RU136896U1 - DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE Download PDFInfo
- Publication number
- RU136896U1 RU136896U1 RU2013139296/28U RU2013139296U RU136896U1 RU 136896 U1 RU136896 U1 RU 136896U1 RU 2013139296/28 U RU2013139296/28 U RU 2013139296/28U RU 2013139296 U RU2013139296 U RU 2013139296U RU 136896 U1 RU136896 U1 RU 136896U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buffer
- inputs
- input
- outputs
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Устройство для измерения полного комплексного сопротивления антенн, содержащее первый, второй, третий, четвертый и пятый детекторы и буферные каскады по числу детекторов, при этом выходы буферных каскадов подключены ко входам одноименных детекторов, выходы которых соединены с соответствующими входами аналого-цифрового порта микроконтроллера, первый последовательный порт которого является портом управления, при этом вторые входы первого и второго буферных каскадов заземлены, отличающееся тем, что введены высокочастотный датчик, а также первая и вторая согласующие цепи и первый и второй отрезки длинных линий, при этом первые входы первого и второго буферных каскадов подключены к первому и второму выводам высокочастотного датчика, вход и выход которого являются радиочастотным входом и выходом устройства, первый конец первого отрезка длинной линии подключен ко входу второй согласующей цепи, первому входу третьего буферного каскада и выходу первого буферного каскада, а первый конец второго отрезка длинной линии соединен со входом первой согласующей цепи, вторым входом третьего буферного каскада и выходом второго буферного каскада, при этом первые входы пятого и четвертого буферных каскадов подключены соответственно ко вторым концам первого и второго отрезков длинных линий, а вторые входы упомянутых буферных каскадов соединены соответственно с выходами первой и второй согласующих цепей.A device for measuring the total complex resistance of antennas, containing the first, second, third, fourth and fifth detectors and buffer stages according to the number of detectors, while the outputs of the buffer stages are connected to the inputs of the detectors of the same name, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital port of the microcontroller, the first whose serial port is the control port, while the second inputs of the first and second buffer stages are grounded, characterized in that a high-frequency sensor is introduced, and the first and second matching circuits and the first and second segments of long lines, while the first inputs of the first and second buffer stages are connected to the first and second outputs of the high-frequency sensor, the input and output of which are the radio-frequency input and output of the device, the first end of the first segment of the long line is connected to the input of the second matching circuit, the first input of the third buffer cascade and the output of the first buffer cascade, and the first end of the second segment of the long line is connected to the input of the first matching circuit, the second input the third buffer stage and the output of the second buffer stage, while the first inputs of the fifth and fourth buffer stages are connected respectively to the second ends of the first and second segments of long lines, and the second inputs of the mentioned buffer stages are connected respectively to the outputs of the first and second matching circuits.
Description
Настоящая полезная модель относится к радиоэлектронике, предназначена для определения полного комплексного сопротивления антенн (величины вещественной и мнимой частей сопротивления и знака мнимой части) и коэффициента стоячей волны (КСВ) в тракте и может быть использована при построении антенно-согласующих устройств.This utility model relates to electronics, designed to determine the total complex resistance of antennas (the magnitude of the material and imaginary parts of the resistance and the sign of the imaginary part) and the standing wave coefficient (SWR) in the path and can be used to build antenna matching devices.
В литературе [1] рассмотрены некоторые способы построения устройств измерения полного сопротивления антенн и КСВ в тракте на основе резистивных мостовых схем.In the literature [1], some methods of constructing devices for measuring the impedance of antennas and SWR in a path based on resistive bridge circuits are considered.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является измерительный блок, входящий в устройство по патенту РФ на полезную модель №114244 [2], принятый за прототип.Closest to the claimed technical solution is the measuring unit included in the device according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 114244 [2], adopted as a prototype.
