RU2348046C1 - Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it - Google Patents
Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348046C1 RU2348046C1 RU2007136876/28A RU2007136876A RU2348046C1 RU 2348046 C1 RU2348046 C1 RU 2348046C1 RU 2007136876/28 A RU2007136876/28 A RU 2007136876/28A RU 2007136876 A RU2007136876 A RU 2007136876A RU 2348046 C1 RU2348046 C1 RU 2348046C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistance
- voltage
- sections
- feeder line
- stage
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению активной и реактивной составляющих комплексного электрического сопротивления двухполюсных электрических цепей для определения напряжения на двухполюснике без непосредственного подключения средства измерения к последнему. Преимущественными областями применения изобретения являются измерение составляющих комплексного сопротивления высокочастотных микросхем, работающих в диапазоне от 0,4 до 40 ГГц.The invention relates to electrical engineering, in particular to measuring the active and reactive components of the complex electrical resistance of bipolar electrical circuits for determining the voltage on a bipolar without directly connecting the measuring device to the latter. The preferred fields of application of the invention are the measurement of the components of the complex resistance of high-frequency circuits operating in the range from 0.4 to 40 GHz.
Известен способ измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, предусматривающий анализ составляющих комплексного сопротивления в два этапа. На первом этапе производят замеры напряжений в трех параллельных цепях, представляющих собой идентичные делители напряжения, подключенные к общему источнику высокой частоты, где первый делитель работает без нагрузки, к выходу второго делителя присоединена исследуемая нагрузка, а к выходу третьего делителя присоединен эталонный резистор. На втором этапе производят расчет параметров исследуемой цепи с помощью аналоговой модели, в которую в качестве коэффициентов вводят полученные на первом этапе результаты замера соответствующих напряжений (GB 1069807, G01R 27/02, 1967).A known method of measuring the components of the complex resistance of a two-terminal network, involving the analysis of the components of the complex resistance in two stages. At the first stage, voltage measurements are made in three parallel circuits, which are identical voltage dividers connected to a common high-frequency source, where the first divider works without load, the load under study is connected to the output of the second divider, and a reference resistor is connected to the output of the third divider. At the second stage, the parameters of the circuit under study are calculated using an analog model, into which the results obtained at the first stage of measuring the corresponding voltages are entered as coefficients (GB 1069807, G01R 27/02, 1967).
Однако данный способ сложен в техническом осуществлении, так как требует построения аналоговой модели.However, this method is difficult in technical implementation, as it requires the construction of an analog model.
Известен также способ измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, заключающийся в том, что последовательно с исследуемым двухполюсником включают эталонное активное сопротивление и эталонную емкость и подключают данную цепь к генератору с известными параметрами, затем измеряют падение напряжения на эталонном активном сопротивлении при отключенной эталонной емкости и падение напряжения на том же эталонном активном сопротивлении при подключенной емкости, далее исходя из результатов измерений вычисляют значения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника (RU 2080609, H01R 27/00, 1997).There is also a method of measuring the components of the complex resistance of a two-terminal device, which consists in the fact that in series with the studied two-terminal device include a reference active resistance and a reference capacitance and connect this circuit to a generator with known parameters, then measure the voltage drop across the reference active resistance when the reference capacitance is disconnected and the voltage drop on the same reference active resistance with the capacitance connected, then, based on the measurement results, the values are calculated components of the complex resistance of a two-terminal network (RU 2080609, H01R 27/00, 1997).
Известен также способ измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, предусматривающий определение на измеряемой частоте значения модуля полного сопротивления последовательно соединенных входного сопротивления измеряемой цепи и эталонного резистора и расчет полного входного сопротивления измеряемой цепи, при этом предварительно определяют входное сопротивление измеряемой цепи постоянному току и значение названного модуля на другой частоте, находящейся в диапазоне рабочих частот измеряемой цепи, затем определяют характер реактивности входного сопротивления цепи по увеличению или уменьшению значения названного модуля, считая, что входное сопротивление цепи содержит индуктивную составляющую, если значение модуля увеличивается с ростом частоты, или емкостную составляющую, если значение модуля уменьшается с ростом частоты, далее исходя из полученных данных производят расчет полного входного сопротивления на измеряемой частоте (RU 2301425, H01R 27/02, 2007).There is also a method of measuring the components of the complex resistance of a two-terminal network, which involves determining on the measured frequency the values of the impedance module of the series-connected input impedance of the measured circuit and the reference resistor and calculating the total input resistance of the measured circuit, and first determine the input resistance of the measured circuit to direct current and the value of the module another frequency in the operating frequency range of the measured circuit, then determine they reveal the nature of the reactance of the input resistance of the circuit to increase or decrease the value of the named module, assuming that the input resistance of the circuit contains an inductive component if the value of the module increases with increasing frequency, or a capacitive component if the value of the module decreases with increasing frequency, then based on the data obtained, calculation of the input impedance at the measured frequency (RU 2301425, H01R 27/02, 2007).
