RU1805407C - Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network - Google Patents

Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network

Info

Publication number
RU1805407C
RU1805407C SU904810990A SU4810990A RU1805407C RU 1805407 C RU1805407 C RU 1805407C SU 904810990 A SU904810990 A SU 904810990A SU 4810990 A SU4810990 A SU 4810990A RU 1805407 C RU1805407 C RU 1805407C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
integrator
output
measuring
analog
Prior art date
Application number
SU904810990A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Жуков
Юрий Юрьевич Кудряшов
Алексей Арленович Львов
Александр Анатольевич Моржаков
Original Assignee
Особое Конструкторское Бюро При Производственном Объединении "Тантал"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Особое Конструкторское Бюро При Производственном Объединении "Тантал" filed Critical Особое Конструкторское Бюро При Производственном Объединении "Тантал"
Priority to SU904810990A priority Critical patent/RU1805407C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1805407C publication Critical patent/RU1805407C/en

Links

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может использоватьс  дл  измерени  модул  и-фазы комплексного коэффициента отражени  двухполюсников СВЧ. Цель изобретени  - повышение точности и сокращение времени измерений. Устройство содержит генератор СВЧ-сигнала, многофазовый датчик, коммутатор, синхронный детектор, интегратор, синхронизатор, аналого-цифро- вой преобразователь и блок обработки и управлени . Повышение точности достигаетс  благодар  выбору рассто ни  между зондами датчика, кратного 2М-части длины волны, где N-число зондов, а сокращение времени измерений - за счет введени  синхронного детектора, интегратора и синхронизатора . 1 ил.The invention relates to a radio measurement technique and can be used to measure the modulus and phase of the complex reflection coefficient of microwave bipolar. The purpose of the invention is to increase accuracy and reduce measurement time. The device comprises a microwave signal generator, a multiphase sensor, a switch, a synchronous detector, an integrator, a synchronizer, an analog-to-digital converter, and a processing and control unit. An increase in accuracy is achieved by choosing the distance between the probe probes that is a multiple of the 2M part of the wavelength, where N is the number of probes, and the reduction in measurement time is due to the introduction of a synchronous detector, integrator and synchronizer. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике СВЧ и может быть использовано дл  измерени  комплексного коэффициента отражени  в СВЧ-трактах, а также может примен тьс  в электронной промышленности дл  автоматизации процесса измерени  модул  и фазы коэффициента отражени  СВЧ- нагрузки.The invention relates to microwave measurement technology and can be used to measure the complex reflection coefficient in microwave paths, and can also be used in the electronics industry to automate the process of measuring the module and phase of the reflection coefficient of a microwave load.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и сокращение времени измерени .The purpose of the invention is to improve measurement accuracy and reduce measurement time.

Предлагаемое устройство дл  измерени  модул  и фазы коэффициента отражени  в СВЧ-трактах отличаетс  от прототипа следующими конструктивными признаками:The proposed device for measuring the module and phase of the reflection coefficient in microwave paths differs from the prototype in the following design features:

1. Оптимальным расположением датчиков , при котором рассто ни  между соседними датчиками пр мо пропорциональны длине волны в СВЧ-тракте и обратно пропорциональны числу датчиков.1. The optimal arrangement of sensors, in which the distances between adjacent sensors are directly proportional to the wavelength in the microwave path and inversely proportional to the number of sensors.

2, Введением измерител -преобразовател ..2, the introduction of the transducer meter ..