Устройство-прототип содержит первый, второй и третий измерительные участки, каждый из которых образован последовательно соединенным резистором и отрезком длинной линии, а также первый, второй, третий, четвертый и пятый буферные каскады, детекторы по числу буферных каскадов и цифровой микроконтроллер. При работе в составе антенно-согласующего устройства по патенту РФ на полезную модель №114244 измерительный блок включается в тракт при помощи коммутатора, к первому контакту которого подсоединена точка соединения свободных выводов резисторов первого и второго измерительных участков, а ко второму - точка соединения первых входов первого, третьего, четвертого и пятого буферных каскадов со свободным концом отрезка длинной линии первого измерительного участка. При этом выходы всех буферных каскадов последовательно соединены с входами одноименных детекторов, выходы которых подключены к соответствующим входам аналого-цифрового порта микроконтроллера, при этом первый последовательный порт микроконтроллера является портом управления. Вторые входы четвертого и пятого буферных каскадов подключены к точке соединения резисторов и отрезков длинных линий второго и третьего измерительных участков соответственно. Первый вход второго и второй вход третьего буферных каскадов подключены к точке соединения свободных концов отрезков длинных линий второго и третьего измерительных участков. При этом второй вывод резистора третьего измерительного участка и вторые входы первого и второго буферных каскадов заземлены.The prototype device contains the first, second and third measuring sections, each of which is formed by a series-connected resistor and a length of a long line, as well as the first, second, third, fourth and fifth buffer stages, detectors by the number of buffer stages and a digital microcontroller. When working as part of an antenna matching device according to the RF patent for utility model No. 114244, the measuring unit is connected to the path using a switch, the first contact of which is connected to the connection point of the free terminals of the resistors of the first and second measuring sections, and to the second - the connection point of the first inputs of the first , the third, fourth and fifth buffer cascades with the free end of the long line segment of the first measuring section. The outputs of all buffer stages are connected in series with the inputs of the detectors of the same name, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital port of the microcontroller, while the first serial port of the microcontroller is a control port. The second inputs of the fourth and fifth buffer stages are connected to the connection point of the resistors and the lengths of the long lines of the second and third measuring sections, respectively. The first input of the second and second input of the third buffer stages are connected to the connection point of the free ends of the long line segments of the second and third measuring sections. In this case, the second output of the resistor of the third measuring section and the second inputs of the first and second buffer stages are grounded.
Измерительный блок, принятый за прототип, используется в антенно-согласующем устройстве для измерения полного сопротивления антенн и КСВ в тракте. Вычисление величин вещественной и мнимой частей сопротивления антенны производится микроконтроллером на основании измерения напряжений на резисторах первого, второго и третьего измерительных участков. Решение о знаке мнимой части сопротивления принимается микроконтроллером на основе сравнения разностей амплитудных значений двух пар измеряемых сигналов, при этом один из сравниваемых сигналов является опорным и одинаковым для обеих пар, а второй берется с разным фазовым сдвигом. Два разных фазовых сдвига второго сигнала обеспечиваются различной длиной прохождения сигнала по отрезкам длинных линий второго и третьего измерительных участков.The measuring unit adopted for the prototype is used in the antenna matching device to measure the impedance of the antennas and the SWR in the path. The calculation of the values of the material and imaginary parts of the antenna resistance is performed by the microcontroller based on the measurement of voltages across the resistors of the first, second and third measuring sections. The decision about the sign of the imaginary part of the resistance is made by the microcontroller based on a comparison of the differences in the amplitude values of two pairs of measured signals, while one of the compared signals is the reference and the same for both pairs, and the second is taken with a different phase shift. Two different phase shifts of the second signal are provided by different lengths of the signal along the lengths of the long lines of the second and third measuring sections.
На практике на точность определения знака мнимой части оказывает существенное влияние наличие потерь в отрезках длинных линий, зависящих от длины линии и рабочей частоты. Как было сказано выше, для обеспечения разного фазового сдвига второй сигнал пропускают через отрезки длинной линии разной длины, что приводит к различному ослаблению сдвинутых по фазе сигналов. Вследствие этого в сравниваемых разностях двух пар сигналов опорный сигнал является одинаковым, а сдвинутые по фазе вторые сигналы имеют неодинаковое амплитудное значение, что приводит к появлению погрешности при сравнении разностей амплитудных значений пар сигналов и ошибок при определении знака мнимой части.In practice, the accuracy of determining the sign of the imaginary part is significantly affected by the presence of losses in segments of long lines, depending on the line length and operating frequency. As mentioned above, to ensure a different phase shift, the second signal is passed through segments of a long line of different lengths, which leads to various attenuation of phase-shifted signals. As a result, in the compared differences of the two pairs of signals, the reference signal is the same, and the phase-shifted second signals have a different amplitude value, which leads to an error when comparing the differences in the amplitude values of the signal pairs and errors in determining the sign of the imaginary part.
Задачей предлагаемого устройства является повышение точности определения знака мнимой части полного комплексного сопротивления антенны.The objective of the proposed device is to increase the accuracy of determining the sign of the imaginary part of the total complex antenna resistance.
