RU194888U1

RU194888U1 - STAND FOR MEASURING PULSE AND FREQUENCY CHARACTERISTICS OF ULTRAWIDEBAND OBJECTS

Info

Publication number: RU194888U1
Application number: RU2019127213U
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Малютин; Вячеслав Николаевич Федоров
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2019-12-26

Abstract

Полезная модель относится к измерительным приборам в области радиотехники и предназначена для определения импульсных характеристик, полных комплексных сопротивлений, коэффициентов стоячей волны различных объектов - сверхширокополосных антенн, трактов передачи разного типа, и может быть использована при построении антенно-согласующих устройств. Техническим результатом является увеличение точности измерений импульсных и частотных характеристик сверхширокополосных объектов типа антенн ШПС и трактов передачи разных типов в сверхширокой полосе частот, включая СВЧ. Полезная модель представляет собой стенд, содержащий сверхширокополосный двойной направленный мост, вход которого соединен с импульсным генератором, выход соединен со сверхширокополосным объектом, а порты отраженного и падающего импульсов подключены к первому и второму входу коммутатора, соответственно.The utility model relates to measuring devices in the field of radio engineering and is intended to determine impulse characteristics, total complex resistances, standing wave coefficients of various objects - ultra-wideband antennas, transmission paths of various types, and can be used in the construction of antenna matching devices. The technical result is to increase the accuracy of the measurement of pulsed and frequency characteristics of ultra-wideband objects such as antenna antennas and transmission paths of various types in an ultra-wide frequency band, including microwave. The utility model is a stand containing an ultrawideband double directional bridge, the input of which is connected to a pulse generator, the output is connected to an ultrawideband object, and the ports of the reflected and incident pulses are connected to the first and second input of the switch, respectively.

Description

Стенд относится к области радиотехники, в частности к измерительным приборам, и предназначен для определения импульсных характеристик, полных комплексных сопротивлений, коэффициентов стоячей волны различных объектов - сверхширокополосных антенн, трактов передачи разного типа, и может быть использован при построении антенно-согласующих устройств.The stand relates to the field of radio engineering, in particular to measuring devices, and is designed to determine the impulse characteristics, total complex resistances, standing wave coefficients of various objects - ultra-wideband antennas, transmission paths of various types, and can be used in the construction of antenna matching devices.

В литературе [Глебович Г.В. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов. М.: Радио и связь, 1984.] рассмотрены некоторые способы построения устройств для обнаружения неоднородностей в сверхширокополосном тракте передачи на основе рефлектрометров. Основными элементами этих устройств являются генератор зондирующих (измерительных) импульсов, широкополосный стробоскопический смеситель, стробоскопический осциллограф, к которым подключается объект измерения. Из-за того, что они могу определить только полное импульсное напряжение на входе объекта измерения, они не могут измерить, например, комплексное сопротивление тракта, так как, в основном, они являются индикаторными устройствами и не предназначены для измерений коэффициента стоячей волны, импульсных характеристик, что является их недостатком.In the literature [Glebovich G.V. Investigation of objects using picosecond pulses. M .: Radio and communication, 1984.] some methods of constructing devices for detecting inhomogeneities in an ultra-wideband transmission path based on reflectometers are considered. The main elements of these devices are a probe (measuring) pulse generator, a broadband stroboscopic mixer, a stroboscopic oscilloscope, to which the measurement object is connected. Due to the fact that they can only determine the total impulse voltage at the input of the measurement object, they cannot measure, for example, the complex resistance of the path, since, basically, they are indicator devices and are not designed to measure the standing wave coefficient, impulse characteristics , which is their disadvantage.