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника и напряжения на нем с помощью измерительной цепи с регулируемым сопротивлением, подключенной между двухполюсником и питающим его источником синусоидального напряжения при трех настройках регулируемого сопротивления (RU 2214609, H01R 27/02, 2003).Closest to the claimed one is a method of measuring the components of the complex resistance of a two-terminal device and the voltage thereon using a measuring circuit with adjustable resistance connected between the two-terminal device and a sinusoidal voltage source supplying it with three adjustable resistance settings (RU 2214609, H01R 27/02, 2003).
Недостаток всех известных способов заключается в искажении измерений в области высоких частот (0,1-50 ГГц). Это происходит из-за влияния характеристик фидера, подводящего электрическое напряжение к двухполюснику, на результаты измерений в данном диапазоне частот.The disadvantage of all known methods is the distortion of measurements in the high frequency region (0.1-50 GHz). This is due to the influence of the characteristics of the feeder supplying electric voltage to the two-terminal network on the measurement results in this frequency range.
Технической задачей предлагаемого способа является исключение влияния характеристик фидера на результаты измерения.The technical task of the proposed method is to exclude the influence of the characteristics of the feeder on the measurement results.
Решение указанной технической задачи заключается в том, что в способ измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника и напряжения на нем с помощью измерительной цепи с регулируемым сопротивлением, подключенной между двухполюсником и питающим его источником синусоидального напряжения при трех настройках регулируемого сопротивления, вносятся следующие изменения:The solution to this technical problem lies in the fact that the following changes are made to the method for measuring the components of the complex resistance of a two-terminal device and the voltage on it using a measuring circuit with adjustable resistance connected between the two-terminal device and a source of sinusoidal voltage with three settings of adjustable resistance:
1) в качестве регулируемого сопротивления изменяют соотношение длин участков фидерной линии от источника синусоидального напряжения и двухполюсника до точки подключения измерительной цепи;1) as an adjustable resistance, the ratio of the lengths of the sections of the feeder line from the source of the sinusoidal voltage and the two-terminal to the point of connection of the measuring circuit is changed;
2) измерения проводят в два этапа;2) measurements are carried out in two stages;
3) на первом этапе определяют эквивалентную волновую длину указанных участков фидерной линии при трех различных соотношениях длин этих участков и подключении эталонного активного сопротивления вместо исследуемого двухполюсника, причем измерения проводят на трех значениях частоты питающего напряжения, а об эквивалентной волновой длине участков фидерной линии судят по общему значению эквивалентных волновых длин этих участков для всех частот с использованием математической модели образованной электрической цепи;3) at the first stage, the equivalent wavelength of the indicated sections of the feeder line is determined with three different ratios of the lengths of these sections and the connection of the reference active resistance instead of the studied two-terminal network, and measurements are carried out at three values of the frequency of the supply voltage, and the equivalent wavelength of the sections of the feeder line is judged by the total the value of the equivalent wavelengths of these sections for all frequencies using a mathematical model of the formed electrical circuit;
4) на втором этапе вместо эталонного сопротивления включают исследуемый двухполюсник и измеряют напряжение при трех соотношениях длин участков фидерной линии, определенных на первом этапе измерений, а о значении составляющих комплексного сопротивления двухполюсника судят из условия равенства каждого из них при всех определенных на первом этапе соотношениях эквивалентных волновых длин участков фидерной линии с помощью математической модели.4) at the second stage, instead of the reference resistance, the studied two-terminal network is switched on and the voltage is measured at three ratios of the lengths of the feeder line sections determined at the first measurement stage, and the value of the components of the complex resistance of the two-terminal terminal is judged from the condition that each of them is equal for all equivalent ratios defined at the first stage wavelengths of sections of the feeder line using a mathematical model.