Для этого в устройство измерения полного комплексного сопротивления антенн, содержащее пять детекторов, пять буферных каскадов и цифровой микроконтроллер, введены высокочастотный (ВЧ) датчик, первая и вторая согласующая цепь и первый и второй отрезки длинных линий. Выходы буферных каскадов подключены ко входам одноименных детекторов, выходы которых соединены с соответствующими входами аналого-цифрового порта цифрового микроконтроллера, первый последовательный порт которого является портом управления. В предлагаемом устройстве вторые входы первого и второго буферных каскадов заземлены, а к первому и второму выводам ВЧ датчика, вход и выход которого являются радиочастотными входом и выходом устройства, подключены первые входы первого и второго буферных каскадов соответственно. Первый конец первого отрезка длинной линии подключен ко входу второй согласующей цепи, первому входу третьего буферного каскада и выходу первого буферного каскада. При этом первый конец второго отрезка длинной линии соединен со входом первой согласующей цепи, вторым входом третьего буферного каскада и выходом второго буферного каскада. Первые входы пятого и четвертого буферных каскадов подключены ко вторым концам первого и второго отрезков длинных линий соответственно, а вторые входы упомянутых буферных каскадов соединены с выходами первой и второй согласующих цепей соответственно.For this, a high-frequency (RF) sensor, the first and second matching circuit, and the first and second segments of long lines are introduced into the device for measuring the total complex resistance of antennas, containing five detectors, five buffer stages, and a digital microcontroller. The outputs of the buffer stages are connected to the inputs of the detectors of the same name, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital port of the digital microcontroller, the first serial port of which is the control port. In the proposed device, the second inputs of the first and second buffer stages are grounded, and the first inputs of the first and second buffer stages are connected to the first and second outputs of the RF sensor, the input and output of which are the radio-frequency input and output of the device. The first end of the first segment of the long line is connected to the input of the second matching circuit, the first input of the third buffer stage and the output of the first buffer stage. In this case, the first end of the second segment of the long line is connected to the input of the first matching circuit, the second input of the third buffer stage and the output of the second buffer stage. The first inputs of the fifth and fourth buffer stages are connected to the second ends of the first and second segments of long lines, respectively, and the second inputs of the mentioned buffer stages are connected to the outputs of the first and second matching circuits, respectively.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1.The block diagram of the proposed device is shown in FIG. one.
Устройство измерения полного комплексного сопротивления антенн содержит первый 1(1), второй 1(2), третий 1(3), четвертый 1(4) и пятый 1(5) детекторы и буферные каскады 2(1)…2(5) по числу детекторов, цифровой микроконтроллер 3, ВЧ датчик 4, первую 5(1) и вторую 5(2) согласующие цепи, а также первый 6(1) и второй 6(2) отрезки длинной линии. Выходы буферных каскадов подключены ко входам одноименных детекторов, выходы которых соединены с соответствующими входами аналого-цифрового порта цифрового микроконтроллера 3, первый последовательный порт которого является портом управления. Первые входы первого 2(1) и второго 2(2) буферных каскадов подключены к первому и второму выводам ВЧ датчика 4, вход и выход которого являются радиочастотными входом и выходом устройства, при этом вторые входы упомянутых буферных каскадов заземлены. Первый конец первого отрезка длинной линии 6(1) подключен ко входу второй согласующей цепи 5(2), первому входу третьего 2(3) буферного каскада и выходу первого 2(1) буферного каскада. При этом первый конец второго отрезка длинной линии 6(2) соединен со входом первой согласующей цепи 5(1), вторым входом третьего буферного каскада 2(3) и выходом второго 2(2) буферного каскада. Первые входы пятого 2(5) и четвертого 2(5) буферных каскадов подключены ко вторым концам первого 6(1) и второго 6(2) отрезков длинных линий соответственно, а вторые входы упомянутых буферных каскадов соединены с выходами первой 5(1) и второй 5(2) согласующих цепей соответственно.The device for measuring the total complex resistance of the antennas contains the first 1 (1), second 1 (2), third 1 (3), fourth 1 (4) and fifth 1 (5) detectors and buffer cascades 2 (1) ... 2 (5) the number of detectors, a
В предлагаемом устройстве для построения ВЧ датчика могут быть использованы различные устройства, например:In the proposed device for constructing an RF sensor, various devices can be used, for example:
- резистивный мост, тогда для вычисления полного сопротивления антенн производится детектирование напряжений на резисторах моста (как в прототипе);- a resistive bridge, then to calculate the impedance of the antennas, the voltage is detected on the bridge resistors (as in the prototype);
- токовый трансформатор, в этом случае детектированию и дальнейшей микроконтроллерной обработке подвергаются напряжения с выводов вторичной обмотки трансформатора.- current transformer, in this case, the detection and further microcontroller processing are subjected to voltage from the terminals of the secondary winding of the transformer.
