RU2069862C1 - Method for determination of s-parameters - Google Patents

Method for determination of s-parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2069862C1
RU2069862C1 SU4771057A RU2069862C1 RU 2069862 C1 RU2069862 C1 RU 2069862C1 SU 4771057 A SU4771057 A SU 4771057A RU 2069862 C1 RU2069862 C1 RU 2069862C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
signal
parameters
measured
amplitude
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Альберт Степанович Елизаров
Original Assignee
Минский радиотехнический институт
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 Минский радиотехнический институт filed Critical Минский радиотехнический институт
Priority to SU4771057 priority Critical patent/RU2069862C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2069862C1 publication Critical patent/RU2069862C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: invention may be used for determination of S-parameters of SHF equipment. While determining S parameters of SHF equipment one divides SHF signal into two parts: first one is fed to measured SHF equipment, low frequency signal passed or reflected from it is modulated by voltage of frequency Ω2, second part of low-frequency signal is modulated by voltage of frequency Ω1≠Ω2, both components are summed up, difference frequency signal and signals with frequencies 2Ω1 and 2Ω2 are isolated and their amplitudes are measured. Sought-for S-parameters are found by amplitudes. EFFECT: expanded frequency range. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано при определении S-параметров СВЧ устройств. The invention relates to techniques for measurements at microwave frequencies and can be used to determine the S-parameters of microwave devices.

Цель изобретения расширение частотного диапазона. The purpose of the invention is the expansion of the frequency range.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующая предлагаемый способ. The drawing shows a structural electrical diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство содержит генератор 1, направленный ответвитель 2 опорного канала, направленный ответвитель 3 отраженной волны измерительного канала, направленный ответвитель 4 прошедшей волны измерительного канала, измеряемый четырехполюсник 5, первую и вторую согласованные нагрузки 6 и 7, переключатель 8, первый и второй амплитудные модуляторы 9 и 10, смеситель 11. The device comprises a generator 1, a directional coupler 2 of the reference channel, a directional coupler 3 of the reflected wave of the measuring channel, a directional coupler 4 of the transmitted wave of the measuring channel, a measured four-terminal 5, the first and second matched loads 6 and 7, switch 8, the first and second amplitude modulators 9 and 10, mixer 11.

Способ А.С. Елизарова определения S-параметров реализуется следующим образом. Method A.S. Elizarova definition of S-parameters is implemented as follows.

Выходной сигнал генератора 1 делится с помощью направленного ответвителя 2 на две части, одна из которых является опорным сигналом, а вторая - измерительным. В свою очередь, измерительный сигнал, частично отражаясь от измеряемого четырехполюсника 5 и распространяясь через него, преобразуется в выходные сигналы вторичных каналов направленных ответвителей 3 и 4. Эти сигналы с помощью переключателя 8 поочередно подаются вместе с выходным сигналом опорного канала на смеситель 11. При этом выходной сигнал опорного канала модулируется по амплитуде с помощью первого амплитудного модулятора 9 низкочастотным напряжением частоты Ω1, а выходной сигнал переключателя 8 - напряжением частоты Ω2 с помощью второго амплитудного модулятора 10.The output signal of the generator 1 is divided using a directional coupler 2 into two parts, one of which is a reference signal, and the second is a measuring signal. In turn, the measuring signal, partially reflected from the measured four-terminal 5 and propagating through it, is converted into the output signals of the secondary channels of the directional couplers 3 and 4. These signals with the help of the switch 8 are alternately supplied together with the output signal of the reference channel to the mixer 11. In this case reference channel output signal modulated in amplitude with the first amplitude modulator 9, a low frequency voltage of frequency Ω 1, and the output signal selector 8 - voltage frequency Ω 2 using a orogo amplitude modulator 10.

Выходные измерительные сигналы могут быть записаны следующим образом:

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

где α1 и α2 коэффициенты передачи детекторов амплитудно-фазового дискриминатора (АФД);
М1 и M2 коэффициенты амплитудной модуляции сигналов в опорном и измерительном каналах соответственно;
К1.K4 модули суммарных коэффициентов передачи каждого пути, по которому СВЧ сигнал от места разветвления опорного и измерительного каналов проходит к соответствующему детектору АФД;
Eo амплитуда поля в месте разветвления опорного и измерительного каналов;
Kyc1.Kyc4 коэффициенты усиления селективных усилителей напряжений U1вых. U4вых;
Figure 00000006
модуль и фаза измеряемого S-параметра;
Φн фазовый сдвиг, учитывающий неидентичность фазочастотных характеристик опорного и измерительного каналов;
Δ фазовый сдвиг, учитывающий несинфазность и неквадратурность деления сигналов в АФД.The output measuring signals can be written as follows:
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Figure 00000005

where α 1 and α 2 transmission coefficients of the detectors of the amplitude-phase discriminator (AFD);
M 1 and M 2 the coefficients of the amplitude modulation of the signals in the reference and measuring channels, respectively;
To 1 .K 4 modules of the total transmission coefficients of each path along which the microwave signal from the branching point of the reference and measuring channels passes to the corresponding AFD detector;
E o the field amplitude at the branching of the reference and measuring channels;
K yc1 .K yc4 gains of selective voltage amplifiers U 1out . U 4out ;
Figure 00000006
module and phase of the measured S-parameter;
Φ n phase shift, taking into account the non-identical phase-frequency characteristics of the reference and measuring channels;
Δ phase shift, taking into account the non-phase and non-squared signal division in the AFD.

