕ₁₁+ϕo11), (20)
2. Es wird ein zweiter Hilfsdatensatz gebildet:
U₁₁′′=U11S′-ko1U11c′=2α₂M₁M₃k₂k₁₁₂|S₁₁|Eo²sin tf · sin(ϕ₁₁+ϕo11), (21)
3. Alle übrigen Rechenoperationen werden bezüglich der
Werte U11c und U11S ebenso wie auch in dem in Fig. 1
dargestellten Meßgerät durchgeführt. Da die Werte
ϕ=tf mit hoher Genauigkeit bekannt sind, werden
die Funktionen cos tf und sin tf im Vorgang der Abarbeitung
eines Programms für den Gesamtbereich der zu
analysierenden Frequenzen leicht berechnet.
In ähnlicher Weise werden die Informationen über
die Werte der übrigen S-Parameter verarbeitet. Ebenso
wie auch in dem in Fig. 1 dargestellten Meßgerät verwirklicht
die Anzeige-Recheneinheit 11 eine Frequenzselektion
von Spannungen der Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und
(Ω₂±Ω₃), was die Selbständigkeit der Kanäle zur
Meßdatenverarbeitung sichert und es gestattet, weite
Grenzen und eine hohe Meßgenauigkeit für die S-Parameter
zu erhalten.
Gleichzeitig gestattet es das Meßgerät, durch Auswechslung
der hinsichtlich der Frequenz unzureichend breitbandigen
Quadratur-Leistungsteiler 22, 23 durch Phasenschieber
36 (Fig. 3), 39, 40, 41 mit linearer Abhängigkeit
der Phasenverschiebung beim gewählten Algorithmus zur
Meßdatenverarbeitung die Bildung der Datensätze für
den Real- und Imaginärteil des S-Meßparameters in
einem überweiten Frequenzbereich zu erhalten, der
durch einen Überdeckungsfaktor von 10³ und darüber
bestimmt wird.
Die Arbeit des in Fig. 4 dargestellten Meßgeräts
und die Algorithmen zur Datenverarbeitung sind zu denen
identisch, die in dem in Fig. 1 dargestellten Meßgerät
benutzt werden. Der Unterschied besteht lediglich
darin, daß der Real- und der Imaginärteil der S-Parameter
hier nicht aus Spannungen der zwei verschiedenen
Detektorteile 30, 31, 32, 33, sondern aus zeitlich
aufeinanderfolgenden Spannungen an einem Detektorteil
30, 32 bei verschiedenen Stellungen des binären Phasenschiebers
42 (0° oder 90°) errechnet werden. Dadurch
werden im Meßgerät die Meßfehler wegen der Nichtidentität
der Amplitudenfrequenzcharakteristiken der
Detektorteile 30 (Fig. 1), 31 oder 32, 33 beseitigt.
Das in Fig. 5 dargestellte Meßgerät arbeitet wie
folgt. Während der Messung der S-Parameter der linearen
Vierpole und beim Messen der Parameter der nichtlinearen
Vierpole auf der ersten Harmonischen sind die
Eingänge der Umschalter 49, 50, 51 an die jeweiligen
Ausgänge der Frequenzteiler 46₁, 47₁, 48₁ angeschlossen.
Im Meßgerät können verschiedene Homodyndetektoren
9, 10 angewendet werden. Gemäß dem verwendeten Typ
des Homodyndetektors 9, 10 wird ein Algorithmus zur
Meßdatenverarbeitung bei den Messungen auf der ersten
Harmonischen aufgebaut.
