RU2499271C1

RU2499271C1 - Device to measure complex coefficients of transmission and reflection of microwave quadripoles

Info

Publication number: RU2499271C1
Application number: RU2012129534/28A
Authority: RU
Inventors: Константин Станиславович Коротков; Денис Николаевич Перечнев; Даниил Русланович Фролов
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2013-11-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: in a device for measurement of complex coefficients of transmission and reflection of microwave quadripoles, comprising a two-frequency synthesiser of coherent first and second test microwave signals, a tested microwave quadripole, a two-channel superheterodyne receiver, comprising the first and second microwave mixers, the first and second analogue-to-digital converters, a control computer, an indicator of ratios, the first discretely controlled operational amplifier comprising the first amplifier, the first Ac and first DC resistors, the second discretely controlled operational amplifier comprising the second amplifier and the second alternating resistors, an additional generator, an AC attenuator, an equal-arm divider, a voltmeter, a control unit and six switches, additionally to introduce the first and second current-voltage metres, a calculator and four switches.

EFFECT: increased accuracy of measurement of complex coefficients of transmission and reflection of microwave quadripoles.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.The invention relates to the field of radio measurements and can be used when measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles.

Известно устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящее из двухчастотного синтезатора когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов, испытуемого четырехполюсника СВЧ, двухканального супергетеродинного приемника, состоящего из первого и второго СВЧ смесителей, первого и второго аналого-цифровых преобразователей, управляющего компьютера, индикатора отношений, первого дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из первого усилителя и первого постоянного и переменного резисторов; второго дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из второго усилителя и второго постоянного и переменного резисторов; дополнительного генератора, переменного аттенюатора, равноплечного делителя, вольтметра, блока управления и шести переключателей (патент РФ, №2377583 МПК G01R 27/28). Наличие соответствующих связей между деталями позволяет повысить точность измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ за счет снижения амплитудно-фазовой погрешности путем деления динамического диапазона амплитуд испытательных сигналов СВЧ на равные динамические поддиапазоны амплитуд, для каждого из которых эта погрешность нормируется. Однако при этом не учитывается амплитудно-фазовая погрешность, возникающая в первом и втором смесителях СВЧ, которая, как показывают экспериментальные исследования, может достигать нескольких десятков градусов. Для учета этой погрешности необходимо знать сдвиг фаз, вносимый смесителем СВЧ в испытательный сигнал при гетеродинном преобразовании его частоты и зависящего от амплитуды этого сигнала.A device is known for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave four-terminal, consisting of a two-frequency synthesizer of coherent first and second test microwave signals, a tested microwave four-terminal, two-channel superheterodyne receiver, consisting of the first and second microwave mixers, the first and second analog-to-digital converters, a control computer , a relationship indicator, a first discretely adjustable operational amplifier, consisting of a first amplifier and a first post static and ac resistors; a second discretely adjustable operational amplifier, consisting of a second amplifier and a second constant and variable resistors; additional generator, variable attenuator, equal-arm divider, voltmeter, control unit and six switches (RF patent, No. 2377583 IPC G01R 27/28). The presence of appropriate connections between the parts makes it possible to increase the accuracy of measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole by reducing the amplitude-phase error by dividing the dynamic range of amplitudes of the microwave test signals into equal dynamic amplitude sub-ranges, for each of which this error is normalized. However, this does not take into account the amplitude-phase error that occurs in the first and second microwave mixers, which, as shown by experimental studies, can reach several tens of degrees. To account for this error, it is necessary to know the phase shift introduced by the microwave mixer into the test signal during heterodyne conversion of its frequency and depending on the amplitude of this signal.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение точности измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ за счет учета амплитудно-фазовой погрешности, возникающей в первом и втором смесителях СВЧ.The technical result of the proposed technical solution is to increase the measurement accuracy of the complex transmission and reflection coefficients of the microwave quadrupole by taking into account the amplitude-phase error that occurs in the first and second microwave mixers.

Для достижения технического результата предлагается в устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, содержащее двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов, испытуемый четырехполюсник СВЧ, двухканальный супергетеродинный приемник, имеющий первый и второй СВЧ-смесители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, управляющий компьютер, индикатор отношений, первый дискретно регулируемый операционный усилитель, состоящий из первого усилителя, первого переменного и первого постоянного резисторов, второго дискретно регулируемого операционного усилителя, состоящего из второго усилителя и второго переменного и второго постоянного резисторов, дополнительного генератора, переменного аттенюатора, равноплечного делителя, вольтметра, блока управления и шести переключателей, дополнительно ввести первый и второй ампервольтметры, вычислитель и четыре переключателя.To achieve a technical result, it is proposed to use a device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of a microwave four-terminal, containing a two-frequency synthesizer of coherent first and second test microwave signals, a tested microwave four-terminal, a two-channel superheterodyne receiver having first and second microwave mixers, first and second analog-to-digital converters, control computer, relationship indicator, first discretely adjustable operational amplifier, consisting of the first I, the first variable and the first constant resistors, the second discretely adjustable operational amplifier, consisting of the second amplifier and the second variable and the second constant resistors, an additional generator, a variable attenuator, an equal arm divider, a voltmeter, a control unit and six switches, additionally introduce the first and second ampervoltmeters , calculator and four switches.

