RU2026562C1

RU2026562C1 - Panoramic standing-wave and common-mode rejection ratio meter

Info

Publication number: RU2026562C1
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Грудина; Игорь Иванович Красников
Original assignee: Севастопольский Приборостроительный Институт
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: microwave measurement technology. SUBSTANCE: device has digital microwave signal amplifying unit 5, level comparator unit 9, automatic control circuit 10 for digital amplifying unit. Output of ratio meter 7 is connected to one input of comparator unit 9 and its other inputs are supplied with reference voltages affording different comparative levels. Digital microwave signal amplifying unit introduced in meter functional proportionally to measured common-mode rejection ratio and enables maintenance of signal across microwave output higher than low level of detection and also provides for maintaining desired signal-to-noise ratio. Meter also has sweep-frequency generator 1, incident and transmitted wave detectors 4 and 6, respectively, oscilloscope 8, digital display 11, and reference-voltage source 12. EFFECT: enlarged measurement range for common-mode rejection rations, automation of process. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении больших ослаблений. The invention relates to a radio technique and can be used to measure large attenuation.

Известны панорамные измерители КСВ и ослабления типа Р2, например, Р2-54, работающие с индикаторами Я2Р-67, обеспечивающие измерение ослабления до -35 дБ, и измерители Р2-100, работающие с индикаторами Я2Р-70, обеспечивающие измерение ослабления до -50 дБ. Known panoramic SWR and attenuation meters of the P2 type, for example, P2-54, working with Ya2R-67 indicators, providing attenuation measurement up to -35 dB, and P2-100 meters, working with Ya2R-70 indicators, providing attenuation measurement up to -50 dB .

Недостатком этих измерителей является недостаточный динамический диапазон измерения ослабления, особенно для измерителей, работающих с индикаторами Я2Р-67. Связано это с ограничением нижнего предела измерения за счет шумов детектора СВЧ и шумов низкочастотных цепей индикатора. The disadvantage of these meters is the insufficient dynamic range of attenuation measurement, especially for meters working with indicators Ya2R-67. This is due to the limitation of the lower measurement limit due to the noise of the microwave detector and the noise of the low-frequency indicator circuits.

Известно также устройство, содержащее генератор качающейся частоты, ответвитель падающей волны с детекторной головкой, исследуемой четырехполюсник, детекторную головку прошедшей волны, блок автоматической регулировки мощности, отсчетный аттенюатор, измеритель отношения и индикатор. Расширение пределов измерения осуществляется переключением вручную ступенчатого отсчетного аттенюатора низкой частоты, включенного в цепь автоматической регулировки мощности. Это приводит к поднятию уровня выхода мощности генератора качающейся частоты и соответственно к поднятию уровня измерительного сигнала на выходе детектора прошедшей волны и, следовательно, к увеличению соотношения сигнал/шум на выходе индикатора [1]. It is also known a device containing a oscillating frequency generator, an incident wave coupler with a detector head, a four-terminal device under investigation, a transmitted wave detector head, an automatic power adjustment unit, a readout attenuator, a ratio meter and an indicator. The measurement limits are expanded by manually switching the low-frequency step-by-step reference attenuator included in the automatic power control circuit. This leads to an increase in the power output level of the oscillating frequency generator and, accordingly, to an increase in the level of the measuring signal at the output of the transmitted wave detector and, therefore, to an increase in the signal-to-noise ratio at the indicator output [1].

Недостатком этого устройства является необходимость иметь генератор СВЧ повышенного уровня мощности. Так, например, при необходимости расширения динамического диапазона на 20 дБ необходимо на эту же величину увеличить мощность генератора СВЧ. Учитывая, что стандартный уровень ГКЧ составляет ≈ 1 мВт, за счет работы автоматической регулировки мощности необходимо установить уровень ≈ 100 мВт, что затрудняет выполнение требований электромагнитной совместимости. Этому устройству также присущи недостатки, рассмотренные выше, связанные с ограничениями нижнего предела измерения шумами детекторов падающей и прошедшей волн шумами низкочастотных цепей индикатора. The disadvantage of this device is the need to have a microwave generator of high power level. So, for example, if it is necessary to expand the dynamic range by 20 dB, it is necessary to increase the power of the microwave generator by the same amount. Given that the standard level of GKCh is ≈ 1 mW, due to the automatic power control, it is necessary to establish a level of ≈ 100 mW, which makes it difficult to meet the requirements of electromagnetic compatibility. This device also has the disadvantages discussed above, associated with the limitations of the lower limit of noise measurement of incident and transmitted wave detectors by noise of low-frequency indicator circuits.