Zur Erläuterung der Möglichkeit der Messung
der Übertragungskenngrößen der nichtlinearen Vierpole
auf den höheren Harmonischen sei bemerkt, daß
die die Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) aufweisenden
Meßwertinformationssignale physikalisch als
Ergebnis der Umwandlung von UHF-Signalfrequenzen angesehen
werden, die den Seitenbändern in den Spektren
des Bezugssignals (ω±Ω₃) und der Meßsignale
(ω±Ω₁) und (ω±Ω₂) angehören, wobei ω die Frequenz
des UHF-Signalgenerators 1 bedeutet. Deshalb sind
die in Fig. 1, 2 und 3 aufgeführten Meßgeräte ähnlich
den Heterodyn-Meßgeräten für S-Parameter, die gegenwärtig
zur Messung der Parameter der nichtlinearen
Vierpole durch Verwendung der höheren Harmonischen eines
Heterodyns herangezogen werden, die sich in den Mischern
des Meßgeräts bilden. Hierbei wird die Zwischenfrequenz
(Frequenz des Informationsmeßsignals) beim
Übergang zur Messung der Übertragungskenngrößen auf
der zweiten Harmonischen verdoppelt, bei der Messung
dieser Kenngrößen auf der dritten Harmonischen verdreifacht
usw. Diese Schwierigkeit wird durch Anwendung
mehrkanaliger Selektivverstärker überwunden, die
Zahl dieser Kanäle wächst aber proportional der Anzahl
der zu analysierenden Harmonischen an und macht
den Analogteil der Anzeige-Recheneinheiten 11 kompliziert.
Um eine derartige Komplizierung der Anzeige-Recheneinheit
11 im Meßgerät zu vermeiden, wird vorgeschlagen,
den Modulatorteil derart zu verändern, daß die
Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃), auf die der Analogteil
der Anzeige-Recheneinheit 11 abgestimmt ist,
bei einer Messung der Parameter der nichtlinearen
Vierpole nicht nur auf der ersten, sondern auch auf
höheren Harmonischen unverändert bleiben. Zu diesem
Zweck sind der Quarzgenerator 45 und die drei Gruppen
der digitalen Frequenzteiler 46₁, 46₂, 46 n; 47₁
bis 47 n; 48₁ bis 48 n eingeführt, deren Ausgangssignale
die Arbeit der Modulationsspannungserzeuger 16, 17, 18
wechselweise (mit Hilfe der Umschalter 49, 50, 51)
steuern.
Es sei angenommen, daß beispielsweise die Teiler
46₁, 47₁, 48₁ mit den Teilungsverhältnissen N₁, N₂
und N₃ eingeschaltet sind. Ihnen entsprechen die
Frequenzen der Modulationsspannungen an den Ausgängen
der Erzeuger 16, 17, 18, nämlich Ω₁, Ω₂, Ω₃. Werden
nun die Teiler 46₂, 47₂, 48₂ mit den Teilungsverhältnissen
2N₁, 2N₂ und 2N₃ eingeschaltet, so werden die
Seitenbänder in den Spektren der Meß- und Bezugssignale
bereits Frequenzen (ω±Ω₁/2), ω±Ω₂/2) und ω±Ω₃/2)
aufweisen. Dann werden den zweiten Harmonischen der
Ausgangssignale des zu untersuchenden nichtlinearen
Vierpols (in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung) die
Frequenzen 2(ω±Ω₁/2) und 2(ω±Ω₂/2) entsprechen,
und die Harmonischen gelangen auf die zweiten Eingänge
der Homodyndetektoren 9 und 10, wo sie, indem sie mit
der zweiten Harmonischen des Bezugssignals der Frequenz
2(ω±Ω₃/2) interferieren, nach wie vor Informationsmeßsignale
der Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃)
bilden. Die analogen Umschaltungen der nachfolgenden
Frequenzteiler 46₃, 47₃, 48₃ gestatten es, die Übertragungskenngrößen
des nichtlinearen Vierpols auf noch
höheren Harmonischen zu messen (in der Regel beschränkt
man sich auf den Wert n=3).
Die automatische Steuerung der Arbeit der Umschalter
49, 50, 51 mit Hilfe der Anzeige-Recheneinheit 11
gestattet es also, die nichtlinearen Vierpole aufeinanderfolgend
bei der ersten, zweiten und bei höheren
Harmonischen zu analysieren.