В заявленном устройстве вход испытуемого четырехполюсника СВЧ соединен одновременно с первым выходом первого испытательного СВЧ-сигнала двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ-сигналов и первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с выходом испытуемого четырехполюсника СВЧ. Подвижный контакт первого переключателя соединен с первым входом первого СВЧ смесителя, второй вход которого одновременно соединен со вторым выходом второго испытательного СВЧ-сигнала двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ-сигналов и вторым входом второго смесителя СВЧ, первый вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя. Первый выход второго смесителя СВЧ соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, второй неподвижный контакт которого, соединен со вторым неподвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом пятого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым выходом первого СВЧ-смесителя, второй выход которого соединен с входом первого ампервольтметра, выход которого соединен со вторым входом вычислителя, первый вход которого соединен с выходом второго ампервольтметра, вход которого соединен со вторым выходом второго СВЧ смесителя. Выход вычислителя соединен с пятым входом индикатора отношений, второй выход которого соединен с третьим входом вычислителя, выход дополнительного генератора соединен с входом равноплечного делителя, первый выход которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, а второй выход соединен со вторым неподвижным контактом шестого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя. Подвижный контакт шестого переключателя соединен с подвижным контактом восьмого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом десятого переключателя, второй неподвижный контакт которого одновременно соединен со вторым неподвижным контактом девятого переключателя и выходом переменного аттенюатора, вход которого одновременно соединен со вторым неподвижным контактом восьмого переключателя и вторым неподвижным контактом седьмого переключателя, подвижный контакт которого соединен с подвижным контактом пятого переключателя. Первый неподвижный контакт седьмого переключателя, соединен с первым неподвижным контактом девятого переключателя, подвижный контакт которого через первый постоянный резистор одновременно соединен с входом первого усилителя, первым выходом блока управления и через первый переменный резистор одновременно соединен со вторым выходом блока управления, выходом первого операционного усилителя, первым входом вольтметра и входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого одновременно соединен с третьим входом вольтметра и со вторым входом индикатора отношений, третий вход которого соединен с выходом вольтметра, четвертый вход которого одновременно соединен с четвертым входом индикатора отношений и выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход которого одновременно соединен со вторым входом вольтметра, выходом второго усилителя и четвертым выходом блока управления, третий выход которого одновременно соединен с входом второго усилителя, через второй переменный резистор с выходом второго усилителя и через второй постоянный резистор с подвижным контактом десятого переключателя. Первый выход управляющего компьютера соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с четвертым выходом управляющего компьютера, третий выход которого соединен с первым входом индикатора отношений, первый выход которого соединен с входом управляющего компьютера, второй выход которого соединен с входом двухчастотного синтезатора когерентных первого и второго испытательных СВЧ-сигналов.In the claimed device, the input of the tested microwave four-terminal is connected simultaneously with the first output of the first test microwave signal of a two-frequency synthesizer of coherent test microwave signals and the first fixed contact of the second switch, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the first switch, the first fixed contact of which is connected to the output the tested four-port microwave. The movable contact of the first switch is connected to the first input of the first microwave mixer, the second input of which is simultaneously connected to the second output of the second test microwave signal of the two-frequency coherent test microwave synthesizer and the second input of the second microwave mixer, the first input of which is connected to the movable contact of the second switch. The first output of the second microwave mixer is connected to the movable contact of the fourth switch, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the third switch, the first fixed contact of which is connected to the second stationary contact of the fifth switch, the first stationary contact of which is connected to the first output of the first microwave mixer, the second output of which is connected to the input of the first ampere-voltmeter, the output of which is connected to the second input of the calculator, the first input of which is connected to the output second ampervoltmetra, whose input is connected to the second output of the second microwave mixer. The output of the calculator is connected to the fifth input of the ratio indicator, the second output of which is connected to the third input of the calculator, the output of the additional generator is connected to the input of the equal arm divider, the first output of which is connected to the movable contact of the third switch, and the second output is connected to the second fixed contact of the sixth switch, the first stationary the contact of which is connected to the first fixed contact of the fourth switch. The movable contact of the sixth switch is connected to the movable contact of the eighth switch, the first fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the tenth switch, the second fixed contact of which is simultaneously connected to the second fixed contact of the ninth switch and the output of the variable attenuator, the input of which is simultaneously connected to the second fixed contact of the eighth switch and a second fixed contact of the seventh switch, the movable contact of which is connected to another contact of the fifth switch. The first fixed contact of the seventh switch is connected to the first fixed contact of the ninth switch, the movable contact of which through the first constant resistor is simultaneously connected to the input of the first amplifier, the first output of the control unit and through the first variable resistor is simultaneously connected to the second output of the control unit, the output of the first operational amplifier, the first input of the voltmeter and the input of the first analog-to-digital converter, the output of which is simultaneously connected to the third input of the voltmeter and with a second input of the ratio indicator, the third input of which is connected to the output of the voltmeter, the fourth input of which is simultaneously connected to the fourth input of the ratio indicator and the output of the second analog-to-digital converter, the input of which is simultaneously connected to the second input of the voltmeter, the output of the second amplifier and the fourth output of the control unit, the third output of which is simultaneously connected to the input of the second amplifier, through the second variable resistor with the output of the second amplifier and through the second constant resistor with a movable contact of the tenth switch. The first output of the control computer is connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to the fourth output of the control computer, the third output of which is connected to the first input of the relationship indicator, the first output of which is connected to the input of the control computer, the second output of which is connected to the input of the two-frequency coherent first and a second test microwave signal.

Отличительным признаком предлагаемого измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ является введение в него первого и второго ампервольтметров, вычислителя и четырех переключателей. Введение этих деталей и соответствующих связей между ними и другими деталями позволяет определять сдвиги фаз каждого из двух смесителей СВЧ и на их основе вычислять их амплитудно-фазовую погрешность и повысить точность измерений за счет ее учета.A distinctive feature of the proposed meter complex microwave transmission and reflection coefficients of the four-terminal microwave is the introduction of the first and second ampervoltmeters, a computer and four switches. The introduction of these parts and the corresponding relationships between them and other parts allows us to determine the phase shifts of each of the two microwave mixers and based on them to calculate their amplitude-phase error and improve the measurement accuracy due to its consideration.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧThe drawing shows a block diagram of the proposed device for measuring complex transmission and reflection coefficients of the four-port microwave

Измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ содержит первый переключатель 1, испытуемый четырехполюсник СВЧ 2, двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных СВЧ сигналов 3, двухканальный супергетеродинный приемник 4, в состав которого входят: первый ампервольтметр 5, второй ампервольтметр 6, первый СВЧ-смеситель 7, второй переключатель 8, второй СВЧ-смеситель 9, третий переключатель 10, четвертый переключатель 11, пятый переключатель 12, дополнительный генератор 13, равноплечный делитель 14, шестой переключатель 15, седьмой переключатель 16, восьмой переключатель 17, девятый переключатель 18, десятый переключатель 19, переменный аттенюатор 20, блок управления 21, первый дискретно регулируемый операционный усилитель 22, состоящий из первого постоянного резистора 23, первого переменного резистора 24, первого усилителя 25, второй дискретно регулируемый операционный усилитель 26, состоящий из второго постоянного резистора 27, второго переменного резистора 28, второго усилителя 29, управляющий компьютер 30, первый аналого-цифровой преобразователь 31, вольтметр 32, второй аналого-цифровой преобразователь 33, индикатор отношений 34, вычислитель 35.The microwave transmittance and reflection coefficient meter comprises a first switch 1, a tested microwave two-terminal quadrupole, a two-frequency coherent synthesizer of the first and second test microwave signals 3, a two-channel superheterodyne receiver 4, which includes: the first ammeter 5, the second ammeter 6, the first microwave mixer 7, second switch 8, second microwave mixer 9, third switch 10, fourth switch 11, fifth switch 12, additional generator 13, equal-arm Delhi spruce 14, sixth switch 15, seventh switch 16, eighth switch 17, ninth switch 18, tenth switch 19, variable attenuator 20, control unit 21, first discretely adjustable operational amplifier 22, consisting of a first constant resistor 23, a first variable resistor 24, the first amplifier 25, the second discretely adjustable operational amplifier 26, consisting of a second constant resistor 27, a second variable resistor 28, a second amplifier 29, a control computer 30, a first analog-to-digital converter azovatel 31, a voltmeter 32, a second analog-to-digital converter 33, the indicator 34 relationship, the calculator 35.