Детекторы могут быть выполнены с использованием микросхемы фирмы Analog Device, например, AD8099 или AD8361, обладающими хорошей линейностью в широком диапазоне частот. Для организации математических вычислений и осуществления управления, могут быть применены микроконтроллеры фирмы Freescale, в частности, микроконтроллер MC9S12DT256CPVE.The detectors can be made using an Analog Device chip, for example, AD8099 or AD8361, which have good linearity over a wide frequency range. For the organization of mathematical calculations and the implementation of control, microcontrollers from Freescale, in particular, the microcontroller MC9S12DT256CPVE, can be used.
Работа устройства осуществляется следующим образом: к РЧ входу измерительного блока подключается источник тестового сигнала (на Фиг. 1 не показан), а к РЧ выходу - антенно-фидерный тракт. Гармонический сигнал, снятый с контрольных точек ВЧ датчика, подается на вход буферных каскадов 2(1), 2(2), 2(3), 2(4), 2(5), обеспечивающих развязку по сопротивлению, а затем на входы соответствующих детекторов 1(1), 1(2), 1(3), 1(4), 1(5). Выпрямленные напряжения U1, U2, U3, U4, U5 с выходов детекторов поступают на аналого-цифровые входы микроконтроллера 3. В память микроконтроллера заранее внесены используемые в расчетах константы, а также формулы для определения величин вещественной и мнимой части сопротивления и КСВ в тракте, определяемые типом используемого ВЧ датчика 4. Например, в случае, если в качестве ВЧ датчика выступает резистивный измерительный мост, формулы для определения КСВ, вещественной (R) и мнимой (X) частей полного комплексного сопротивления антенны будут следующими:The operation of the device is as follows: the test signal source (not shown in Fig. 1) is connected to the RF input of the measuring unit, and the antenna-feeder path is connected to the RF output. A harmonic signal taken from the control points of the RF sensor is fed to the input of the buffer stages 2 (1), 2 (2), 2 (3), 2 (4), 2 (5), which provide isolation from the resistance, and then to the inputs of the corresponding detectors 1 (1), 1 (2), 1 (3), 1 (4), 1 (5). The rectified voltages U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 from the outputs of the detectors are fed to the analog-digital inputs of the
R=(2·cos(β)-Ko)·Zl/KoR = (2 cos (β) -Ko) Z l / Ko
, ,
где Ko, cos(β) - вспомогательные коэффициенты;where Ko, cos (β) are auxiliary coefficients;
R - действительная часть полного комплексного сопротивления антенны, Ом;R is the real part of the total complex resistance of the antenna, Ohm;
X - мнимая часть полного комплексного сопротивления антенны, Ом;X is the imaginary part of the total complex resistance of the antenna, Ohm;
sign - знак мнимой части полного комплексного сопротивления антенны;sign - sign of the imaginary part of the total complex antenna impedance;
U1, U2, U3, U4, U5 - детектированные значения напряжений, поступающие на вход микроконтроллера, В;U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 - the detected voltage values supplied to the input of the microcontroller, V;
Zl - волновое сопротивление линии, Ом.Z l - wave impedance of the line, Ohm.
Напряжения, необходимые для определения знака мнимой части полного сопротивления (U4 и U5) снимаются с четвертого 2(4) и пятого 2(5) буферных каскадов, и пропорциональны разности амплитудных значений двух пар сигналов, приходящих на вход данных буферных каскадов. При этом на вход данных буферных каскадов сигналы подаются через отрезки длинной линии 6(1) и 6(2), обеспечивающие фазовый сдвиг сравниваемых сигналов, и согласующие цепи 5(1) и 5(2), сформированные таким образом, чтобы коэффициент передачи согласующей цепи в рабочем диапазоне частот был пропорционален ослаблению сигнала в отрезках длинной линии 6(1), 6(2). Благодаря введению в схему согласующих цепей амплитуды сравниваемых сигналов изменяются в диапазоне частот пропорционально друг другу, что позволяет избежать присутствующего в прототипе частотно зависимого расхождения амплитуд сравниваемых сигналов, приводящее к неточному определению знака мнимой части сопротивления.The voltages necessary to determine the sign of the imaginary part of the impedance (U 4 and U 5 ) are removed from the fourth 2 (4) and fifth 2 (5) buffer stages, and are proportional to the difference in the amplitude values of two pairs of signals arriving at the input of these buffer stages. At the same time, the signals are fed to the input of the data of the buffer stages through the segments of the long line 6 (1) and 6 (2), which provide the phase shift of the compared signals, and matching circuits 5 (1) and 5 (2), formed in such a way that the matching coefficient circuit in the operating frequency range was proportional to the attenuation of the signal in the segments of the long line 6 (1), 6 (2). Due to the introduction of matching circuits into the circuit, the amplitudes of the compared signals vary in the frequency range proportionally to each other, which avoids the frequency-dependent discrepancy in the prototype amplitudes of the compared signals, leading to an inaccurate determination of the sign of the imaginary part of the resistance.