Die vorliegende Erfindung gestattet es also, die
Meßgenauigkeit für die S-Parameter zu erhöhen, was
dadurch ermöglicht wird, daß hier eine UHF-Signalselektion
nach den Meßparametern unter maximaler
Störsignalunterdrückung durch Vereinfachung des
UHF-Signalselektors gewährleistet ist.
Darüber hinaus gestattet es die Erfindung,
den Meßbereich für die Module der S-Parameter bis
auf 60 dB durch Beseitigung der Beschränkung hinsichtlich
der Arbeit der Detektorteile der Homodyndetektoren
auf die quadratischen Abschnitte
ihrer Kennlinien zu erweitern.
Die Erfindung erlaubt es auch, ein Meßgerät
für S-Parameter zu schaffen, das in der Lage ist,
Parametermessungen nicht nur bei linearen, sondern
auch bei nichtlinearen Vierpolen vorzunehmen.
Claims (6)
1. Meßgerät für S-Parameter eines Vierpols, das
einen UHF-Signalgenerator (1), einen für eine Teilung
des UHF-Signals in Meßsignale und ein Bezugssignal
sorgenden dreikanaligen UHF-Signalleistungsteiler (2),
dessen Eingang an den Ausgang des UHF-Signalgenerators
(1) angeschlossen ist, einen UHF-Signalselektor
(4) zur Signalselektion nach den S-Parametern,
dessen Meßsignaleingänge an die Meßsignalausgänge
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers (2) angelegt
sind und dessen Bezugssignaleingang mit dem Bezugssignalausgang
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers
(2) verbunden ist, auf die von den Eingängen des zu
untersuchenden Vierpols (7) reflektierten Meßsignale
orientierte gerichtete Meßsignalgeber (5, 6), deren
Primärkanaleingänge an die Meßsignalausgänge des
UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den
S-Meßparametern gelegt sind und deren Primärkanalausgänge
zum Anschluß des zu untersuchenden Vierpols (7)
dienen, einen gleichphasigen Bezugssignalleistungsteiler
(8), dessen Eingang mit dem Bezugssignalausgang des
UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den
S-Meßparametern verbunden ist, einer Interferenz
der Bezugs- und Meßsignale und einer Detektion von
Summensignalen dienende Homodyndetektoren (9, 10),
deren Bezugssignaleingänge mit den Ausgängen des gleichphasigen
Bezugssignalleistungsteilers (8) und deren
Meßsignaleingänge mit den Primärkanalausgängen der
gerichteten Meßsignalgeber (5, 6) verbunden sind,
und eine Anzeige-Recheneinheit (11), deren Steuerausgänge
an die Steuereingänge des UHF-Signalselektors
(4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern und
des UHF-Signalgenerators (1) und deren Informationseingänge
an die Ausgänge der Homodyndetektoren (9, 10)
zur Erhaltung von Informationen über die Real- und
Imaginärteile der S-Meßparameter enthaltenden Signalen
angeschlossen sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß es mit einem Bezugssignalphasenumformer
(3) versehen ist, dessen Eingang an den Bezugssignalausgang
des dreikanaligen UHF-Signalleistungsteilers
(2) und dessen Ausgang an den Bezugssignaleingang
des UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion
nach den S-Meßparametern angeschlossen ist, während
die Anzeige-Recheneinheit (11) und der UHF-Signalselektor
(4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern
zusätzlich miteinander verbundene Synchronisiersignalein-
bzw. -ausgänge besitzen, wobei
- - der UHF-Signalselektor (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern zwei Amplitudenmodulatoren (13, 14) für Meßsignale, die für die Amplitudenmodulation der letzteren mit den Frequenzen Ω₁ und Ω₂ sorgen, und einen Amplitudenmodulator (15) für ein Bezugssignal, der für die Amplitudenmodulation des letzteren mit der Frequenz Ω₃ sorgt, deren Informationsein- und -ausgänge als Meß- und Bezugssignalein- bzw. -ausgänge des UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern dienen,