Вход испытуемого четырехполюсника СВЧ 2 соединен одновременно с первым выходом первого испытательного СВЧ сигнала двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ-сигналов 3 и первым неподвижным контактом второго переключателя 8, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 1, первый неподвижный контакт которого соединен с выходом испытуемого четырехполюсника СВЧ 2. Подвижный контакт первого переключателя 1 соединен с первым входом первого СВЧ-смесителя 7, второй вход которого одновременно соединен со вторым выходом второго испытательного СВЧ-сигнала двухчастотного синтезатора когерентных сигналов 3 и вторым входом второго СВЧ-смесителя 9, первый вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя 8. Первый выход второго СВЧ-смесителя 9 соединен с подвижным контактом четвертого переключателя 11, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом третьего переключателя 10, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом пятого переключателя 12, первый неподвижный контакт которого соединен с первым выходом первого СВЧ-смесителя 7, второй выход которого соединен с входом первого ампервольтметра 5, выход которого соединен со вторым входом вычислителя 35, первый вход которого соединен с выходом второго ампервольтметра 6, вход которого соединен со вторым выходом второго СВЧ смесителя 9. Выход вычислителя 35 соединен с пятым входом индикатора отношений 34, второй выход которого соединен с третьим входом вычислителя 35. Выход дополнительного генератора 13 соединен с входом равноплечного делителя 14, первый выход которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя 10, а второй выход соединен со вторым неподвижным контактом шестого переключателя 15, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя 11. Подвижный контакт шестого переключателя 15 соединен с подвижным контактом восьмого переключателя 17, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом десятого переключателя 19, второй неподвижный контакт которого одновременно соединен со вторым неподвижным контактом девятого переключателя 18 и выходом переменного аттенюатора 20, вход которого одновременно соединен со вторым неподвижным контактом восьмого переключателя 17 и вторым неподвижным контактом седьмого переключателя 16, подвижный контакт которого соединен с подвижным контактом пятого переключателя 12. Первый неподвижный контакт седьмого переключателя 16, соединен с первым неподвижным контактом девятого переключателя 18, подвижный контакт которого через первый постоянный резистор 23 одновременно соединен с входом первого усилителя 25, первым выходом блока управления 21 и через первый переменный резистор 24 одновременно соединен со вторым выходом блока управления 21, выходом первого усилителя 25, первым входом вольтметра 32 и входом первого аналого-цифрового преобразователя 31, выход которого одновременно соединен с третьим входом вольтметра 32 и со вторым входом индикатора отношений 34, третий вход которого соединен с выходом вольтметра 32, четвертый вход которого одновременно соединен с четвертым входом индикатора отношений 34 и выходом второго аналого-цифрового преобразователя 33, вход которого одновременно соединен со вторым входом вольтметра 32, выходом второго усилителя 29 и четвертым выходом блока управления 21, третий выход которого одновременно соединен с входом второго усилителя 29, через второй переменный резистор 28 с выходом второго усилителя 29 и через второй постоянный резистор 27 с подвижным контактом десятого переключателя 19. Первый выход управляющего компьютера 30 соединен с первым входом блока управления 21, второй вход которого соединен с четвертым выходом управляющего компьютера 30, третий выход которого соединен с первым входом индикатора отношений 34, первый выход которого соединен с входом управляющего компьютера 30, второй выход которого соединен с входом двухчастотного синтезатора когерентных первого и второго испытательных СВЧ-сигналов 3.The input of the tested microwave quadrupole 2 is connected simultaneously with the first output of the first test microwave signal of a two-frequency synthesizer of coherent test microwave signals 3 and the first fixed contact of the second switch 8, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the first switch 1, the first fixed contact of which is connected to the output the tested four-port microwave 2. The movable contact of the first switch 1 is connected to the first input of the first microwave mixer 7, the second input is The horn is simultaneously connected to the second output of the second microwave test signal of the two-frequency coherent signal synthesizer 3 and the second input of the second microwave mixer 9, the first input of which is connected to the movable contact of the second switch 8. The first output of the second microwave mixer 9 is connected to the movable contact of the fourth switch 11 the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the third switch 10, the first fixed contact of which is connected to the second stationary contact of the fifth switch switch 12, the first fixed contact of which is connected to the first output of the first microwave mixer 7, the second output of which is connected to the input of the first ammeter 5, the output of which is connected to the second input of the calculator 35, the first input of which is connected to the output of the second ammeter 6, the input of which is connected to the second output of the second microwave mixer 9. The output of the calculator 35 is connected to the fifth input of the ratio indicator 34, the second output of which is connected to the third input of the calculator 35. The output of the additional generator 13 is connected to the input equal to treatment divider 14, the first output of which is connected to the movable contact of the third switch 10, and the second output is connected to the second fixed contact of the sixth switch 15, the first stationary contact of which is connected to the first stationary contact of the fourth switch 11. The movable contact of the sixth switch 15 is connected to the movable contact of the eighth a switch 17, the first fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the tenth switch 19, the second fixed contact of which is simultaneously is single with the second fixed contact of the ninth switch 18 and the output of the variable attenuator 20, the input of which is simultaneously connected to the second fixed contact of the eighth switch 17 and the second fixed contact of the seventh switch 16, the movable contact of which is connected to the movable contact of the fifth switch 12. The first fixed contact of the seventh switch 16 connected to the first fixed contact of the ninth switch 18, the movable contact of which through the first constant resistor 23 is simultaneously connected n with the input of the first amplifier 25, the first output of the control unit 21 and through the first variable resistor 24 is simultaneously connected to the second output of the control unit 21, the output of the first amplifier 25, the first input of the voltmeter 32 and the input of the first analog-to-digital converter 31, the output of which is simultaneously connected to the third input of the voltmeter 32 and with the second input of the ratio indicator 34, the third input of which is connected to the output of the voltmeter 32, the fourth input of which is simultaneously connected to the fourth input of the ratio indicator 34 and the output of the second analog-to-digital Converter 33, the input of which is simultaneously connected to the second input of the voltmeter 32, the output of the second amplifier 29 and the fourth output of the control unit 21, the third output of which is simultaneously connected to the input of the second amplifier 29, through the second variable resistor 28 with the output of the second amplifier 29 and through a second permanent resistor 27 with a movable contact of the tenth switch 19. The first output of the control computer 30 is connected to the first input of the control unit 21, the second input of which is connected to the fourth output of the control his computer 30, the third output of which is connected to the first input of the relationship indicator 34, the first output of which is connected to the input of the control computer 30, the second output of which is connected to the input of the dual-frequency coherent synthesizer of the first and second test microwave signals 3.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ работает следующим образом. В режиме измерения комплексных параметров испытуемого четырехполюсника СВЧ 2, подвижные контакты переключателей 1, 8, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19 устанавливают в первое положение. Первый испытательный сигнал СВЧ с частотой f₁ с первого выхода двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ сигналов 3 одновременно подают на первый (сигнальный) вход второго СВЧ смесителя 7 и на вход испытуемого четырехполюсника СВЧ 2, с выхода которого он поступает на первый (сигнальный) вход первого СВЧ смесителя 7. Одновременно со второго выхода двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ сигналов 3, второй испытательный сигнал СВЧ, играющий роль гетеродинного с частотой f₂, подают на вторые (гетеродинные) входы первого СВЧ смесителя 7 и второго СВЧ смесителя 9, с помощью которых первый испытательный сигнал СВЧ с частотой f₁ преобразуют в испытательные сигналы промежуточной частоты f_ПЧ=f₃ двухканального супергетеродинного приемника 4, которые через переключатели 12, 16 и 18 первого измерительного канала поступают на вход первого дискретно управляемого операционного усилителя 22, а через переключатели 11, 15, 17 и 19 второго измерительного канала попадают на вход второго дискретно управляемого операционного усилителя 26, с выходов которых эти усиленные испытательные сигналы поступают на входы первого аналого-цифрового преобразователя первого измерительного канала 31 и второго аналого-цифрового преобразователя 33 второго измерительного канала, где преобразуются в цифровые сигналы, которые с их выходов подают на второй и четвертый входы индикатора отношений 34, где их сравнивают по амплитуде и фазе, а результат выводится на табло индикатора отношений 34 раздельно в виде модуля и фазы комплексного параметра испытуемого четырехполюсника СВЧ 2.A device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the four-port microwave operates as follows. In the measurement mode of the complex parameters of the tested microwave 4-terminal, the movable contacts of the switches 1, 8, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19 are set to the first position. The first microwave test signal with a frequency f ₁ from the first output of a two-frequency synthesizer of coherent test microwave signals 3 is simultaneously fed to the first (signal) input of the second microwave mixer 7 and to the input of the tested four-port microwave 2, from which it goes to the first (signal) input of the first microwave mixer 7. at the same time the second dual frequency synthesizer output test coherent microwave signal 3, the second test signal SHF, which plays the role of a heterodyne frequency f ₂ are fed to the second (LO) WMOs s first microwave mixer 7 and the second microwave mixer 9 in which the first test signal to the microwave with a frequency f ₁ is converted to the test signals of the intermediate frequency f _IF = f ₃ two-channel superheterodyne receiver 4, which via the switches 12, 16 and 18 of the first measuring channel received to the input of the first discretely controlled operational amplifier 22, and through the switches 11, 15, 17 and 19 of the second measuring channel get to the input of the second discretely controlled operational amplifier 26, from the outputs of which these amplified test signals are fed to the inputs of the first analog-to-digital converter of the first measuring channel 31 and the second analog-to-digital converter 33 of the second measuring channel, where they are converted to digital signals, which from their outputs are fed to the second and fourth inputs of the ratio indicator 34, where they are compared in amplitude and phase, and the result is displayed on the scoreboard of the relationship indicator 34 separately in the form of a module and a phase of a complex parameter of the tested quadrupole microwave 2.