В измерительной линии устройства, используемого дл  измерений полных сопротивлений и коэффициента сто чей волны в широком диапазоне частот, имеетс  признак , сходный с первым признаком за вл емого устройства: часть датчиков измерительной линии расположена на произвольных одинаковых рассто ни х друг от друга. Расширение динамического и частотного диапазона достигаетс  за счетустанов- лени  двух дополнительных датчиков в плоскост х присоединени  измерительной линии к СВЧ-генератору и к исследуемой нагрузке, Однако данна  измерительна  лини  не позвол ет производить измерени  с максимально возможной точностью в смысле минимума среднеквадратической ошибки ни на одной частоте из рабочего диапазона. По00In the measuring line of the device used for measuring the impedances and standing wave coefficient over a wide frequency range, there is a feature similar to the first feature of the claimed device: a part of the sensors of the measuring line are located at arbitrary equal distances from each other. The expansion of the dynamic and frequency range is achieved by installing two additional sensors in the planes of connecting the measuring line to the microwave generator and to the load under study. However, this measuring line does not allow measurements to be made with the highest possible accuracy in the sense of minimizing the mean square error at any frequency out of working range. By00

о ел N о VIo e N o VI

вышение точности достигаетс  только в реднем по диапазону. Размещение в изерительной линии за вл емого устройства всех датчиков на указанных рассто ни х позвол ет производить измерени  с минимально возможной среднаквадратической шибкой на заданной частоте.improved accuracy is achieved only in the modest range. Placing all the sensors at the indicated distances in the measuring line of the claimed device allows measurements to be made with the smallest possible mean-square error at a given frequency.

Известно устройство, имеющее признак, сходный со вторым признаком, отличающим за вл емое устройство от прототипа. Устройство содержит последовательно соединенные аналоговый перемножитель и интегратор и примен етс  дл  оценки амплитуды сигнала известной формы. В за вл емом устройстве измеритель-преобразователь состоит из последовательно соединенных синхронного детектора, интегратора и АЦП, управл емых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществл ет амплитудную модул цию генератора. В качестве аналогового перемножител  здесь используетс  синхронныйдетектор . Применение в за вл емом устройстве измерител -преобразовател  состоит из последовательно соединенных синхронного детектора, интегратора и АЦП, управл емых синхронизатором, причем синхронизатор одновременно осуществл ет амплитудную модул цию генератора. В качестве аналогового перемножител  здесь используетс  синхронный детектор. Применение в за вл емом устройстве измерител - преобразовател  одновременно с оценкой амплитуды сигнала позвол ет устранить переходные процессы при последовательном опросе датчиков, что сокращает врем  измерени .A device is known having a feature similar to the second feature distinguishing the claimed device from the prototype. The device comprises an analog multiplier and an integrator connected in series and is used to estimate the amplitude of a signal of a known shape. In the claimed device, the measuring transducer consists of a series-connected synchronous detector, an integrator and an ADC controlled by a synchronizer, the synchronizer simultaneously performing amplitude modulation of the generator. As an analog multiplier, a synchronous detector is used here. The use in the inventive device of a measuring transducer consists of a series-connected synchronous detector, an integrator and an ADC controlled by a synchronizer, the synchronizer simultaneously performing amplitude modulation of the generator. As an analog multiplier, a synchronous detector is used here. The use of a measuring transducer in the inventive device simultaneously with the estimation of the signal amplitude allows eliminating transients during sequential interrogation of sensors, which reduces the measurement time.

Анализ свойств за вл емого и известных решений показываетс , что у за вл емого устройства по вл етс  ново.е свойство, не совпадающее со свойствами известных решений, - возможность проведени  измерений с максимально возможной точностью на заданной частоте и одновременным сокращением времени измерени  модул  иAn analysis of the properties of the claimed and known solutions shows that the claimed device has a new property that does not coincide with the properties of the known solutions - the ability to take measurements with the greatest possible accuracy at a given frequency and at the same time reduce the measurement time of the module and

фазы коэффициента отражени  СВЧ нагрузки .microwave reflectance phase.

На чертеже представлена блок-схемаThe drawing shows a block diagram

за вл емого устройства.The claimed device.