Предлагаемое устройство по сравнению с устройством-прототипом обладает следующими преимуществами:The proposed device compared with the prototype device has the following advantages:
- повышена точность определения знака мнимой части полного комплексного сопротивления антенны;- increased accuracy in determining the sign of the imaginary part of the total complex antenna resistance;
- число буферных каскадов, подключенных к высокочастотной части тракта, снижено с пяти до двух, что уменьшает вносимые искажения.- the number of buffer cascades connected to the high-frequency part of the path is reduced from five to two, which reduces the introduced distortion.
Список литературы:Bibliography:
1. И.В. Гончаренко. Антенны КВ и УКВ. Часть вторая. Основы и практика - М.:ИП РадиоСофт, журнал «Радио», 2005.1. I.V. Goncharenko. HF and VHF antennas. Part two. Fundamentals and practice - M.: IP RadioSoft, magazine "Radio", 2005.
2. А.А. Бурова А.Л. Калинин, В.Р. Леппа. Антенно-согласующее устройство. Патент РФ на полезную модель №114244 от 25.08.2011.2. A.A. Burova A.L. Kalinin, V.R. Leppa. Antenna matching device. RF patent for utility model No. 114244 of 08/25/2011.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013139296/28U RU136896U1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013139296/28U RU136896U1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU136896U1 true RU136896U1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49945259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013139296/28U RU136896U1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU136896U1 (en) |
-
2013
- 2013-08-23 RU RU2013139296/28U patent/RU136896U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2843953C (en) | An adaptive voltage divider with corrected frequency characteristic for measuring high voltages | |
US7511468B2 (en) | Harmonics measurement instrument with in-situ calibration | |
CN106066425B (en) | A kind of impedance measurement device and its method for realizing compensation for calibrating errors | |
US20020153901A1 (en) | Method and apparatus for in-circuit impedance measurement | |
CN106093572B (en) | High-precision phase position detection circuit and its method for self-calibrating based on integrated phase discriminator AD8302 | |
CN206725656U (en) | LCR RF impedance testers | |
CN204595094U (en) | Binary channels phase Difference Measuring System | |
US10203361B2 (en) | Method and apparatus for electrical impedance measurements | |
US7768271B2 (en) | Method for calibration of a vectorial network analyzer having more than two ports | |
US5463323A (en) | Impedance meter | |
US3034044A (en) | Electrical bridge | |
CN110082603A (en) | A kind of inductance measurement device based on SERDES technology | |
CN105699772B (en) | A kind of verification method and its device of orthogonal reference phase | |
RU136896U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE FULL COMPLEX ANTENNA RESISTANCE | |
Parimala et al. | FPGA based power quality monitoring using FFT method for single phase power metering | |
Analyzers | THE UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA | |
EP1460437A1 (en) | Power measurement apparatus and method therefor | |
US2649571A (en) | Bridge for resistance measurement | |
US20080125999A1 (en) | Method for calibration of a vectorial network analyzer | |
RU181435U1 (en) | ANTENNA-ACCORDING DEVICE WITH A CALCULATION SETTING ALGORITHM | |
JP2016519299A (en) | Object search device and metal object and / or magnetizable object localization method | |
RU194888U1 (en) | STAND FOR MEASURING PULSE AND FREQUENCY CHARACTERISTICS OF ULTRAWIDEBAND OBJECTS | |
Hall | How electronics changed impedance measurements | |
RU2022284C1 (en) | Method of determination of complex parameters of shf devices | |
RU142638U1 (en) | ANTENNAED AGREEMENT DEVICE WITH INCREASED FAST SPEED |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190824 |