Первый и второй СВЧ смесители 7 и 9 выполнены на основе направленных ответвителей и, меняя способ их присоединения к испытуемому четырехполюснику СВЧ 2 «на проход» и «на отражение», измеряют либо его комплексный коэффициент передачи, либо комплексный коэффициент отражения.The first and second microwave mixers 7 and 9 are made on the basis of directional couplers and, changing the way they are connected to the tested four-port microwave 2 to the “pass” and “to reflection”, either its complex transfer coefficient or complex reflection coefficient is measured.

При этом такие смесители выполняют, как правило, в однодиодном исполнении.Moreover, such mixers are performed, as a rule, in a single-diode design.

Автоматически перестраивая в диапазоне частот двухчастотный синтезатор когерентных первого и второго испытательных сигналов СВЧ 3, на дисплее индикатора отношений 34 наблюдают амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики испытуемого четырехполюсника СВЧ 2.Automatically tuning the dual-frequency synthesizer of the coherent first and second test signals of microwave frequency 3 in the frequency range, the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the tested quadrupole microwave 2 are observed on the display of the ratio indicator 34.

Снижение величины амплитудно-фазовой погрешности достигается следующим образом.The decrease in the magnitude of the amplitude-phase error is achieved as follows.

Определяют амплитудно-фазовую погрешность, вносимую первым 7 и вторым 9 СВЧ-смесителями. С этой целью находят истинные фазовые сдвиги этих смесителей (а.с. СССР №14755347, кл. G01R 27/28). Для этого в отсутствии испытуемого четырехполюсника СВЧ 2 и непосредственном соединении первого выхода первого испытательного сигнала СВЧ с частотой f₁ двухчастотного синтезатора когерентных испытательных СВЧ сигналов 3 через первый переключатель 1 в первом положении его подвижного контакта с первым входом первого СВЧ-смесителя 7 и одновременно через второй переключатель 8 в первом положении его подвижного контакта с первым входом СВЧ смесителя 9 измеряют разность между фазовыми сдвигами ϕ₁ первого СВЧ смесителя 7 и ϕ₂ - второго СВЧ смесителя 9. Эту разность фаз представляют в виде уравнения ϕ₁-ϕ₂=A и численную величину А заносят в память вычислителя 35, представляющего собой микропроцессор. При этом ϕ₁ - фазовый сдвиг, вносимый в первый испытательный сигнал первым СВЧ первым СВЧ смесителем 7 при его преобразовании в сигнал промежуточной частоты, а ϕ₂ - фазовый сдвиг, вносимый в первый испытательный сигнал вторым СВЧ смесителем 9, при его гетеродинном преобразовании в сигнал промежуточной частоты f₃.The amplitude-phase error introduced by the first 7 and second 9 microwave mixers is determined. To this end, find the true phase shifts of these mixers (AS USSR No. 14755347, class G01R 27/28). To this end, in the absence of the tested four-port microwave 2 and direct connection of the first output of the first microwave test signal with a frequency f _{1 of a} two-frequency synthesizer of coherent test microwave signals 3 through the first switch 1 in the first position of its movable contact with the first input of the first microwave mixer 7 and simultaneously through the second switch 8 in the first position of its movable contact with the first input of the microwave mixer 9 measure the difference between the phase shifts ϕ _{1 of the} first microwave mixer 7 and ϕ _{2 of the} second microwave mixture 9. This phase difference is represented as the equation ϕ ₁ -ϕ ₂ = A and the numerical value A is stored in the memory of the calculator 35, which is a microprocessor. Moreover, ϕ ₁ is the phase shift introduced into the first test signal by the first microwave first microwave mixer 7 when it is converted into an intermediate frequency signal, and ϕ ₂ is the phase shift introduced into the first test signal by the second microwave mixer 9, when it is heterodyne converted into a signal intermediate frequency f ₃ .

Сигналы промежуточной частоты f₃ могут быть образованы как суммой, так и разностью частот первого f₁ и второго f₂ испытательных сигналов СВЧ в процессе гетеродинного преобразования первого испытательного сигнала СВЧ в сигнал промежуточной частоты. Для удобства в дальнейшем примем, что f₃=f₁-f₂. При этом частоту сигналов дополнительного генератора 13 выбирают равной промежуточной частоте f₃.The intermediate frequency signals f ₃ can be formed by both the sum and the frequency difference of the first f ₁ and second f ₂ microwave test signals in the process of heterodyne conversion of the first microwave test signal to an intermediate frequency signal. For convenience, we assume in the following that f ₃ = f ₁ -f ₂ . The frequency of the signals of the additional generator 13 is chosen equal to the intermediate frequency f ₃ .

Затем переключатели 1, 8, 10, 11 переводятся во второе положение их подвижных контактов. В этом случае первый 7 и второй 9 СВЧ смесители соединяются последовательно так, что первый сигнальный вход первого СВЧ смесителя 7 оказывается соединенным с первым сигнальным входом второго СВЧ смесителя, а присоединение второго испытательного сигнала с частотой f₂ ко вторым (гетеродинным) входам первого 7 и второго 9 СВЧ смесителей остается неизменным. При таком соединении смесителей на первый выход второго СВЧ смесителя 9 от дополнительного генератора 13 через первый выход равноплечного делителя 14 третий переключатель 10, и четвертый переключатель 11 подают сигнал промежуточной частоты f_ПЧ. В результате его смешивания во втором СВЧ смесителе 9 с сигналом второго испытательного сигнала СВЧ с частотой f₂ образуется первый испытательный сигнал с частотой f₁ так, как f₂+f₃=f₁, который преобразуется в первом СВЧ смесителе 7 в сигнал промежуточной частоты f₃ первого измерительного канала. Сдвиг фаз сигнала промежуточной частоты f₃ равен сумме сдвигов фаз ϕ₁ первого СВЧ смесителя 7 и ϕ₂ - второго СВЧ смесителя 9. Эту суму представляют в виде уравнения ϕ₁+ϕ₂=B. Численную величину суммы сдвигов фаз B получают в индикаторе отношений 34 путем сравнения сигналов промежуточной частоты f₃ первого измерительного канала, поступающего на второй вход индикатора отношений 34 и сигналов промежуточной частоты f₃ второго измерительного канала, поступающего на четвертый вход индикатора отношений 34, непосредственно от дополнительного генератора 13.Then the switches 1, 8, 10, 11 are transferred to the second position of their movable contacts. In this case, the first 7 and second 9 microwave mixers are connected in series so that the first signal input of the first microwave mixer 7 is connected to the first signal input of the second microwave mixer, and the connection of the second test signal with a frequency of f ₂ to the second (heterodyne) inputs of the first 7 and The second 9 microwave mixers remain unchanged. With this connection of the mixers to the first output of the second microwave mixer 9 from the additional generator 13 through the first output of the equal-arm divider 14, the third switch 10, and the fourth switch 11 provide an intermediate frequency signal f _IF . As a result of mixing it in the second microwave mixer 9 with the signal of the second microwave test signal with a frequency f ₂ , the first test signal with a frequency f ₁ is formed, as f ₂ + f ₃ = f ₁ , which is converted in the first microwave mixer 7 into an intermediate frequency signal f _{3 the} first measuring channel. The phase shift of the intermediate frequency signal f ₃ is equal to the sum of the phase shifts ϕ _{1 of the} first microwave mixer 7 and ϕ _{2 the} second microwave mixer 9. This sum is represented as the equation ϕ ₁ + ϕ ₂ = B. The numerical value of the sum of the phase shifts B is obtained in the ratio indicator 34 by comparing the intermediate frequency signals f _{3 of the} first measuring channel fed to the second input of the ratio indicator 34 and the intermediate frequency signals f _{3 of the} second measuring channel fed to the fourth input of the ratio indicator 34 directly from the additional generator 13.