- - zwei Modulationsspannungserzeuger (16, 17), bei denen je ein Ausgang mit dem Steuereingang des jeweiligen Meßsignalamplitudenmodulators (13, 14) verbunden ist und der Steuereingang als Steuereingang des UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern dient,
- - einen weiteren Modulationsspannungserzeuger (18), dessen einer Ausgang mit dem Steuereingang des Bezugssignalamplitudenmodulators (15) verbunden ist, wobei die anderen Ausgänge der Modulationsspannungserzeuger (16, 17, 18) als Synchronisiersignalausgänge des UHF- Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern dienen, und
- - eine Modulationsspannungsgeneratorschaltung (19) enthält, an deren mit den Eingängen der jeweiligen Modulationsspannungserzeuger (16, 17, 18) gekoppelten Ausgängen Modulationsspannungen der Frequenz Ω₁, Ω₂, Ω₃ anliegen, während
- - die Sekundärkanalausgänge der gerichteten Meßsignalgeber (5, 6) an die Meßsignaleingänge der Homodyndetektoren (9, 10) geschaltet sind, die Informationen über die Real- und Imaginärteile der S-Parameter auf den Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) und über die Signalamplitude am Ausgang des UHF-Signalgenerators (1) bei der Frequenz 2Ω₃ enthalten, die zur Signalnormierung auf den Frequenzen (Ω₁±Ω₃) und (Ω₂±Ω₃) ausgenutzt wird.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bezugssignalphasenumformer
in Form eines Phasenkompensators (3) ausgeführt ist,
und jeder Homodyndetektor (9, 10)
- - einen Bezugssignalleistungsteiler, dessen Eingang als Bezugssignaleingang des Homodyndetektors (9, 10) dient,
- - einen gleichphasigen Meßsignalleistungsteiler (24, 25), dessen Eingang als Meßsignaleingang des Homodyndetektors (9, 10) dient,
- - zwei gerichtete Geber (26, 27 und 28, 29) für eine Interferenz des Bezugssignals und der Meßsignale, deren Sekundärkanalausgänge mit den Ausgängen des gleichphasigen Meßsignalleistungsteilers (24, 25) verbunden sind, und
- - zwei Detektorteile (30, 31 und 32, 33) deren Ausgänge als Ausgänge der Homodyndetektoren (9, 10) dienen und deren Eingänge über die Primärkanäle der jeweiligen gerichteten Geber (26, 27, 28, 29) mit den Ausgängen der Bezugssignalleistungsteiler verbunden sind, enthält.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Homodyndetektor (9, 10)
als Bezugssignalleistungsteiler ein Quadratur-Leistungsteiler
(22, 23) eingesetzt ist und
- - die Ausgänge der Quadratur-Leistungsteiler (22, 23) und der gleichphasigen Meßsignalleistungsteiler (24, 25) an die Primär- und Sekundärkanaleingänge der gerichteten Geber (26, 27 bzw. 28, 29) direkt angeschlossen sind.
4. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Homodyndetektor (9, 10) der Bezugssignalleistungsteiler in
Form eines gleichphasigen Bezugssignalleistungsteilers
(36, 37) ausgeführt ist und in diesen zusätzlich
- - zwei Phasenschieber (38, 39 und 40, 41) mit einer linearen Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Frequenz vorgesehen sind, deren Eingänge mit einem der Ausgänge des gleichphasigen Bezugssignalleistungsteilers (36, 37) bzw. des gleichphasigen Meßsignalleistungsteilers (24, 25) und deren Ausgänge mit den Primärkanaleingängen des einen gerichteten Gebers (26, 28) bzw. mit den Sekundärkanaleingängen des anderen gerichteten Gebers (27, 29) verbunden sind, während
- - die Sekundärkanaleingänge der einen gerichteten Geber (26, 28) und die Primärkanaleingänge der anderen gerichteten Geber (27, 29) an die anderen Ausgänge des gleichphasigen Meßsignalleistungsteilers (24, 25) bzw. der gleichphasigen Bezugssignalleistungsteiler (36, 37) direkt angeschlossen sind.
5. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bezugssignalphasenumformer (3)
einen zusätzlichen Steuereingang und eine Reihenschaltung
aus einem Phasenkompensator (12), dessen Eingang
als Eingang des Bezugssignalphasenumformers (3)
dient, und einen binären Phasenschieber (43), dessen
Ausgang als Ausgang des Bezugssignalphasenumformers (3)
dient, sowie
- - eine Steuerschaltung (42) für den Phasenschieber (43), deren Eingang als zusätzlicher Steuereingang des Bezugssignalphasenumformers (3) wirkt und deren Ausgang mit dem Steuereingang des binären Phasenverschiebers (43) verbunden ist, enthält, wobei
- - jeder Homodyndetektor (9, 10) einen gerichteten Geber (26, 28) für eine Interferenz des Bezugs- und des Meßsignals,
- - dessen Primär- und Sekundärkanaleingang als Bezugs- bzw. Meßsignaleingang des Homodyndetektors (9, 10) dient, und
- - einen Detektorteil (30, 32) aufweist, dessen Eingang mit dem Primärkanalausgang des gerichteten Gebers (26, 28) in Verbindung steht und dessen Ausgang als Ausgang des Homodyndetektors (9, 10) fungiert, und wobei
- - die Anzeige-Recheneinheit (11) einen zusätzlichen Steuerausgang enthält, der mit dem zusätzlichen Steuereingang des Bezugssignalphasenumformers (3) verbunden ist.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige-
Recheneinheit (11) zusätzliche Steuerausgänge
enthält,
- - der UHF-Signalselektor (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern zusätzliche Steuereingänge aufweist, und
- - die Modulationsspannungsgeneratorschaltung 19
- - einen Quarzgenerator (45) zur Erzeugung eines Signals fester Frequenz,
- - drei Gruppen aus je n Frequenzteilern (46₁, . . ., 46 n; 47₁, . . ., 47 n; 48₁, . . ., 48 n), deren Eingänge an je einen Ausgang des Quarzgenerators (45) gelegt sind, und
- - drei Umschalter (49, 50, 51), bei denen die ersten n Eingänge an die Ausgänge der n Frequenzteiler (46₁, . . ., 46 n; 47₁, . . ., 47 n; 48₁, . . ., 48 n) der zugeordneten Gruppe der Frequenzteiler angeschlossen sind, beinhaltet, wobei
- - die übrigen Eingänge der Umschalter (49, 50, 51) als zusätzliche Steuereingänge des UHF-Signalselektors (4) zur Signalselektion nach den S-Meßparametern dienen, die an die zusätzlichen Steuerausgänge der Anzeige-Recheneinheit (11) geführt sind, und
- - die Ausgänge der Umschalter (49, 50, 51) als Ausgänge der Modulationsspannungsgeneratorschaltung (19) wirken.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904006869 DE4006869A1 (de) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Messgeraet fuer s-parameter eines vierpols |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904006869 DE4006869A1 (de) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Messgeraet fuer s-parameter eines vierpols |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4006869A1 true DE4006869A1 (de) | 1991-09-12 |
Family
ID=6401456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904006869 Withdrawn DE4006869A1 (de) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Messgeraet fuer s-parameter eines vierpols |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4006869A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10039665A1 (de) * | 2000-08-14 | 2002-02-28 | Rohde & Schwarz | Leistungssensor |
US10805015B1 (en) | 2020-02-21 | 2020-10-13 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Method as well as test system for testing a device under test |
-
1990
- 1990-03-05 DE DE19904006869 patent/DE4006869A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10039665A1 (de) * | 2000-08-14 | 2002-02-28 | Rohde & Schwarz | Leistungssensor |
US6803754B2 (en) | 2000-08-14 | 2004-10-12 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Power sensor |
US10805015B1 (en) | 2020-02-21 | 2020-10-13 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Method as well as test system for testing a device under test |
US12028117B2 (en) | 2020-02-21 | 2024-07-02 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Method as well as test system for testing a device under test |
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