С другой стороны, работа детектора падающей волны в широком диапазоне падающей мощности (чего нет в первом устройстве) снижает точность измерения за счет неквадратичности характеристики на высоких уровнях мощности. Все это ограничивает динамический диапазон измерения в пределах 35-50 дБ. Другим недостатком является необходимость переключения пределов измерения вручную. On the other hand, the operation of the incident wave detector in a wide range of incident power (which is not the case in the first device) reduces the measurement accuracy due to the non-squared characteristic at high power levels. All this limits the dynamic range of measurement within 35-50 dB. Another disadvantage is the need to manually switch the measurement limits.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и автоматизация процесса измерения. The aim of the invention is the expansion of the dynamic range and automation of the measurement process.

Это достигается введением в известное устройство блока дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, компаратора уровня, источника опорного напряжения, блока управления и цифрового индикатора. При этом генератор качающейся частоты, направленный ответвитель падающей волны с детекторной головкой, исследуемый четырехполюсник, блок дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала и детектор падающей волны соединены последовательно, выход детектора падающей волны соединен с одним входом измерителя отношений, выход детектора прошедшей волны соединен с вторым входом измерителя отношений, выход измерителя отношений соединен с входом осциллографического индикатора и одновременно с одним из входов компаратора уровня, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора уровня соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с управляющим входом блока дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, а другой - с входом цифрового индикатора. This is achieved by introducing into the known device a unit for discrete gain adjustment of the microwave signal, a level comparator, a voltage reference source, a control unit and a digital indicator. In this case, the oscillating frequency generator, the directional incident wave coupler with the detector head, the four-terminal under investigation, the microwave gain discrete control unit and the incident wave detector are connected in series, the output of the incident wave detector is connected to one input of the ratio meter, the output of the transmitted wave detector is connected to the second input relationship meter, the output of the relationship meter is connected to the input of the oscilloscope indicator and simultaneously with one of the inputs of the level comparator, the other input is th is connected to a source of reference voltage level of comparator output is connected to the input of the control unit, one output of which is connected to the control input of the discrete gain adjustment of the microwave signal and the other - to the input of a digital indicator.

На чертеже приведена структурная схема панорамного измерителя. The drawing shows a structural diagram of a panoramic meter.

Устройство содержит генератор 1 качающейся частоты, ответвитель 2 падающей волны с детектором 4, исследуемый четырехполюсник 3, блок 5 дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала, детектор 6 прошедшей волны, измеритель 7 отношений, осциллографический индикатор 8, компаратор 9 уровня, блок управления 10, цифровой индикатор 11, источник опорного напряжения 12. The device comprises a oscillating frequency generator 1, an incident wave coupler 2 with a detector 4, a quadripole 3 under investigation, a microwave signal gain discrete adjustment unit 5, a transmitted wave detector 6, a ratio meter 7, an oscillographic indicator 8, a level 9 comparator, a control unit 10, digital indicator 11, the reference voltage source 12.

Р а б о т а и з м е р и т е л я. Процесс измерения состоит из двух этапов: калибровки и измерения. При калибровке в отсутствии исследуемого четырехполюсника регулировкой уровня выхода генератора 1 и усилением СВЧ-сигнала в блоке 5 устанавливаются уровни детектирования СВЧ-сигналов. При этом на детекторе 6 устанавливается верхний предел уровня мощности СВЧ-сигнала для квадратичного детектирования. Далее, исходя из величины чувствительности детектора 6, его шумов и шумов индикатора 8 при помощи аттенюатора, включенного вместо четырехполюсника, устанавливается нижний предел детектирования. Фиксируется выходное напряжение измерителя отношения 7 и устанавливается величина напряжения источника опорного напряжения. Исходя из того, что компаратор должен срабатывать в режиме измерения при условии U_вых7 ≅ ≅ U_оп, т.е., когда напряжение на выходе измерителя отношений равно или меньше напряжению нижнего уровня детектирования. После этого аттенюатор из тракта убирается, следовательно, режим работы детектора 6 переводится на верхний уровень детектирования. Блок управления 10 поддерживает заданное усиление, цифровой индикатор 11 фиксирует нулевое ослабление. Осциллографический индикатор 8 также калибруется на нуль ослабления.Operation and measurement. The measurement process consists of two stages: calibration and measurement. When calibrating in the absence of the four-terminal under study by adjusting the output level of the generator 1 and amplification of the microwave signal in block 5, the levels of detection of microwave signals are set. In this case, the detector 6 sets the upper limit of the power level of the microwave signal for quadratic detection. Further, based on the sensitivity of the detector 6, its noise and the noise of the indicator 8 with the help of an attenuator included instead of a four-terminal, the lower detection limit is set. The output voltage of the ratio meter 7 is fixed and the voltage value of the reference voltage source is set. Based on the fact that the comparator should operate in the measurement mode under the condition U _output7 ≅ _оп U _op , i.e., when the voltage at the output of the ratio meter is equal to or less than the voltage of the lower detection level. After this, the attenuator is removed from the path, therefore, the operating mode of the detector 6 is transferred to the upper level of detection. The control unit 10 supports a given gain, a digital indicator 11 detects zero attenuation. The oscilloscope 8 is also calibrated to zero attenuation.