Дополнительный генератор 13 в блок-схеме, приведенной на чертеже, выполняет две функции. Он изначально имеется в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ взятом за прототип и предназначен в нем для генерирования зондирующих сигналов с частотой f₃, необходимых для проведения аттестации его амплитудно-фазовой погрешности на его промежуточной частоте, также равной f₃. Одновременно этот же дополнительный генератор промежуточной частоты 13, как уже имеющийся в прототипе со своей промежуточной частотой f₃, используется и при измерении суммы сдвигов фаз первого 7 и второго 9 СВЧ смесителей в соответствии со способом измерения истинных сдвигов фаз этих смесителей.Additional generator 13 in the block diagram shown in the drawing, performs two functions. It is initially available in the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the microwave quadrupole taken as a prototype and is designed in it to generate sounding signals with a frequency of f ₃ necessary to certify its amplitude-phase error at its intermediate frequency, also equal to f ₃ . At the same time, the same additional intermediate frequency generator 13, as already available in the prototype with its intermediate frequency f ₃ , is also used to measure the sum of the phase shifts of the first 7 and second 9 microwave mixers in accordance with the method of measuring the true phase shifts of these mixers.

Затем численная величина B через второй выход индикатора отношений 34 подается на третий вход вычислителя 35. В вычислителе 35 при решении системы уравненийThen, the numerical value B through the second output of the ratio indicator 34 is supplied to the third input of the calculator 35. In the calculator 35 when solving the system of equations

${\begin{cases} φ_{1} - φ_{2} = A \\ φ_{1} + φ_{2} = B \end{cases}$

{\begin{cases} φ_{one} - φ_{2} = A \\ φ_{one} + φ_{2} = B \end{cases}

с учетом их знаков определяются истинные сдвиги фаз ϕ₁ - для первого СВЧ смесителя 7 и ϕ₂ - для второго СВЧ смесителя 9. Зная величину истинного сдвига фаз вносимого СВЧ смесителем в сигнал промежуточной частоты в процессе гетеродинного преобразования величину амплитудно-фазовой погрешности этого смесителя, находят в вычислителе 35 по следующей методике.taking into account their signs, the true phase shifts ϕ ₁ for the first microwave mixer 7 and ϕ ₂ for the second microwave mixer 9 are determined. Knowing the value of the true phase shift introduced by the microwave mixer into the intermediate frequency signal during heterodyne conversion, the amplitude-phase error of this mixer, found in the calculator 35 by the following method.

Полупроводниковый смесительный диод в диапазоне СВЧ может быть представлен эквивалентной схемой, включающей в себя сопротивление объема полупроводника r_s (сопротивление растекания) и включенные последовательно с ним параллельно соединенные суммарная емкость p-n перехода C_Σ, состоящая из его барьерной и дифференциальной емкостей, и дифференциальное сопротивление p-n перехода полупроводника r_∂ (Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений, под ред. И.Н. Горюнова, Ю.Р. Носова. М., Сов. радио, 1968, с.96, рис.6.2).A semiconductor mixing diode in the microwave range can be represented by an equivalent circuit including the semiconductor volume resistance r _s (spreading resistance) and the total capacitance pn of the junction C _Σ connected in series with its barrier and differential capacitances and the differential resistance pn semiconductor transition r _∂ (Semiconductor diodes. Parameters, measurement methods, edited by I.N. Goryunov, Yu.R. Nosova. M., Sov. radio, 1968, p. 96, Fig. 6.2).

На этом основании комплексное сопротивление Z_n полупроводникового смесительного диода СВЧ на его рабочей частоте f₀ описывается выражением:On this basis, the complex resistance Z _{n of the} semiconductor mixing microwave diode at its operating frequency f _{0 is} described by the expression:

$Z_{n} = \frac{r_{\partial}}{1 + r_{\partial}^{2} С_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}} - j \frac{r_{\partial}^{2} (2 π f_{0}) С_{Σ}}{1 + r_{\partial}^{2} С_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}} (1)$

,

Z_{n} = \frac{r_{\partial}}{one + r_{\partial}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}} - j \frac{r_{\partial}^{2} (2 π f_{0}) {FROM}_{Σ}}{one + r_{\partial}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}} (one)

,

обозначив в котором активную часть сопротивленияindicating in which the active part of the resistance

$R = r_{\partial} / (1 + r_{\partial}^{2} С_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}) (2)$

,

R = r_{\partial} / (one + r_{\partial}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}) (2)

,

а реактивную частьand the reactive part

$X = - r_{\partial}^{2} (2 π f_{0}) С_{Σ} / (1 + r_{\partial}^{2} С_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}) (3)$

,

X = - r_{\partial}^{2} (2 π f_{0}) {FROM}_{Σ} / (one + r_{\partial}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} {(2 π f_{0})}^{2}) (3)

,

находят сдвиг фаз ϕ₀, вносимый p-n переходом, а следовательно, и полупроводниковым смесительным диодом в испытательный сигнал СВЧ в процессе его гетеродинного преобразования в сигнал промежуточной частоты f_ПЧ в виде выражения:find the phase shift ϕ ₀ introduced by the pn junction, and hence the semiconductor mixing diode, into the microwave test signal during its heterodyne conversion into an intermediate frequency signal f _IF in the form of the expression:

$t g φ_{0} = \frac{X}{R} = - 2 π f_{0} r_{\partial} С_{Σ} (4)$

t g φ_{0} = \frac{X}{R} = - 2 π f_{0} r_{\partial} {FROM}_{Σ} (four)

Сдвиг фаз ϕ₀ в формуле (4) описывает истинные фазовые сдвиги ϕ₁ и ϕ₂, вносимые первым СВЧ смесителем 7 и вторым СВЧ смесителем 9 в сигнал промежуточной частоты, которые, как следует из формулы (4), пропорциональны суммарной емкости C_Σ p-n перехода смесительного диода, изменение величины которой от амплитуды испытательного сигнала СВЧ и определяет величину амплитудно-фазовой погрешности СВЧ смесителя. Одновременно суммарная емкость C_Σ p-n перехода определяется током I_пр, протекающим через p-n переход смесительного диода, который описывается известным выражением:The phase shift ϕ ₀ in formula (4) describes the true phase shifts ϕ ₁ and ϕ ₂ introduced by the first microwave mixer 7 and the second microwave mixer 9 into the intermediate frequency signal, which, as follows from formula (4), are proportional to the total capacitance C _Σ pn transition of the mixing diode, the change of which is from the amplitude of the test microwave signal and determines the magnitude of the amplitude-phase error of the microwave mixer. At the same time, the total capacitance C _Σ pn of the junction is determined by the current I _pr flowing through the pn junction of the mixing diode, which is described by the well-known expression:

$I_{ï ð} = I_{0} (e^{\frac{U}{ϕ_{Т}}} - 1) (5)$

I_{ï ð} = I_{0} (e^{\frac{U}{ϕ_{T}}} - one) (5)

где I₀ - ток неосновных носителей заряда в p-n переходе;where I ₀ is the current of minority charge carriers in the pn junction;

U - напряжение, приложенное к p-n переходу;U is the voltage applied to the pn junction;

ϕ_Т - термический потенциал $φ_{Т} = \frac{e}{k Т}$

, в котором e - заряд электрона, k - постоянная Больцмана, T - температура по Кельвину.ϕ _T - thermal potential

φ_{T} = \frac{e}{k T}

, in which e is the electron charge, k is the Boltzmann constant, and T is the Kelvin temperature.