Устройство .содержит генератор СВЧ сигналов 1, соединенный с измерительным трактом 2, вдоль которого расположены измерительные датчики 3. К выходу измери- тельного тракта 2 подключена нагрузка 4, Выходы измерительных датчиков 3 через коммутатор 5 соединены с измерителем- преобразователем 6. Измеритель-преобразователь 6 состоит из Синхронного детектора 7, интегратора б/синхронизатора 9 и аналого-цифрового преобразрвател  (АЦП) 10, причем синхронный детектор 7,The device. Contains a microwave signal generator 1 connected to the measuring path 2, along which the measuring sensors 3 are located. A load 4 is connected to the output of the measuring path 2, the outputs of the measuring sensors 3 are connected to the measuring transducer 6 through the switch 5 6. Measuring transducer 6 consists of a synchronous detector 7, an integrator b / synchronizer 9 and an analog-to-digital converter (ADC) 10, and the synchronous detector 7,

интегратор 8 и АЦП 10 соединены последовательно , а к управл ющим входам каждого из них подсоединены выходы синхронизатора 9. Измеритель-преобразователь 6 сое- динен также с блоком управлени  11, выключателем 12 и генератором СВЧ сигналов 1. Блок управлени  11 соединен с коммутатором 5, а АЦП 10 с вычислителем 12.the integrator 8 and the ADC 10 are connected in series, and the outputs of the synchronizer 9 are connected to the control inputs of each of them. The measuring transducer 6 is also connected to the control unit 11, the switch 12 and the microwave signal generator 1. The control unit 11 is connected to the switch 5, and ADC 10 with calculator 12.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Генератором СВЧ 1 и нагрузкой 4 создаетс  сто ча  волна в измерительном тракте 2. Синхронизатор 9 осуществл ет амплитудную . модул цию генератора 1. Сигналы с выходов датчиков, пропорциональные квадратам напр жений сто чей волны в местах их расположени , поступают через управл емый блоком управлени  11 коммутаторA microwave wave generator 1 and a load 4 generate a stagnation wave in the measuring path 2. The synchronizer 9 implements an amplitude one. modulation of the generator 1. Signals from the outputs of the sensors, proportional to the squares of the voltages of the standing wave at their locations, are fed through a switch controlled by the control unit 11

5 на измеритель-преобразователь 6, где преобразуетс  с помощью синхронного детектора 7, интегратора 8, синхронизатора 9 и АЦП 10 следующим образом. После команды начала преобразовани , поступающей от бло«а управлени  11 в течение времени Ti, производитс  сброс интегратора 8, затем в течение времени Та производитс  интегрирование сигнала с выхода синхронного детектора 7, после чего выход синхронного5 to a transducer 6, where it is converted using a synchronous detector 7, an integrator 8, a synchronizer 9, and an ADC 10 as follows. After the start of the conversion command received from the control unit 11 during the time Ti, the integrator 8 is reset, then during the time Ta the signal is integrated from the output of the synchronous detector 7, after which the output of the synchronous

детектора отключаетс  от входа интегратора , и сигнал с выхода интегратора преобразуетс  в цифровую форму с помощью АЦП 10. На вычислитель 12 передаетс  результат измерени  и уведомлени  об окончанииthe detector is disconnected from the input of the integrator, and the signal from the output of the integrator is digitized using the ADC 10. The measurement result and notification of the end are transmitted to the calculator 12

преобразовани . Вычислитель производит обработку измерительной информации по формулам. Синхронизатор 9 формирует сигнал амплитудной модул ции СВЧ-генерато- ра, опорное напр жение синхронногоtransformations. The calculator processes the measurement information using the formulas. The synchronizer 9 generates a signal of amplitude modulation of the microwave generator, the reference voltage of the synchronous

детектора и сигналы управлени  интегратором .detector and integrator control signals.

Макет установки выполнен на базе мик- роЭВМ Электроника-60, используемой в качестве блока управлени  11 и вычислител  12. В качестве генератора 1 используетс  генератор СВЧ Г4-79.The layout of the installation is based on the Electronics-60 microcomputer, used as a control unit 11 and a computer 12. As a generator 1, a microwave generator G4-79 is used.