Функционирование предлагаемого способа основано на идеях прототипа, а также патента GB 1069807 о расчете искомых параметров высокочастотной цепи по результатам проведения трех измерений при различном соотношении параметров измерительной цепи. Необходимость проведения трех измерений в предлагаемом способе объясняется тем, что в нем имеются следующие зависимости результатов измерения: от параметров нагрузки (активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления), а также неявная третья периодическая зависимость от длины фидера. Кроме того, значения составляющих комплексного сопротивления зависят от частоты подаваемого напряжения. Поэтому в предлагаемом способе идея о трех измерениях проводится дважды: на первом этапе определяют значения эквивалентных волновых длин линий передачи от источника синусоидального напряжения до точки измерения и от точки измерения до входа двухполюсника при трех значениях частоты подаваемого напряжения; на втором этапе определяют значения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника при трех значениях эквивалентной волновой длины одного из участков фидерной линии. Проведение указанных процедур позволяет провести расчет составляющих комплексного сопротивления двухполюсника и напряжения на нем с учетом влияния фидера.The functioning of the proposed method is based on the ideas of the prototype, as well as patent GB 1069807 on the calculation of the desired parameters of the high-frequency circuit according to the results of three measurements with different ratios of the parameters of the measuring circuit. The need for three measurements in the proposed method is explained by the fact that it contains the following dependences of the measurement results: on the load parameters (active and reactive components of the complex resistance), as well as an implicit third periodic dependence on the length of the feeder. In addition, the values of the components of the complex resistance depend on the frequency of the applied voltage. Therefore, in the proposed method, the idea of three measurements is carried out twice: at the first stage, the values of the equivalent wavelengths of the transmission lines from the sinusoidal voltage source to the measurement point and from the measurement point to the two-terminal input are determined at three frequencies of the applied voltage; at the second stage, the values of the components of the complex resistance of the two-terminal device are determined for three values of the equivalent wavelength of one of the sections of the feeder line. Carrying out these procedures allows you to calculate the components of the complex resistance of the two-terminal network and the voltage on it, taking into account the influence of the feeder.
При технической реализации способа в качестве модели для расчетов может быть использована аналоговая модель согласно патенту GB 1069807. Однако удобнее использовать математическую модель, указанную в приведенном примере.In the technical implementation of the method, an analog model according to GB 1069807 can be used as a model for calculations. However, it is more convenient to use the mathematical model indicated in the above example.
На фиг.1 приведена схема измерительной системы для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 приведены графики зависимости эквивалентных волновых длин участков фидера при частотах согласно приведенному примеру; на фиг.3 приведены графики зависимости активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления двухполюсника при значениях эквивалентных волновых длин участка фидера согласно приведенному примеру.Figure 1 shows a diagram of a measuring system for implementing the proposed method; figure 2 shows graphs of the dependence of the equivalent wavelengths of the sections of the feeder at frequencies according to the above example; figure 3 shows graphs of the dependence of the active and reactive components of the complex resistance of the two-terminal network at values of the equivalent wavelengths of the feeder section according to the above example.
Измерительная система фиг.1 содержит источник 1 синусоидального напряжения высокой частоты, подключенный к двухполюснику 2 и измерительной схеме 3 (осциллографу) с помощью разветвителя 4. На схеме обозначены: l1 - участок фидера питания от источника 1 до разветвителя 4; l2 - участок фидера питания от разветвителя 4 до входа двухполюсника 2.The measuring system of figure 1 contains a
Способ поясняется следующим примером.The method is illustrated by the following example.
Для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника и напряжения на нем используют измерительную систему согласно фиг.1. На первом этапе измерений вместо исследуемого двухполюсника в схему включают активное сопротивление R=1 кОм. Прибором 3 измеряют амплитуды напряжения Uk в точке контроля при амплитудном значении напряжения источника питания 1 В для частот: f1=0,45; f2=0,8 и f3=1,0 ГГц. В данном примере значения Uk составили 1,48; 0,4 и 0,18 В для указанных частот соответственно.To measure the components of the complex resistance of the two-terminal network and the voltage on it, use the measuring system according to figure 1. At the first stage of measurements, instead of the studied two-terminal network, the active resistance R = 1 kOhm is included in the circuit. The device 3 measures the amplitude of the voltage U k at the control point with the amplitude value of the voltage of the power supply 1 V for frequencies: f 1 = 0.45; f 2 = 0.8 and f 3 = 1.0 GHz. In this example, the values of U k amounted to 1.48; 0.4 and 0.18 V for the indicated frequencies, respectively.