Продифференцировав выражение (5) по напряжению, приложенному к p-n переходу U получают выражение:Differentiating expression (5) with respect to the voltage applied to the pn junction U, we obtain the expression:

$\frac{\partial I_{п р}}{\partial U} = \frac{I_{0}}{ϕ_{Т}} e^{\frac{U}{ϕ_{Т}}} = \frac{1}{r_{\partial}} . (6)$

\frac{\partial I_{P R}}{\partial U} = \frac{I_{0}}{ϕ_{T}} e^{\frac{U}{ϕ_{T}}} = \frac{one}{r_{\partial}} . (6)

Выражение представляет собой зависимость тока через смесительный диод СВЧ I_пр от величины приложенного к нему напряжения U, которое в свою очередь зависит и определяется величиной амплитуды испытательного сигнала СВЧ, поданного в СВЧ смеситель, а так как второй испытательный сигнал СВЧ играет роль гетеродинного и, следовательно, в процессе измерений его амплитуда постоянна, то изменение тока I_пр от величины приложенного напряжения определяется только изменением амплитуды первого испытательного сигнала СВЧ.The expression is the dependence of the current through the microwave mixing diode I _pr on the voltage U applied to it, which in turn depends on and is determined by the magnitude of the amplitude of the microwave test signal supplied to the microwave mixer, and since the second microwave test signal plays the role of a local oscillator and, therefore , during the measurement, its amplitude is constant, then the change in current I _pr from the value of the applied voltage is determined only by a change in the amplitude of the first microwave test signal.

Продифференцировав по частоте ∂f формулу (4) и подставив в нее r_∂ из формулы (6) получают зависимость изменения сдвига фаз ϕ₀ от величины тока через смесительный диод в виде выраженияBy differentiating formula (4) by the frequency ∂f and substituting r _∂ into it from formula (6), we obtain the dependence of the phase shift ϕ ₀ on the current through the mixing diode in the form of the expression

$\frac{\partial ϕ_{0}}{\partial I_{ï ð}} = \frac{2 π f_{0} С_{Σ} ϕ_{Т}}{{(I_{ï ð} + I_{0})}^{2} + 4 π^{2} f_{0}^{2} С_{Σ}^{2} ϕ_{Т}^{2}} (7)$

\frac{\partial ϕ_{0}}{\partial I_{ï ð}} = \frac{2 π f_{0} {FROM}_{Σ} ϕ_{T}}{{(I_{ï ð} + I_{0})}^{2} + four π^{2} f_{0}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} ϕ_{T}^{2}} (7)

откуда находят формулу для расчета амплитудно-фазовой погрешности в виде:where do you find the formula for calculating the amplitude-phase error in the form:

$\partial φ_{0} = \frac{2 π f_{0} С_{Σ} φ_{Т}}{{(I_{п р} + I_{0})}^{2} + 4 π^{2} f_{0}^{2} С_{Σ}^{2} φ_{Т}^{2}} \partial I_{п р}, (8)$

\partial φ_{0} = \frac{2 π f_{0} {FROM}_{Σ} φ_{T}}{{(I_{P R} + I_{0})}^{2} + four π^{2} f_{0}^{2} {FROM}_{Σ}^{2} φ_{T}^{2}} \partial I_{P R}, (8)

которую используют в вычислителе 35. Определенную в вычислителе 35 величину амплитудно-фазовой погрешности подают на пятый вход индикатора отношений 34 для учета при измерениях, что позволяет повысить точность измерений.which is used in the calculator 35. The amplitude-phase error determined in the calculator 35 is fed to the fifth input of the ratio indicator 34 for accounting during measurements, which allows to increase the measurement accuracy.

Из формулы (8) следует, что для определения амплитудно-фазовой погрешности, вносимой каждым из СВЧ смесителей 7 и 9, необходимо знание величины тока I_пр, протекающего через смесительный диод и динамического сопротивления смесительного диода в его рабочей точке. Эти параметры получают применением ампервольтметров 5 и 6, которые измеряют токи смесительных диодов I_пр и падение напряжения на них и подают результаты измерений в вычислитель 35, где с учетом сопротивления растекания r_s находят величину дифференциального сопротивления r_∂ в зависимости от амплитуды первого испытательного сигнала СВЧ, поданного на вход первого 7 или второго 9 СВЧ смесителей.From formula (8) it follows that in order to determine the amplitude-phase error introduced by each of the microwave mixers 7 and 9, it is necessary to know the magnitude of the current I _pr flowing through the mixing diode and the dynamic resistance of the mixing diode at its operating point. These parameters are obtained by using ampervoltmeters 5 and 6, which measure the currents of the mixing diodes I _pr and the voltage drop across them and provide the measurement results to a computer 35, where, taking into account the spreading resistance r _s , the differential resistance r _∂ is found depending on the amplitude of the first microwave test signal fed to the input of the first 7 or second 9 microwave mixers.

Дальнейшее снижение амплитудно-фазовой погрешности заключается в делении динамического диапазона амплитуд испытательных сигналов СВЧ устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ на небольшие динамические поддиапазоны амплитуд испытательных сигналов, в которых амплитудно-фазовая погрешность мала.A further decrease in the amplitude-phase error consists in dividing the dynamic range of the amplitudes of the test signals of the microwave device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the microwave quadrupoles into small dynamic sub-ranges of the amplitudes of the test signals in which the amplitude-phase error is small.

В аналого-цифровых преобразователях амплитудно-фазовая погрешность практически отсутствует. Поэтому их динамический диапазон амплитуд исключают из общего динамического диапазона амплитуд проектируемого измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ. Динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя (АЦП) определяется его разрядностью и для современных типов не превышает 60 дБ. Остальной динамический диапазон амплитуд измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ (обычно еще 40-50 дБ) делят на динамические поддиапазоны амплитуд одинаковой ширины, которые выбирают руководствуясь минимально возможной величиной амплитудно-фазовой погрешности, и которые, исходя из этого, устанавливают шириной в 6 дБ.In analog-to-digital converters, the amplitude-phase error is practically absent. Therefore, their dynamic range of amplitudes is excluded from the general dynamic range of amplitudes of the designed meter of the complex parameters of microwave quadrupoles. The dynamic range of an analog-to-digital converter (ADC) is determined by its capacity and for modern types does not exceed 60 dB. The rest of the dynamic range of the amplitudes of the meter of the complex parameters of the microwave quadrupole (usually another 40-50 dB) is divided into dynamic sub-ranges of amplitudes of the same width, which are selected based on the minimum possible amplitude-phase error, and which, based on this, are set to a width of 6 dB.