Измерительный тракт 2 выполнен на основе волновода сечением 45 х 90 с коакси- ально-волновым переходом дл  соединени The measuring path 2 is based on a 45 x 90 waveguide with a coaxial-wave transition for connecting

с генератором 1 и фланцем дл  присоединени  нагрузки 4. Восемь датчиков 3 () размещены вдоль широкой стенки волновода на рассто нии 54,5 мм друг от друга (что соответствует , ,53 см) и содержатwith a generator 1 and a flange for connecting the load 4. Eight sensors 3 () are placed along the wide wall of the waveguide at a distance of 54.5 mm from each other (which corresponds to, 53 cm) and contain

элемент .св зи - погруженный в волновод штырь, аттенюатор и детекторный диод М33402-7. Коммутатор 5 и измеритель-преобразователь 6 смонтированы на встраиваемой в микроЭВМ Электроника-60 унифицированной плате интерфейса И5.communication element - a pin, an attenuator and a detector diode M33402-7 immersed in the waveguide. Switch 5 and measuring transducer 6 are mounted on the integrated I5 interface board integrated into the Microelectronics-60 microcomputer.

Коммутатор 5 и синхронный детектор 7 выполнены на аналоговых ключах микросхем серии К590, в интеграторе 8 используетс  операционный усилитель серии К140 и аналоговые ключи серии К590, АЦП выполнен на микросхеме К572, синхронизатор 9 состоит из тактового генератора и таймеров, выполненных на микросхемах серии К155. Св зь коммутатора 5 и измерител -преобразовател  6 с интерфейсом Обща  шина микроЭВМ осуществл етс  через унифицированный интерфейс И5 Электроника-60.Switch 5 and synchronous detector 7 are made on analog keys of K590 series microchips, integrator 8 uses K140 series operational amplifier and analog keys of K590 series, ADC is made on K572 microchip, synchronizer 9 consists of a clock generator and timers made on K155 series microchips. Communication between the switch 5 and the measuring transducer 6 with the interface The common bus of the microcomputer is carried out through the unified interface I5 Electronics-60.

Устройство позвол ет:The device allows you to:

1. Обеспечить требуемую точность измерени  модул  и фазы коэффициента отражени  СВЧ-иагрузки на заданной частоте выбором необходимого числа N оптимально расположенных датчиков. При этом, за счет подбора параметра расположени  датчиков К, можно провести удобный дл  технической реализации выбор расположени  датчиков . Используемое расположение датчиков минимизирует детерминат матрицы (Z-Z)(Z-Z)T ошибок измерени  амплитуды сто чей волны, модул  и фазы коэффициента отражени  нагрузки, котора  дл  предлагаемого устройства имеет вид:1. Ensure the required measurement accuracy of the module and phase of the reflection coefficient of the microwave load at a given frequency by selecting the required number N of optimally located sensors. In this case, due to the selection of the parameter of the location of the sensors K, it is possible to make a convenient arrangement of sensors for technical implementation. The used arrangement of the sensors minimizes the determinate of the matrix (Z-Z) (Z-Z) T of errors of measurement of the amplitude of the standing wave, module and phase of the reflection coefficient of the load, which for the proposed device has the form:

матрицы R ошибок за вл емого устройства с соответствующими матрицами ошибок аналога и прототипа дает увеличение точности измерений модул  и фазы коэффициен- 5 та отражени  в СВЧ трактах в N/3 раз относительно аналога и на 10-12% по сравнению с прототипом.the error matrices R of the claimed device with the corresponding error matrices of the analogue and prototype gives an increase in the accuracy of measurements of the module and phase of the reflection coefficient 5 in microwave paths by N / 3 times relative to the analogue and by 10-12% compared with the prototype.