Дополнительное измерение U4вых позволяет вычислить

Figure 00000007
и Φ, зная только U1вых, U3вых и U4вых. Отсюда следует, что АФД, который имеется в устройстве, реализующем способ (1), может быть заменен смесителем 11. Отпадает необходимость в квадратурном делении СВЧ сигнала, имеющем место в АФД, и применении для этой цели соответствующих гибридных соединений. Измерительный тракт анализатора цепей предельно упрощается.An additional measurement of U 4out allows you to calculate
Figure 00000007
and Φ , knowing only U 1out , U 3out and U 4out . It follows that the APD, which is available in the device that implements method (1), can be replaced by a mixer 11. There is no need for quadrature division of the microwave signal, which takes place in the APD, and the use of corresponding hybrid compounds for this purpose. The measuring path of the network analyzer is extremely simplified.

Измерение амплитуд сигналов U1вых, U3вых и U4вых сопровождается в современных анализаторах цепей аналого-цифровым преобразованием их для последующего вычисления с помощью микропроцессора значений S-параметров. Входными напряжениями АЦП являются, как правило, постоянные напряжения, полученные путем синхронного детектирования сигналов U1вых, U3вых и U4вых. Поэтому будем оперировать с числовыми массивами данных, соответствующими следующим входным напряжениям АЦП:

Figure 00000008

Figure 00000009

Figure 00000010

Из сопоставления (1), (3) и (4) с (5) (7) видно, что в (5) (7) принято α1=α. Кроме того, различие Kyc1, Kyc1 и Kyc4 может быть сделано пренебрежимо малым за счет предварительной калибровки анализатора и на суть способа не влияет. Поэтому в выражениях (5) (7) фигурирует результирующий коэффициент передачи Кy аналоговой части устройства обработки и вычисления анализатора. Эта обработка производится по следующему алгоритму.The measurement of the amplitudes of the signals U 1out , U 3out and U 4out is accompanied in modern network analyzers by analog-to-digital conversion for subsequent calculation using the microprocessor of the values of S-parameters. The ADC input voltages are, as a rule, constant voltages obtained by synchronously detecting the signals U 1out , U 3out and U 4out . Therefore, we will operate with numerical data arrays corresponding to the following ADC input voltages:
Figure 00000008

Figure 00000009

Figure 00000010

From a comparison of (1), (3) and (4) with (5) (7), it can be seen that α 1 = α is taken in (5) (7). In addition, the difference between K yc1 , K yc1 and K yc4 can be made negligible due to preliminary calibration of the analyzer and does not affect the essence of the method. Therefore, in expressions (5) (7), the resulting transfer coefficient K y of the analog part of the analyzer processing and computing device appears. This processing is performed according to the following algorithm.

1. Из исходных массивов данных, соответствующих напряжениям (6) и (7), формируется вспомогательный массив

Figure 00000011

2. Полученный массив (8) и исходный массив, соответствующий напряжению (5), позволяют сформировать два дополнительный массива
Figure 00000012

Figure 00000013

3. Если теперь разделить (10) на (9), то в соответствии с общеизвестным тригонометрическим соотношением
Figure 00000014
откуда сразу определяем
Figure 00000015

причем значение Φн известно по результатам предварительной калибровки анализатора. Необходимо обратить внимание на знак функции tg(Φн)/2,, чтобы не допустить неоднозначности при вычислении Φ. Наиболее простым способом является вычисление знака приращения напряжения (5) при переходе от одной частотной точки к другой в процессе качания частоты анализатора. Это вычисление осуществляется с помощью специальной подпрограммы и основано на однозначном соответствии знаков функций cosΦ и tgΦ/2..1. From the initial data arrays corresponding to the voltages (6) and (7), an auxiliary array is formed
Figure 00000011

2. The resulting array (8) and the initial array corresponding to the voltage (5) allow the formation of two additional arrays
Figure 00000012

Figure 00000013

3. If we now divide (10) by (9), then in accordance with the well-known trigonometric relation
Figure 00000014
from where we immediately determine
Figure 00000015

and the value of Φ n is known from the results of preliminary calibration of the analyzer. It is necessary to pay attention to the sign of the function tg (Φ + Φ н ) / 2, in order to avoid ambiguity in the calculation of Φ . The simplest way is to calculate the sign of the voltage increment (5) during the transition from one frequency point to another during the sweep of the analyzer frequency. This calculation is carried out using a special subprogram and is based on the unique correspondence of the signs of the functions cosΦ and tgΦ / 2 ..