Динамический поддиапазон амплитуд для первого испытательного сигнала СВЧ (второй испытательный сигнал СВЧ играет роль гетеродинного для двухканального супергетеродинного приемника) реализуют путем включения в каждый из двух каналов дискретно перестраиваемых первого 22 и второго 26 операционных усилителей, коэффициенты усиления которых сохраняют постоянными в пределах динамического поддиапазона амплитуд, но дискретно меняют с шагом в 6 дБ при переходе от одного динамического поддиапазона амплитуд к другому.The dynamic amplitude subband for the first microwave test signal (the second microwave test signal acts as a local oscillator for a two-channel superheterodyne receiver) is realized by including discrete tunable first 22 and second 26 operational amplifiers in each of the two channels, the amplification factors of which are kept constant within the dynamic amplitude subrange, but discretely change in increments of 6 dB during the transition from one dynamic sub-range of amplitudes to another.

Это изменение осуществляют путем переключения резисторов обратных связей в первом 22 и втором 26 дискретно регулируемых операционных усилителях. Обратная связь в первом дискретно перестраиваемом операционном усилителе 22 осуществляе тся с помощью первого постоянного резистора 23 и первого переменного резистора 24, включенных совместно с первым усилителем 25. Обратная связь во втором дискретно перестраиваемом операционном усилителе 26 осуществляется с помощью второго постоянного резистора 27 и второго переменного резистора 28, включенных совместно со вторым усилителем 29. Абсолютную величину коэффициентов усиления в динамических поддиапазонах амплитуд первого испытательного сигнала СВЧ устанавливают с шагом в 6 дБ, величинами 0 дБ (коэффициент усиления равен единице), 6 дБ, 12 дБ, 18 дБ, 24 дБ и так до конца динамического диапазона этого испытательного сигнала, разной абсолютной величины в каждом из динамических поддиапазонов амплитуд, по одинаковой для динамических поддиапазонов амплитуд с одинаковыми номерами в соседних первом и втором каналах супергетеродинного приемника 4.This change is accomplished by switching feedback resistors in the first 22 and second 26 discretely adjustable operational amplifiers. Feedback in the first discretely tunable operational amplifier 22 is carried out using the first constant resistor 23 and the first variable resistor 24 connected together with the first amplifier 25. Feedback in the second discretely tunable operational amplifier 26 is carried out using the second constant resistor 27 and the second variable resistor 28, coupled together with the second amplifier 29. The absolute value of the amplification factors in the dynamic sub-ranges of the amplitudes of the first test signal and the microwave set in 6 dB steps, 0 dB (gain equal to unity), 6 dB, 12 dB, 18 dB, 24 dB and so on until the end of the dynamic range of this test signal, different absolute values in each of the dynamic amplitude sub-ranges, the same for the dynamic subbands of amplitudes with the same numbers in the adjacent first and second channels of the superheterodyne receiver 4.

Путем применения переключаемых динамических поддиапазонов амплитуд, в которых амплитудно-фазовая погрешность практически отсутствует, снижают и общую амплитудно-фазовую погрешность измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ.By using switchable dynamic sub-ranges of amplitudes in which the amplitude-phase error is practically absent, the overall amplitude-phase error of the meter of complex parameters of microwave four-terminal devices is also reduced.

Динамические поддиапазоны амплитуд переключаются автоматически с помощью блока управления 21, по командам управляющего компьютера 30 в зависимости от величины модуля измеряемого комплексного коэффициента передачи или отражения испытуемого четырехполюсника СВЧ 2.Dynamic sub-ranges of amplitudes are switched automatically using the control unit 21, according to the commands of the control computer 30, depending on the magnitude of the module of the measured complex transfer coefficient or reflection of the tested microwave 2-terminal.

В процессе эксплуатации устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ регулярно проводят аттестацию собственной погрешности величины амплитудно-фазовой погрешности в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд поочередно в первом и втором каналах супергетеродинного приемника 4. Для проведения аттестации переключатели 12 и 15 переводят во второе положения. При этом в первый и второй каналы двухканального супергетеродинного приемника 4 поступает зондирующий сигнал через равноплечный делитель 14 от дополнительного генератора 13 с частотой равной промежуточной двухканального супергетеродинного приемника 4.In the process of operation of the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the microwave quadrupole, they regularly certify their own error in the amplitude-phase error in each dynamic sub-range of amplitudes alternately in the first and second channels of the superheterodyne receiver 4. To carry out the certification, the switches 12 and 15 are put into the second position. Thus in the first and second channels of the two-channel superheterodyne receiver 4 receives a probing signal through an equal-arm divider 14 from an additional generator 13 with a frequency equal to the intermediate two-channel superheterodyne receiver 4.

При аттестации исходят из следующего положения. Идеальная величина модуля комплексного коэффициента усиления в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд равна отношению номиналов постоянных и переменных резисторов обратной связи первого 22 и второго 26 дискретно перестраиваемых операционных усилителей. Точность и стабильность идеальной величины модуля комплексного коэффициента передачи определяется точностью выполнения номиналов величин резисторов обратной связи первого 22 и второго 26 дискретно перестраиваемых операционных усилителей. Таким образом, величина модуля комплексного коэффициента усиления для каждого динамического поддиапазона амплитуд заранее известна. В случае отсутствия амплитудно-фазовой погрешности в любом динамическом поддиапазоне амплитуд (идеальный случай) сдвиг фаз в нем также должен быть равен нулю. Исходя из этого в аттестуемом по величине амплитудно-фазовой погрешности канале измеряют коэффициенты усиления его дискретно регулируемого операционного усилителя 22 или 26 путем изменения номиналов их переменных резисторов 24 и 28 соответственно и измеряют эти коэффициенты усиления в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд путем сравнения уровней зондирующих сигналов в аттестуемом и не аттестуемом каналах двух канального супергетеродинного приемника 4 с помощью индикатора отношений 34. Для этого зондирующие сигналы с помощью первого 31 и второго 33 АЦП переводят в цифровую форму и подают на второй и четвертый входы соответственно индикатора отношений 34. При этом в начале аттестации в не аттестуемом канале двухканального супергетеродинного приемника 4 включают динамический поддиапазон амплитуд с коэффициентом усиления нуль децибел (коэффициент передачи равен единице) и сохраняют его в течении всего периода аттестации канала.When certification proceed from the following position. The ideal magnitude of the complex gain module in each dynamic sub-range of amplitudes is equal to the ratio of the values of the constant and variable feedback resistors of the first 22 and second 26 discrete tunable operational amplifiers. The accuracy and stability of the ideal module magnitude of the complex transfer coefficient is determined by the accuracy of the values of the feedback resistors of the first 22 and second 26 discrete tunable operational amplifiers. Thus, the magnitude of the modulus of the complex gain for each dynamic sub-range of amplitudes is known in advance. In the absence of amplitude-phase error in any dynamic sub-range of amplitudes (ideal case), the phase shift in it should also be equal to zero. Based on this, in the channel that is certified in terms of amplitude-phase error, the gain of its discretely adjustable operational amplifier 22 or 26 is measured by changing the values of their variable resistors 24 and 28, respectively, and these gain factors are measured in each dynamic amplitude sub-range by comparing the levels of the probing signals in the certified and non-certified channels of two channel superheterodyne receiver 4 using the ratio indicator 34. For this, the probing signals using the first 31 and second 33 ADCs are digitized and fed to the second and fourth inputs, respectively, of the relationship indicator 34. At the beginning of the certification, in the non-certified channel of the two-channel superheterodyne receiver 4, a dynamic amplitude range with a gain of zero decibels is included (the transmission coefficient is unity) and keep it during the whole period of certification of the channel.

