Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.09.1973 Opis patentowy opublikowano: 31.12.1975 78764 Ki. 21e, 23/20 MKPGOlr 23/20 Twórcawynalazku: Tadeusz Morawski Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska) Sposób wyznaczania sprawnosci obwodu dopasowujacego impedancje elementu waraktorowego Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania sprawnosci obwodu dopasowujacego impedancje elemen¬ tu waraktorowego do impedancji charakterystycznej linii przesylowej.Sprawnosc obwodu dopasowujacego jest równa stosunkowi mocy wydzielonej w elemencie waraktorowym do mocy calkowitej wydzielonej w calym obwodzie, lacznie z elementem waraktorowym.Elementy waraktorowe sa to elementy o zmiennej pojemnosci w funkcji napiecia. Elementy te sa stoso¬ wane w obwodach róznych urzadzen mikrofalowych - powielaczy, wzmacniaczy parametrycznych itp.Znane sposoby wyznaczenia sprawnosci obwodu dopasowujacego impedancje elementu waraktorowego Folegaja nn analizie zaleznosci impedancji wejsciowej obwodu od reaktancji elementu waraktorowego, która jest zmieniana poprzez zmiane napiecia polaryzacji. Zmierzenie dostatecznie duzej liczby impedancji wejsciowych odpowiadajacych róznym reaktancjom elementu waraktorowego pozwala na przeprowadzenie analizy matema¬ tycznej, której celem jest wyznaczenie parametrów zastepczych analizowanego obwodu. Po obliczeniu tych parametrów mozna obliczyc sprawnosc obwodu dopasowujacego. Wada omówionych metod jest koniecznosc wykonywania wielu pomiarów impedancji wejsciowej oraz koniecznosc skomplikowanej analizy matematycznej wyników uzyskanych przez pomiar.Celem wynalazku jest opracowanie metody szybkiej, pozbawionej wad i niedogodnosci znanych metod, umozliwiajacej wyznaczenie wartosci sprawnosci obwodu dopasowujacego w wyniku jednego pomiaru, bez ko¬ niecznosci skomplikowanej analizy wyników, za pomoca prostego, typowego sprzetu.Wytyczony cel zostal zrealizowany zgodnie z wynalazkiem przez opracowanie sposobu wyznaczania spraw¬ nosci obwodu dopasowujacego impedancje elementu waraktorowego, o znanym iloczynie wspólczynnika nie¬ liniowosci 7 i czestotliwosci granicznej fc. Nastepnie wyznaczenie sprawnosci obwodu dopasowujacego wedlug niniejszego wynalazku polega na tym, ze po uzyskaniu dopasowania impedancji elementu waraktorowego do linii pomiarowej, do której dolaczony jest badany obwód zawierajacy ten element waraktorowy, zmienia sie napiecie polaryzujace ten element waraktorowy o bardzo mala wartosc, a nastepnie mierzy sie spowodowana ta zmiana napiecia polaryzujacego mala zmiane wspólczynnika fali stojacej na linii pomiarowej, po czym oblicza sie sprawnosc obwodu dopasowujacego wedlug analitycznie wyprowadzonego wzoru, wykorzystujac dokonany uprzednio pomiar.2 78 764 Istotnymi zaletami rozwiazania wedlug .wynalazku jest zarówno znaczne skrócenie czasu pomiarów jak i czasu obliczania wyników w stosunku do znanych dotychczas metod. Pomiar moze odbywac sie za pomoca typowego sprzetu, przy czym dokladnosc pomiaru nie ustepuje dokladnosci dotychczas stosowanych metod.Przyklad ukladu pomiarowego do stosowania sposobu wedlug wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu pomiarowego, zas fig. 2 schemat zastepczy mierzonego obwodu dopasowujacego impedancje elementu waraktorowego.