4. Массивы данных (11) и (12) позволяют не только вычислить аргумент измеряемого S-параметра, но и сформировать, пользуясь известным тригонометрическим соотношением

Figure 00000016

еще один вспомогательный массив
Figure 00000017

5. Если теперь перемножить полученный массив (15) и исходный массив, соответствующий напряжению (5), получим массив данных, соответствующий сигналу (2). Действительно, массив (15) задает функцию (14), т.е. результат перемножения дает
Figure 00000018

Таким образом, получили массив данных (16), соответствующий квадратурному сигналу (2) и позволяющий вычислить
Figure 00000019
то стандартному алгоритму
Figure 00000020

причем знаменатель (17) известен по результатам предварительной калибровки анализатора.4. The data arrays (11) and (12) allow not only to calculate the argument of the measured S-parameter, but also to generate, using the well-known trigonometric relation
Figure 00000016

another helper array
Figure 00000017

5. If we now multiply the resulting array (15) and the original array corresponding to the voltage (5), we obtain the data array corresponding to the signal (2). Indeed, array (15) defines function (14), i.e. multiplication result gives
Figure 00000018

Thus, we obtained a data array (16) corresponding to the quadrature signal (2) and allowing us to calculate
Figure 00000019
then the standard algorithm
Figure 00000020

the denominator (17) is known from the results of preliminary calibration of the analyzer.

Claims (1)

Способ определения S-параметра, заключающийся в разделении непрерывного СВЧ-сигнала на две части, первую из которых подают на измеряемый четырехполюсник, модулируют низкочастотным напряжением частотой Ω1, прошедший или отраженный от него сигнал, модулируют вторую часть непрерывного сигнала низкочастотным напряжением частотой Ω2≠ Ω1, суммируют обе составляющие, выделяют сигналы разностной или суммарной частоты и измеряют их амплитуду, измеряют амплитуды сигнала частотой 2Ω1, на которую нормируют амплитуду сигналов разностной или суммарной частоты, и путем вычислений определяют искомые S-параметры, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, дополнительно выделяют сигнал частоты 2Ω2, измеряют его амплитуду, которую учитывают при определении искомых параметров.The method for determining the S-parameter, which consists in dividing the continuous microwave signal into two parts, the first of which is fed to the measured four-terminal network, is modulated with a low-frequency voltage of frequency Ω 1 , the transmitted or reflected signal from it, modulate the second part of a continuous signal with a low-frequency voltage of frequency of 2 ≠ Ω 1 , summarize both components, extract the signals of the difference or total frequency and measure their amplitude, measure the amplitudes of the signal with a frequency of 2Ω 1 , which normalize the amplitude of the signals of the difference or mmar frequency, and by calculation determine the desired S-parameters, characterized in that, in order to expand the frequency range, an additional signal of frequency 2Ω 2 is isolated, its amplitude is measured, which is taken into account when determining the desired parameters.
SU4771057 1989-12-18 1989-12-18 Method for determination of s-parameters RU2069862C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4771057 RU2069862C1 (en) 1989-12-18 1989-12-18 Method for determination of s-parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4771057 RU2069862C1 (en) 1989-12-18 1989-12-18 Method for determination of s-parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2069862C1 true RU2069862C1 (en) 1996-11-27

Family

ID=21485616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4771057 RU2069862C1 (en) 1989-12-18 1989-12-18 Method for determination of s-parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2069862C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007029519A1 (en) Distance measuring device and distance measuring method
JP2008516213A (en) Electro-optic distance measurement method by determining non-ideal chirp shape
EP0265073B1 (en) Test arrangement
Zhang et al. Software-defined six-port radar technique for precision range measurements
US6448786B1 (en) Stimulus/response system and method for vector characterization of frequency translation devices
US8174434B2 (en) Method and device for determining a distance to a target object
CN117031120A (en) Device and method for monitoring microwave frequency change and absolute frequency
RU2239845C2 (en) Method and system for radar measurement of speeds and co-ordinates of objects (modifications)
RU2069862C1 (en) Method for determination of s-parameters
CN1361867A (en) Electron density measurement and control system using plasma-induced changes in the frequency of a microwave oscillator
KR100581158B1 (en) How to measure the phase difference of light waves propagated through two paths
US3005199A (en) Radio-electric measurement of the angular position
US8725442B2 (en) Method for measuring system parameter of linear multiport and measuring method using vector network analyzer
US3416077A (en) Multifunction high frequency testing apparatus in which r.f. signals are converted to intermediate frequencies and processed by common electronic circuits
RU2683804C1 (en) Microwave two-terminal element complex refining coefficient modulus and argument determining method
Liu et al. Linearity study of DDS-based W-band FMCW sensor
RU2099729C1 (en) Noise characteristics meter of superhigh and high-frequency transmitters
JP4156692B2 (en) Interferometer measurement system using multiple synchronized light sources
US4001681A (en) Vector voltmeter
US3319165A (en) Apparatus for measuring the phase delay of a signal channel
CN113258998B (en) Optical link delay rapid measuring device based on optical mixing and delay quantization
JP2003161775A (en) Target detecting method and radar device
US20240056181A1 (en) Fast measuremtne apparatus for optical link delay based on optical mixing and delay quantization
SU1364998A1 (en) Method of determining parameters of extended microwave circuits
RU2012002C1 (en) Method of and device for determining transmission cain of four- terminal device