2. Увеличить скорость измерений в 4,5- 8 раз по сравнению с прототипом в зависи0 мости от требуемой точности измерени  напр жени  датчиков. Сокращение времени измерени  достигаетс  за счет исключени  переходных процессов, имеющих место в примен емых в аналоге и прототипе пре5 образовател х, Дл  одинаковых дисперсий ошибок, измер емых напр жений датчиков посто нна  времени Т должна равн тьс  времени интегрировани . Т2 интегратора, при этом врем  переходного процесса Тп2. Increase the measurement speed by 4.5-8 times in comparison with the prototype, depending on the required accuracy of measuring the voltage of the sensors. The reduction of the measurement time is achieved by eliminating the transients that occur in the converters used in the analogue and prototype. For the same variances of errors, the measured voltage of the sensors, the time constant T should be equal to the integration time. T2 integrator, while the transition process Tn

0 составл ет е , где Ј - относительна  точность измерени . Дл  за вл емого устройства, содержащего измеритель-пре- образователь, врем  измерени  сигнала датчика равно: Т Т1Н-Т2+Тдцп, где Тдцп 5 врем  аналого-цифрового преобразовател . Обычно Ti « Тдцп « Т2, при этом увеличение скорости опроса датчиков составл ет e раз. Например, при 7-разр дном АЦП Е и ,5 при0 is e, where Ј is the relative measurement accuracy. For an inventive device comprising a transducer, the measurement time of the sensor signal is: T T1H-T2 + Tdzh, where Tdzh 5 is the time of the analog-to-digital converter. Typically, Ti > T > T2, with an increase in sensor interrogation rate of e times. For example, with a 7-bit ADC E and, 5 with

0 12-разр дном АЦП е 3 х , . При отношении сигнал/шум в блоке обработки менее 10-14 дБ в прототипе применение измерител -преобразовател  позвол ет получать несмещенные оценки амплитуд0 12-bit ADC e 3 x,. When the signal-to-noise ratio in the processing unit is less than 10-14 dB in the prototype, the use of a measuring transducer makes it possible to obtain unbiased estimates of the amplitudes

5 сигналов с датчиков, что улучшает точность измерени  модул  и фазы коэффициента отражени .5 signals from sensors, which improves the accuracy of measurement of the module and phase of the reflection coefficient.

,/-г, / - g

Z(p, G,(p) -вектор рассчитанных значений параметров; Z(p, G, р)т - вектор их истинных значений; Р - квадрат амплитуды напр жени  датчиков; G,-tp- модуль и фаза коэффициента отражени  нагрузки; N - число датчиков; сг-дисперси  ошибок измерени  амплитуд сигналов датчиков; Е .,. - оператор математического ожидани . Расположение , минимизирующее детерминат матрицы ошибок, пропорциональный квадрату эллипсоида ошибок измерени , представл ет собой D - оптимальный план эксперимента в методе наименьших квадратов и обеспечивает независимость ошибок измерени  модул  и фазы, что  вл етс  важным достоинством предлагаемого расположени  датчиков по сравнению с анало- .гом и прототипом. Сравнительный анализZ (p, G, (p) is the vector of calculated parameter values; Z (p, G, p) t is the vector of their true values; P is the square of the voltage amplitude of the sensors; G, -tp is the module and phase of the reflection coefficient of the load; N is the number of sensors; c is the dispersion of errors in measuring the amplitudes of the sensor signals; E.,. Is the operator of mathematical expectation. The location that minimizes the determinate of the error matrix proportional to the square of the ellipsoid of measurement errors is D - the optimal experimental design in the least squares method and provides measurement error independence module and phase, which is an important advantage of the proposed arrangement of sensors compared to analog. and prototype.