Отклонение измеренного модуля комплексного коэффициента усиления в каждом аттестуемом динамическом поддиапазоне амплитуд от его идеального значения при аттестации есть модуль (величина) амплитудно-фазовой погрешности. Отклонение сдвига фаз при измерениях в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд от нуля при аттестации есть паразитный сдвиг фаз возникающий из-за амплитудно-фазовой погрешности. При аттестации создают одинаковые условия измерений в каждом аттестуемом динамическом поддиапазоне амплитуд для уровней зондирующих сигналов путем установления одинаковой их величины в каждом из этих динамических поддиапазонов амплитуд. Это осуществляется установкой единого для всех аттестуемых динамических поддиапазонов амплитуд «нулевого уровня» зондирующего сигнала на выходе дискретно перестраиваемых операционных усилителей 22 или 26 и соответственно на входе аналого-цифрового преобразователя аттестуемого канала двухканального супергетеродинного приемника 4, с помощью вольтметра 32 путем подачи зондирующего сигнала аттестуемого канала на первый или второй вход вольтметра 32. «Нулевой уровень» амплитуд зондирующего сигнала определяют путем измерения вольтметром 32 его уровня в динамическом поддиапазоне амплитуд с коэффициентом усиления «нуль децибел». При этом «нулевой уровень» устанавливают такой величины, которая соответствовала бы оптимальной чувствительности аналого-цифрового преобразователя, применяемого в аттестуемом канале. Регулировку уровней зондирующих сигналов в других динамических поддиапазонах амплитуд аттестуемого канала с целью доведения его до нулевого уровня осуществляют по вольтметру 32 с помощью переменного аттенюатора 20, включаемого для этих целей в аттестуемый канал переключателями 16, 17, 18 и 19 во втором положении перед дискретно перестраиваемым операционным усилителем. Величины модуля и фазы амплитудно-фазовой погрешности, полученные в результате аттестационных измерений для каждого из аттестуемых динамических поддиапазонов амплитуд сравнивают с устанавливаемыми для них нормированными величинами. По величине отклонений амплитудно-фазовой погрешности от нормированных значений в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд двухканального супергетеродинного приемника 4 в меньшую или большую сторону принимают решение либо о ее соответствии норме, либо об аварии.The deviation of the measured module of the complex gain in each certified dynamic sub-range of amplitudes from its ideal value during certification is the module (value) of the amplitude-phase error. The deviation of the phase shift during measurements in each dynamic sub-range of amplitudes from zero during certification is a stray phase shift arising due to the amplitude-phase error. During certification, the same measurement conditions are created in each certified dynamic amplitude sub-range for the levels of sounding signals by establishing the same value in each of these dynamic amplitude sub-ranges. This is accomplished by installing a single for all certified dynamic sub-ranges of amplitudes of the "zero level" probe signal at the output of discretely tunable operational amplifiers 22 or 26 and, accordingly, at the input of the analog-to-digital converter of the certified channel of the two-channel superheterodyne receiver 4, using a voltmeter 32 by supplying the sounding signal of the certified channel to the first or second input of the voltmeter 32. The "zero level" of the amplitudes of the probing signal is determined by measuring with a voltmeter 32 of its level in the dynamic sub-range of amplitudes with a gain of zero decibels. In this case, the "zero level" is set to such a value that would correspond to the optimal sensitivity of the analog-to-digital converter used in the certified channel. The adjustment of the levels of the probing signals in other dynamic sub-ranges of amplitudes of the certified channel in order to bring it to zero is carried out by a voltmeter 32 using a variable attenuator 20, which is included for these purposes in the certified channel by switches 16, 17, 18 and 19 in the second position in front of the discretely tuned operating amplifier. The values of the modulus and phase of the amplitude-phase error obtained as a result of certification measurements for each of the certified dynamic amplitude sub-ranges are compared with the normalized values established for them. The magnitude of the deviations of the amplitude-phase error from the normalized values in each dynamic sub-range of amplitudes of the two-channel superheterodyne receiver 4 to a smaller or greater side makes a decision either about its compliance with the norm or about the accident.

Предлагаемое техническое решение позволяет повышать точность устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ за счет снижения величины амплитудно-фазовой погрешности с одновременным контролем этой величины.The proposed technical solution allows to increase the accuracy of the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the microwave quadrupole by reducing the amplitude-phase error with simultaneous control of this value.

Claims

A device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of a microwave four-terminal, containing a two-frequency synthesizer of coherent first and second test microwave signals, a tested microwave four-terminal, a two-channel superheterodyne receiver, consisting of the first and second microwave mixers, an additional generator, an equal-arm divider, a variable attenuator, a control unit, the first operational amplifier, consisting of the first constant, the first variable resistors and the first amplifier, the second a perration amplifier, consisting of a second constant, second variable resistors and a second amplifier, a control computer, a first analog-to-digital converter, a voltmeter, a second analog-to-digital converter and a ratio indicator, the input of the tested four-terminal device is connected to the first output of the first test microwave signal of a two-frequency coherent test synthesizer Microwave signals, the second output of which is connected simultaneously with the second input of the second microwave mixer and the second input of the first microwave mixture a carrier, the first output of which is connected to the first fixed contact of the fifth switch, the movable contact of which is connected to the movable contact of the seventh switch, the second fixed contact of which is simultaneously connected to the input of the variable attenuator and the second fixed contact of the eighth switch, the movable contact of which is connected to the movable contact of the sixth switch, the second fixed contact of which is connected to the second output of the equal-arm divider, the input of which is connected to the output of additional of the generator, the first fixed contact of the seventh switch is connected to the first fixed contact of the ninth switch, the movable contact of which through the first constant resistor is simultaneously connected to the input of the first amplifier and the first output of the control unit, the second output of which is simultaneously connected through the first variable resistor to the input of the first amplifier and directly with the output of the first amplifier, which is simultaneously connected to the first input of the voltmeter and simultaneously with the input of the first analog-to-digital an educator whose output is simultaneously connected to the third input of the voltmeter and the second input of the relationship indicator, the first input of which is connected to the third output of the control computer, the fourth output of which is connected to the second input of the control unit, the first input of which is connected to the first output of the control computer, the input of which is connected to the first output of the relationship indicator, the fourth input of which is simultaneously connected to the output of the second analog-to-digital converter and the fourth input of the voltmeter, the second input is at the same time connected to the input of the second analog-to-digital converter, the output of the second amplifier which is connected to the fourth output of the control unit, the third output of which is simultaneously connected to the input of the second amplifier, which is connected to its output through the second variable resistor, the input of the second amplifier is connected through the second constant resistor with the movable contact of the tenth switch, the second fixed contact of which is simultaneously connected to the second fixed contact of the ninth switch and the output the attenuator, the first fixed contacts of the eighth and tenth switches are interconnected, the output of the voltmeter is connected to the third input of the ratio indicator, the second output of the control computer is connected to the input of the two-frequency synthesizer of the first and second microwave test signals, characterized in that four switches are additionally introduced into it, a calculator, a first ampervoltmeter and a second ampervoltmeter, the input of which is connected to the second output of the second microwave mixer, the first input of which is connected movably m contact of the second switch, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the first switch, the movable contact of which is connected to the first input of the first microwave mixer, the second output of which is connected to the input of the first voltage meter, the output of which is connected to the second input of the calculator, the third input of which is connected to the second output of the ratio indicator, the fifth input of which is connected to the output of the calculator, the first input of which is connected to the output of the second ampervoltmeter, the first output of the second The microwave mixer is connected to the movable contact of the fourth switch, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the third switch, the first fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the fifth switch, the first output of the equal arm divider is connected to the movable contact of the third switch, the first fixed contact of the fourth switch is connected with the first fixed contact of the sixth switch, the first fixed contact of the second switch nen with the input of the tested microwave four-terminal, the output of which is connected to the first fixed contact of the first switch.