И з м е р е н и е. При измерении ослабления исследуемого четырехполюсника в пределах динамического диапазона между верхним и нижним уровнями детектирования процесс заключается в определении отношения сигналов, поступающих на измеритель 7 отношения, и фиксации этого отношения осциллографическим индикатором 8. Измерение в панораме осуществляется путем синхронизации развертки осциллографического индикатора 8 и генератора качающейся частоты 1. Если же ослабление четырехполюсника окажется больше динамического диапазона детектирования, то сигнал на выходе измерителя 7 отношений будет меньше напряжения источника опорного напряжения 12, при этом срабатывает компаратор 9 уровня. Выходной сигнал компаратора поступает на блок управления 10, который переключает режим работы блока усиления 5 (например, изменением питания), увеличивая его усиление на дискретную величину. Целесообразно вводить дискретную величину усиления, равную динамическому диапазону детектирования СВЧ-сигнала детектором 6. Measurement. When measuring the attenuation of the studied four-port network within the dynamic range between the upper and lower levels of detection, the process consists in determining the ratio of the signals supplied to the ratio meter 7 and fixing this ratio by the oscilloscope indicator 8. Measurement in the panorama by synchronizing the sweep of the oscilloscope indicator 8 and the oscillating frequency generator 1. If the attenuation of the four-terminal network turns out to be greater than the dynamic detection range, then the signal at the output of the ratio meter 7 will be less than the voltage of the reference voltage source 12, while the comparator of level 9 is triggered. The output signal of the comparator is supplied to the control unit 10, which switches the operation mode of the amplification unit 5 (for example, by changing the power supply), increasing its gain by a discrete value. It is advisable to introduce a discrete gain value equal to the dynamic range of the detection of the microwave signal by the detector 6.

Одновременно сигнал с блока управления 10 передается на цифровой индикатор 11, который фиксирует величину ослабления, скомпенсированную блоком 5 усиления СВЧ-сигнала. Результат измерения определяется по показаниям двух индикаторов. Например, если динамический диапазон измерения ослабления собственно индикатором 8 составляет -30 дБ, а динамический диапазон дискретного усиления равен +30 дБ, то общий диапазон измерения будет равен -60 дБ. Рабочая точка детектора прошедшей волны будет находиться на нижнем пределе детектирования в точке калибровки -30 дБ. При этом сохраняются все технические характеристики измерителя, имеющиеся при измерении ослабления до 30 дБ. Дальнейшее расширение динамического диапазона измерений достигается дискретным увеличением усиления СВЧ-сигнала в блоке 5. At the same time, the signal from the control unit 10 is transmitted to a digital indicator 11, which captures the amount of attenuation compensated by the microwave signal amplification unit 5. The measurement result is determined by the readings of two indicators. For example, if the dynamic range of attenuation measurement by indicator 8 itself is -30 dB, and the dynamic range of discrete gain is +30 dB, then the total measurement range will be -60 dB. The operating point of the transmitted wave detector will be at the lower limit of detection at the calibration point of -30 dB. At the same time, all the technical characteristics of the meter available when measuring attenuation up to 30 dB are retained. Further expansion of the dynamic range of measurements is achieved by a discrete increase in the amplification of the microwave signal in block 5.

В блоке компараторов 9 устанавливается несколько уровней компаpирования в зависимости от динамического диапазона измерений и диапазона дискретной регулировки усиления СВЧ-сигнала в блоке 5. Если принять диапазон измерения ослаблений -90 дБ, то при двух ступенях дискретного усиления по +30 дБ необходимо установить два уровня компарирования (-30 дБ и -60 дБ). Процесс измерения полностью автоматизирован. In the comparator block 9, several comparison levels are set depending on the dynamic measurement range and the discrete range of microwave gain adjustment in block 5. If we accept the attenuation measurement range of -90 dB, then two comparison levels must be set for two +30 dB discrete gain levels (-30 dB and -60 dB). The measurement process is fully automated.

Claims

PANORAMIC METER OF STANDING WAVE AND RELAXING FACTOR, comprising a oscillating frequency generator, a directional coupler with an incident wave head, a transmitted wave detector, a ratio meter and an oscillographic indicator, characterized in that, in order to expand the dynamic range of attenuation measurement and automate the measurement process, a unit for discrete adjustment of amplification of the microwave signal, a level comparator, a reference voltage source, a control unit and a digital indicator are introduced, while the generator the oscillating frequency torus, the incident wave coupler, the four-terminal under investigation, the discrete microwave signal adjustment unit and the transmitted wave detector are connected in series, the incident wave coupler output through the incident wave detector is connected to one input of the ratio meter, the output of the transmitted wave detector is connected to the other input of the ratio meter, the output of the relationship meter is connected to an oscillographic indicator and simultaneously to one of the inputs of the level comparator, the other input of which is connected to the reference source about voltage, the output of the level comparator is connected to the input of the control unit, one output of which is connected to the control input of the unit for discrete adjustment of amplification of the microwave signal, and the other with a digital indicator.