40,40,

Claims (1)

Формула изобретени The claims Устройство дл  измерени  коэффициента отражени  двухполюсника СВЧ, содержащее последовательно соединённые генератор СВЧ-сигнала и многозондовый A device for measuring the reflection coefficient of a two-port microwave, comprising serially connected microwave signal generator and multi-probe датчик, выход которого  вл етс  выходом дл  подсоединени  исследуемого двухпо- л юсника, а выходы зондов соединены с входами коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и управлени , первый управл ющий выход которого соединен с управл ющим входом-коммутатора, о т л ич а ю щ е ее   тем,.что, с целью повышени  точности и сокращени  времени измерени ,a sensor, the output of which is an output for connecting the studied two-pole receiver, and the outputs of the probes are connected to the inputs of the switch, the analog-to-digital converter and the processing and control unit are connected in series, the first control output of which is connected to the control input of the switch, from moreover, that, in order to improve accuracy and reduce measurement time, выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразовател  через введенные последовательно соединенные синхронный детектор и интегратор, опорные входы синхронного детектора.the output of the switch is connected to the input of the analog-to-digital converter through the synchronous detector and integrator introduced in series, the reference inputs of the synchronous detector. интегратора и аналого-цифрового преобразовател  соединены соответственно с первым , вторым и третьим выходами введенного синхронизатора, четвертый выход которого подсоединен к управл ющему входу генератора СВЧ-сигнала, а вход - к второму допол- нительному выходу блока обработки иthe integrator and the analog-to-digital converter are connected respectively to the first, second, and third outputs of the introduced synchronizer, the fourth output of which is connected to the control input of the microwave signal generator, and the input is connected to the second additional output of the processing unit and управлени , при этом рассто ни  UL между зондами многозондового датчика выбраны из соотношени  K/2N, где N - число зондов, , A - длина волны в многозондовом датчике, К - целое число, не кратное N/2.control, while the UL distance between the probes of the multi-probe sensor is selected from the ratio K / 2N, where N is the number of probes, A is the wavelength in the multi-probe sensor, K is an integer multiple of N / 2.
SU904810990A 1990-04-04 1990-04-04 Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network RU1805407C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904810990A RU1805407C (en) 1990-04-04 1990-04-04 Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904810990A RU1805407C (en) 1990-04-04 1990-04-04 Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1805407C true RU1805407C (en) 1993-03-30

Family

ID=21506528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904810990A RU1805407C (en) 1990-04-04 1990-04-04 Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1805407C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1133564.кл. G 01 R 27/06, 1985. Авторское свидетельство СССР № 985751, кл. G 01 R 27/06, 1982. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6556930B2 (en) Vector network analyzer
Van den Broeck et al. Calibrated vectorial nonlinear-network analyzers
US6421624B1 (en) Multi-port device analysis apparatus and method and calibration method thereof
US4665403A (en) Method and apparatus for level measurement with microwaves
JP5620646B2 (en) System and method for on-line phase calibration
CN102571483A (en) Integrated network parameter tester and test method applied to pulse regime
CN108107273B (en) Device and method for testing capacitance and resistance value
WO2014182669A1 (en) Vector network power meter
CN110581741B (en) Standing wave abnormal position detection method, equipment and medium
Hayden et al. Calibration methods for time domain network analysis
US7030627B1 (en) Wideband complex radio frequency impedance measurement
US6484124B1 (en) System for measurement of selected performance characteristics of microwave components
EP3574331B1 (en) An interferometric iq-mixer/dac solution for active, high speed vector network analyser impedance renormalization
RU1805407C (en) Device for measuring reflection factor of microwave two-terminal network
US6867600B1 (en) Electronic circuit and method for testing a line
Solopekina et al. Application of the uncertainty method for analysis of multi-port correlator accuracy
KR19980069966A (en) RMS converter using digital filtering
Brantervik et al. A new four-port automatic network analyzer: Part I-Description and performance
RU2734902C1 (en) Method of measuring input and mutual resistance of antennas in frequency band
Bertocco et al. Robust and accurate real-time estimation of sensors signal parameters by a DSP approach
CN110823140B (en) Demodulator and demodulation method based on frequency mixer and power detector strain sensor
SU1141344A2 (en) Method of measuring parameters of through-type uhf elements
RU2648746C1 (en) Device for measuring absolute integrated coefficients of the transmission of microwaves
SU1083129A1 (en) Method of determination of losses in small-size aerials
KR20110087380A (en) Apparatus for measuring dielectric constant in wide bandwidth and measuring method thereof