| Generator G, uwidoczniony na fig. 1 dolaczony jest do wejscia typowej linii pomiarowej LP zaopatrzonej w sonde S z detektoratem D oraz miernikiem wspólczynnika fali stojacej M. Do wyjscia linii pomiarowej LP dolaczony jest regulowany malostratny obwód dopasowujacy ROD oraz badany obwód BOD dopasowujacy impedancje elementu waraktorowego V, polaryzowanego przez napiecie z regulowanego zródla B, do którego z kolei jest dolaczony woltomierz U mierzacy wartosc napiecia polaryzujacego.Jesli badany obwód dopasowujacy BOD posiada odpowiednie regulacje, umozliwiajace uzyskani* calko¬ witego dopasowania do linii pomiarowej LP, to w tym przypadku nie ma potrzeby stosowania regulowanego obwodu dopasowujacego ROD i badany obwód dopasowujacy BOD jest dolaczony bezposrednio do linii po¬ miarowej LP.Zaciski A i B uwidocznione na fig. 2 sa zaciskami wyjsciowymi linii pomiarowej LP, a jednoczesnie zacis¬ kami wejsciowymi obwodu dopasowujacego ROD lub badanego obwodu dopasowujacego BOD, w zaleznosci od tego czy stosuje sie dodatkowy regulowany obwód dopasowujacy ROD, czy tez nie. Impedancje wejsciowa tej czesci ukladu pomiarowego oznaczono symbolem Zw. Zaciski C i D sa zaciskami zlacza pólprzewodnikowego elementu waraktorowego. Impedancje zlacza oznaczono symbolem ZQ, rezystancje — przez RQ, a zalezna od wartosci napiecia polaryzacji reaktancje — XQ.O dyskutowanym ukladzie zaklada sie, ze jest on liniowy, a wiec sygnal z generatora musi byc dosta¬ tecznie slaby.Impedancja wejsciowa Z wyraza sie zaleznoscia zw = z1 Z2(Z3+Z0) Z2+Z3+Z0 (1) Zwiazek miedzy pradem na wejsciu obwodu a pradem plynacym przez impedancje ZQ jest nastepujacy: Z2+Z3 +Zq (2) Gdzie ^ oznacza prad na wejsciu obwodu, IQ — prad na wejsciu plynacym przez impedancje Z . Po obliczeniu pochodnej impedancji wejsciowej Z wzgledem impedancji Z otrzymuje sie: dZw_= (_ Z2 dZQ Z2+Z3+Z0 )2 = (L_ )2 (3) Sprawnosc 17 obwodu dopasowujacego BOD, wobec zalozonej malostratnosci regulowanego obwodu dopaso¬ wujacego ROD wyraza sie wzorem: _ | Iq| 2 • R0 _ Rq dZ w dZ„ (4) Zastepujac w wyrazeniu (4) pochodna przez iloraz malych, skonczonych przyrostów A Zw i A ZQ oraz uwzgle¬ dniajac fakt, ze zmiana impedancji Z odbywa sie poprzez zmiane reaktancji XQ o wartosc A XQ otrzymuje sie: AZW _ (5) T) = R w AXp Ro78 764 3 W przypadku obwodu dopasowanego, modul, stosunku malej zmiany impedancji do rezystancji tego obwodu równa sie malej zmianie wspólczynnika fali stojacej Ap: AZW = Ap = p - 1 AXo Stosunek —— zlacza pólprzewodnikowego wyraza sie zaleznoscia: RW "" " " (6) AX0 7-fc AUp Ro fs ' Up <7' gdzie fs — czestotliwosc sygnalu, U — róznica miedzy napieciem polaryzujacym a potencjalem bariery ele¬ mentu pólprzewodnikowego, A U — mala zmiana napiecia polaryzujacego. Uwzgledniajac równosci (6) i (7) otrzymuje sie z równosci (5) koncowy, prosty i uzyteczny wzór na sprawnosc badanego obwodu dopasowujacego impedancje elementu waraktorowego o znanej wartosci iloczynu y ' fc- _ _ AUp- 7*fc PL PL