Известен измеритель параметров двухполюсников по патенту РФ №2247398 на изобретение. Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого подключен к ветви, состоящей из последовательно соединенных двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов, каждый из этих двухполюсников содержит параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора, второй вход его подключен к первому выходу генератора прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, включенный между выходом аналогового сумматора и первым входом нуль-индикатора, второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов - выходом синхронизации, отличающийся тем, что вход инвертирующего усилителя соединен с общим выводом двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов.Known meter parameters bipolar according to the patent of Russian Federation №2247398 for the invention. A two-terminal parameter meter containing a rectangular pulse generator, the first output of which is connected to a branch consisting of a two-terminal object of the measurement object and two-terminal adjustable elements, each of these two-terminal contains a resistor and a capacitor connected in parallel, an inverting amplifier, the output of which is connected to the first input of a two-input analog the adder, its second input is connected to the first output of the rectangular pulse generator, a separation capacitor connected between the output of the analog adder and the first input of the null indicator, the second input of the null indicator — the synchronization input is connected to the second output of the rectangular pulse generator — the synchronization output, characterized in that the input of the inverting amplifier is connected to the common output of the two-terminal object of measurement and the two-terminal of adjustable elements .

К недостаткам устройства можно отнести то, что измеритель не может работать в области СВЧ. Кроме того, для измерения параметров двухполюсника требуется проведение нескольких измерений, уравновешивание моста сопровождается переходными процессами, что значительно увеличивает время измерения, что также является его недостатком.The disadvantages of the device include the fact that the meter cannot work in the microwave region. In addition, to measure the parameters of a two-terminal network, several measurements are required; balancing the bridge is accompanied by transients, which significantly increases the measurement time, which is also its drawback.

Известно устройство для измерения полного комплексного сопротивления антенн по патенту РФ №136896 на полезную модель, содержащее первый, второй, третий, четвертый и пятый детекторы и буферные каскады по числу детекторов, при этом выходы буферных каскадов подключены к 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 с 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 integrated resistance of antennas according to the patent of the Russian Federation No. 136896 for a utility model containing the first, second, third, fourth and fifth detectors and buffer cascades by 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 serial port of which is a control port, while the second inputs of the first and second buffer stages are grounded, different the fact that a high-frequency sensor is introduced, as well as 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 stage and the output of the first buffer stage, and the first end of the second segment of the long line is connected to the first matching circuit, the second input of 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 chains.