Согласно установленным парам Uk и f определяют графики функций l2(l1) с учетом ветвления токов в измерительную цепь и нагрузку при измеренном значении напряжения и следующей математической модели:According to the established pairs U k and f, the graphs of functions l 2 (l 1 ) are determined taking into account the branching of currents into the measuring circuit and the load with the measured voltage value and the following mathematical model:
где Zвхi - входное сопротивление i-го участка фидера;where Z I - the input resistance of the i-th section of the feeder;
W - волновое сопротивление фидера (в данном примере W=50 Ом);W is the wave resistance of the feeder (in this example, W = 50 Ohms);
β - волновое число, равное - 
ZH=RH+jXH - комплексное сопротивление исследуемого двухполюсника, Ом (RH - активная составляющая, ХH - реактивная составляющая); в данном примере Zн=1000+j0 Ом, так как в качестве двухполюсника установлено эталонное сопротивление.Z H = R H + jX H is the complex resistance of the studied two-terminal network, Ohm (R H is the active component, X H is the reactive component); in this example, Z n = 1000 + j0 Ohm, since the reference resistance is set as a two-terminal device.
При этом ток Ii, на входе i-го участка фидера определяют какIn this case, the current I i at the input of the i-th section of the feeder is defined as
где Ui - напряжение на входе i-го участка фидера, В.where U i is the voltage at the input of the i-th section of the feeder, V.
При указанной схеме подключения для второго участка фидера (i=2) U2=Uk.With the indicated connection scheme for the second feeder section (i = 2), U 2 = U k .
Учет ветвления токов в измерительную цепь и нагрузку при измеренном значении напряжения производят с использованием следующей формулы:The branching of currents into the measuring circuit and the load at the measured voltage value are taken into account using the following formula:
где I2 - ток на входе участка фидера l2;where I 2 is the current at the input of the feeder section l 2 ;
I1 - ток на входе участка фидера l1;I 1 - current at the input of the feeder section l 1 ;
Iизм - ток в измерительной цепи, равный Uk/50, т.к. входное сопротивление осциллографа равно 50 Ом, а измерительная цепь является согласованной.I ISM - current in the measuring circuit, equal to U k / 50, because the input impedance of the oscilloscope is 50 ohms, and the measuring circuit is consistent.
Для последующих расчетов участки фидера рассматривают как пассивные четырехполюсники. В этом случае имеем следующую математическую модель схемы фиг.1:For subsequent calculations, feeder sections are considered as passive quadripoles. In this case, we have the following mathematical model of the circuit of figure 1:
где 
В результате расчетов получены графики зависимости l2 от l1 для указанных частот и напряжений в точке контроля (разветвителе), приведенные на фиг.2. Как видно из фиг.2, все три графика имеют общую точку пересечения с координатами l2=0,06 м; l1=1,45 м.As a result of the calculations, we obtained graphs of the dependence of l 2 on l 1 for the indicated frequencies and voltages at the control point (splitter), shown in Fig. 2. As can be seen from figure 2, all three graphs have a common intersection point with coordinates l 2 = 0.06 m; l 1 = 1.45 m.
Первую стадию выполняют троекратно, изменяя значения l2. В результате дополнительно получают значения l2, равные 0,49 и 0,72 м (при том же значении l1=1,45 м). Физические образцы измеренных участков фидерной линии (с l2, равным 0,06; 0,49 и 0,72 м) сохраняют для исследования других двухполюсников с проведением только 2-го этапа способа.The first stage is performed three times, changing the values of l 2 . As a result, l 2 values of 0.49 and 0.72 m are additionally obtained (with the same value of l 1 = 1.45 m). Physical samples of the measured sections of the feeder line (with l 2 equal to 0.06; 0.49 and 0.72 m) are stored for the study of other two-terminal networks with only the 2nd stage of the method.
На втором этапе измерений вместо эталонного сопротивления в качестве блока 2 в схему фиг.1 подключают исследуемый двухполюсник. Прибором 3 измеряют амплитуды напряжения Uk в точке контроля при амплитудном значении напряжения источника питания 1 В для l1=1,45 м и трех вышеуказанных значений l2 (0,06; 0,49 и 0,72 м). В данном примере значения Uk составили 0,59; 0,55 и 0,92 В для указанных значений l2 соответственно.At the second measurement stage, instead of the reference resistance, as a block 2, the studied bipolar is connected to the circuit of Fig. 1. The device 3 measures the amplitude of the voltage U k at the control point with the amplitude value of the voltage of the power supply 1 V for l 1 = 1.45 m and the three above values of l 2 (0.06; 0.49 and 0.72 m). In this example, the values of U k amounted to 0.59; 0.55 and 0.92 V for the indicated values of l 2, respectively.