Недостатком данного технического решения является узкополосность и, как следствие, невозможность определения импульсных характеристик.The disadvantage of this technical solution is the narrowband and, as a consequence, the impossibility of determining the impulse characteristics.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство оценки количественных и статистических характеристик внутренних неоднородностей электрических кабелей, по патенту РФ №97831 на полезную модель, содержащее генератор зондирующих импульсов и устройство согласования, выходом связанное с приемником, содержащим усилитель и АЦП, вычислительный блок, содержащий процессор, соединенный входом/выходом с блоком памяти, причем соответствующими входом и выходом вычислительный блок связан соответственно с выходом и соответствующими входами приемника и входом блока индикации, отличающееся тем, что оно содержит блок подключения, выполненный, по меньшей мере, с двумя раздельными входами/выходами со стороны кабеля, которыми являются соответствующими входами/выходами упомянутого устройства согласования, входящего в блок подключения, содержащий также дифференциальную систему, входом соединенную с выходом генератора зондирующих импульсов, а входом/выходом - с выходом/входом устройства согласования, в приемник введен блок памяти рефлектограмм, соответствующим входом соединенный с выходом АЦП, соответствующим входом соединенного с выходом усилителя, вычислительный блок дополнительно содержит последовательно соединенные корректор искажений, амплитудный корректор, блок статистической обработки, соответствующие входы/выходы которого подключены к выходам/входам коррелятора и процессора, управляющий выход которого соединен с управляющими входами амплитудного корректора, корректора искажений, блока памяти рефлектограмм и усилителя приемника, генератора зондирующих импульсов и устройства согласования блока подключения, причем выход дифференциальной системы и соответствующий выход устройства согласования блока подключения подключены к соответствующим входам усилителя, являющимся входами приемника, выход блока памяти рефлектограмм, являющийся выходом приемника, подключен к входу вычислительного блока, которым является вход корректора искажений, а выход вычислительного блока, которым является выход блока статистической обработки, подключен к входу блока индикации. Здесь дифференциальная система выделяет отраженный сигнал, а за амплитуду падающего сигнала принимается половина амплитуды зондирующего сигнала в режиме холостого хода. По ним компьютер вычисляет характеристики неоднородностей.Closest to the claimed technical solution is a device for evaluating the quantitative and statistical characteristics of internal heterogeneities of electric cables, according to the patent of the Russian Federation No. 97831 for a utility model containing a probe pulse generator and a matching device, the output associated with a receiver containing an amplifier and ADC, a computing unit containing a processor connected by an input / output to a memory unit, the corresponding computing input and output of the computing unit being connected to the output and correspondingly the incoming inputs of the receiver and the input of the display unit, characterized in that it contains a connection unit made with at least two separate inputs / outputs from the cable side, which are the corresponding inputs / outputs of the said matching device, which is also included in the connection unit, a differential system connected by an input to the output of the probe pulse generator, and by an input / output - with the output / input of a matching device, a trace memory unit corresponding to connected to the ADC output corresponding to the input of the amplifier connected to the output, the computing unit additionally contains a series-connected distortion corrector, an amplitude corrector, a statistical processing unit, the corresponding inputs / outputs of which are connected to the outputs / inputs of the correlator and the processor, the control output of which is connected to the control inputs amplitude corrector, distortion corrector, trace memory block and receiver amplifier, probe pulse generator and device with lasovaniya connection block, and the output of the differential system and the corresponding output of the matching device of the connection block are connected to the corresponding inputs of the amplifier, which are the inputs of the receiver, the output of the trace memory block, which is the output of the receiver, is connected to the input of the computing unit, which is the input of the distortion corrector, and the output of the computing unit , which is the output of the statistical processing unit, is connected to the input of the display unit. Here, the differential system selects the reflected signal, and the amplitude of the incident signal is half the amplitude of the probing signal in idle mode. Using them, the computer calculates the characteristics of heterogeneity.

Недостатком данного технического решения является низкая точность, невозможность определения импульсных характеристик и невозможность работы в области СВЧ.The disadvantage of this technical solution is the low accuracy, the impossibility of determining the impulse characteristics and the inability to work in the microwave field.

Целью предлагаемого решения является увеличение точности измерений импульсных и частотных характеристик сверхширокополосных объектов типа антенн ШПС и трактов передачи разных типов в сверхширокой полосе частот, включая СВЧ.The aim of the proposed solution is to increase the accuracy of measurements of the impulse and frequency characteristics of ultra-wideband objects such as antennas and the transmission channels of various types in the ultra-wide frequency band, including microwave.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемый стенд включает в себя сверхширокополосный двойной направленный мост, описанный в [В.Н. Федоров, Н.Б. Дроботун, Ф.А. Михеев, Н.Д. Малютин. Устройство разделения падающих и отраженных импульсных сигналов нано и пикосекундной длительности // ж. Приборы и техника эксперимента, 2017, №1, с. 64-67], схема которого показана на фиг. 1. Сверхширокополосный двойной направленный мост работает следующим образом. При подаче импульса от генератора зондирующих импульсов на порт Вх его часть, пропорциональная напряжению падающей волны ответвляется в порт Отр. Проходя далее по устройству, импульс достигает порта Вых, частично или полностью отражается от исследуемого объекта и поступает на порт Отр в виде отраженного сигнала. Величина и форма отраженного сигнала определяется параметрами исследуемого объекта, подключенного к порту Вых. В качестве исследуемого объекта могут быть различные сверхширокополосных объектов типа антенн и трактов передачи разных типов.This goal is achieved in that the inventive stand includes an ultra-wide double directional bridge described in [V.N. Fedorov, N.B. Drobotun, F.A. Mikheev, N.D. Malyutin. A device for separating incident and reflected pulsed signals of nano and picosecond duration // g. Instruments and experimental equipment, 2017, No. 1, p. 64-67], a diagram of which is shown in FIG. 1. Ultra-wide double directional bridge operates as follows. When a pulse is supplied from the probe pulse generator to port Bx, a part of it, proportional to the incident wave voltage, branches into the Otr port. Passing further along the device, the pulse reaches the Output port, is partially or completely reflected from the studied object and arrives at the OTP port in the form of a reflected signal. The magnitude and shape of the reflected signal is determined by the parameters of the investigated object connected to the output port. As the object under investigation there can be various ultrawideband objects such as antennas and transmission paths of different types.