Для установленных пар значений Uk и l2 определяют графики функций X(R) с учетом ветвления токов в измерительную цепь и нагрузку при измеренном значении напряжения и математической модели, описываемой формулами (1÷11).For the established pairs of values of U k and l 2 , the graphs of the functions X (R) are determined taking into account the branching of currents into the measuring circuit and the load with the measured voltage value and the mathematical model described by formulas (1 ÷ 11).
В данном примере на 2-м этапе получены графики зависимости Х от R для частоты 0,8 ГГц и указанных напряжений в точке контроля (разветвителе), приведенные на фиг.3. Как видно из фиг.3, все три графика имеют общую точку пересечения с координатами R=105 Ом; X=226 Ом. Поэтому комплексное сопротивление исследуемого двухполюсника составляетIn this example, at the 2nd stage, graphs of X versus R are obtained for a frequency of 0.8 GHz and the indicated voltages at the control point (splitter), shown in Fig. 3. As can be seen from figure 3, all three graphs have a common intersection point with coordinates R = 105 Ohms; X = 226 ohms. Therefore, the complex resistance of the studied bipolar is
ZH=105+j226 Ом.Z H = 105 + j226 Ohm.
Далее определяют значение напряжения на двухполюснике по известной формуле:Next, determine the value of the voltage at the two-terminal according to the well-known formula:
где согласно формуле (2) IH=3,41 мА.where according to the formula (2) I H = 3.41 mA.
Поэтому UН=3,41·
Использование предлагаемого способа позволяет определять электрические характеристики двухполюсников на высоких частотах (0,4÷40 ГГц), где сказывается влияние характеристик участков и разъемов фидера передачи электрического питания.Using the proposed method allows to determine the electrical characteristics of the two-terminal networks at high frequencies (0.4 ÷ 40 GHz), where the effect of the characteristics of the sections and connectors of the feeder transmission of electrical power.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007136876/28A RU2348046C1 (en) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007136876/28A RU2348046C1 (en) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2348046C1 true RU2348046C1 (en) | 2009-02-27 |
Family
ID=40529959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007136876/28A RU2348046C1 (en) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348046C1 (en) |
-
2007
- 2007-10-04 RU RU2007136876/28A patent/RU2348046C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100919333B1 (en) | Matching network characterization using variable impedance analysis | |
| CN106353547A (en) | Electronic measurement device and method for operating an electronic measurement device | |
| JP6293406B2 (en) | Capacitive high impedance measurement method | |
| CN103852602B (en) | Radio frequency asymmetric Low ESR test fixture | |
| Hagen et al. | Development of a precision resistive voltage divider for frequencies up to 100 kHz | |
| CN106550391A (en) | A kind of antenna is in level detecting apparatus, method and base station | |
| Hagen et al. | A Josephson impedance bridge based on programmable Josephson voltage standards | |
| Khurana et al. | Evaluation of four-terminal-pair capacitance standards using electrical equivalent circuit model | |
| RU2348046C1 (en) | Method of measuring components of dipole integral resistance and voltage across it | |
| Zhu et al. | Software for control and calibration of an inductive shunt on-line impedance analyzer | |
| CN107576852A (en) | The measuring method and system of the characteristic impedance of cable accessory | |
| Zhu et al. | A wide bandwidth, on-line impedance measurement method for power systems, based On PLC techniques | |
| Azzouz et al. | Multivariable DG impedance modeling for the microgrid stability assessment | |
| RU2645129C2 (en) | Smu arrangement providing stability of rf transistor | |
| CN207764310U (en) | Pipe busbar radio interference tests system and calibration system | |
| Li et al. | Evaluation of conducted EMI measurement without LISN using two-port ABCD network approach for EMI filter design under real operating condition | |
| RU2080609C1 (en) | Method for determining complex impedance of two-pole network in frequency band | |
| CN106528911B (en) | A kind of device for establishing power supply VHDL-AMS simulation model | |
| RU2014154420A (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and device for its implementation | |
| RU2775607C1 (en) | Device for automatic matching of the impedance of the antenna-feeder path with a complex load | |
| RU2265859C1 (en) | Method of measuring characteristics of nonlinear units | |
| RU2698072C1 (en) | Method of determining parameters of impedance of a two-terminal device and device for its implementation | |
| Gurskas et al. | Sectional meander microstrip delay line: interconnection modelling | |
| Surdu et al. | Wide range bridge-comparator for accurate impedance measurements on audio-and low frequencies | |
| Hong et al. | Note: Hybrid-π model and parameter extraction method for electrode-electrolyte interface characterization with superbly accurate reactance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181005 |