Главное преимущество такого устройства на основе направленных мостов в сравнении с устройствами на связанных линиях передачи заключается в сверхширокополосности за счет способности работать в низкочастотном диапазоне при малых размерах и массе.The main advantage of such a device based on directional bridges in comparison with devices on connected transmission lines is its ultra-wide bandwidth due to the ability to work in the low-frequency range with small dimensions and weight.

Структурная схема предлагаемого стенда представлена на фиг. 2 и включает в себя генератор зондирующих импульсов 1, сверхширокополосный двойной направленный мост 2, исследуемый объект 3, коммутатор 4, осциллограф 5 и блок управления 6. Все элементы устройства находятся в конструктивном единстве и скреплены между собой.The structural diagram of the proposed stand is presented in FIG. 2 and includes a probe pulse generator 1, an ultra-wide double directional bridge 2, an object under investigation 3, a switch 4, an oscilloscope 5, and a control unit 6. All elements of the device are in structural unity and are fastened together.

Стенд работает следующим образом. Генератор 1 формирует зондирующий импульс заданной амплитуды и длительности. Коммутатор 4 в переключен в режим измерения падающего/отраженного сигнала. Сверхширокополосный двойной направленный мост 2 выделяет падающий и отраженные сигналы и через коммутатор 4 подает падающий/отраженный сигнал на осциллограф 5, который в цифровом виде передает измеренный падающий/отраженный импульс на компьютер 6, который его записывает. Компьютер 6, используя, например, дискретное преобразование Фурье, по полученным импульсным сигналам вычисляет полные комплексные сопротивления, коэффициенты стоячей волны и другие параметры измеряемого сверхширокополосного объекта.The stand works as follows. Generator 1 generates a probe pulse of a given amplitude and duration. Switch 4 is switched to the measurement mode of the incident / reflected signal. An ultra-wide dual directional bridge 2 isolates the incident and reflected signals and, through the switch 4, supplies the incident / reflected signal to the oscilloscope 5, which digitally transmits the measured incident / reflected pulse to the computer 6, which records it. Computer 6, using, for example, the discrete Fourier transform, calculates the total complex resistances, standing wave coefficients, and other parameters of the measured ultra-wideband object from the received pulsed signals.

Для увеличения верхней рабочей частоты стенда осциллограф может быть выполнен по стробоскопической схеме.To increase the upper operating frequency of the stand, the oscilloscope can be performed according to a stroboscopic scheme.

Для уменьшения стоимости стенда для сохранения сигналов можно использовать электронные накопители.To reduce the cost of the stand to save signals, you can use electronic drives.

Claims

1. A stand for measuring the impulse and frequency characteristics of ultra-wideband objects, comprising a switch, the output of which is connected to the input of the oscilloscope, and the output of the oscilloscope is connected to a computer, characterized in that the stand contains an ultra-wide double directional bridge, the input of which is connected to the pulse generator, the output is connected to ultra-wideband object, and the ports of the reflected and incident pulses are connected to the first and second input of the switch, respectively.

2. The stand under item 1, characterized in that the oscilloscope is made according to the stroboscopic scheme.