SU1659902A1 - Способ измерени S-параметров 2N-полюсника - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к СВЧ-технике, к измерени м активных, реактивных и полных сопротивлений или производных от них величин, и может быть использовано при автоматизации измерений параметров СВЧ-устройств. Целью изобретени   вл етс  обеспечение измерений S-параметров 2N полюсника без переключени  каналов 2N полюсника, Устойство дл  измерени  S- параметров содержит амплифазометр 1, в составе которого имеетс  СВЧ-генератор, соединенный с первым каналом исследуемого 2N полюсника 2, остальные каналы 2N полюсника погружены на короткозамыкате- ли 3. Особенностью изобретени   вл етс  нагружение всех каналов исследуемого 2N полюсника 2, кроме первого, на короткоза- мыкатели 3, которые фиксируют не менее трех положений короткого замыкани . 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерению активных, реактивных и полных сопротивлений или производных от них величин и может быть использовано при автоматизации измерений параметров СВЧ^устройств.

Целью изобретения является обеспечение измерений без переключения каналов 2М-полюсника.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения S-параметров 21М-полюсника, реализующего способ измерений S-параметров 2Г1-полюсника.

Устройство для измерения S-параметров ΏΝ-полюсника включает амплифазометр 1, имеющий в своем составе СВЧ-генератор, (испытуемый 21\1-полюсник 2, короткозамыкатель3.

Амплифазометр 1 подключен к первому каналу исследуемого 2М-полюсника 2. Остальные каналы 2М-полюсника нагружены (на .короткозамыкатели.

Устройство для измерения S-параметров 2N-nomoCHHKa работает следующим образом.

Матрицу рассеяния испытуемого 2Ν-ποлюсника можно записать, выделив элементы, относящиеся к одному из его входов, обозначенному 0-м номером:

			— -ч
	ιλο 1 5-t		S 1 z A · 1 _
5=	— _ _ I-----	-	ι к v
	. s ί 5* .		с., 1 q*

Модель измерительной системы выберем в виде соединения двух многополюсников, один из которых - испытуемый 21М-полюсник, а другой 2(1Ч-1)-полюсник с матрицей рассеяния

(2) то

2(Ь1-1)-полюсник с такой матрицей рассеяния может быть реализован в виде системы короткозамыкателей, подключенных ко всем входам испытуемого многополюсника, кроме О-го, при этом ^^п)-фазовый сдвиг, вносимый короткозамыкателем |-го плеча 21\1-полюсника в n-й серии измерений.

Коэффициент отражения на 0-м входе испытуемого 2И-полюсника в выбранной модели имеет вид:

0-м входе 2М-полюсника значение коэффициента отраженииия Г'^п<

Продифференцируем обе части уравнения (3) по фазе К-го короткозамыкателя: 5

ЭГ^(П1 , 14^ , (4) где Е(,- матрица, имеющая только один отличный от нуля элемент, расположенный в £-й строке и f-м столбце:

... I... N~i o’ · и lo (5) ·· О

Ν-Ι уравнении (4) величина производной в аК^п) —^определяется путем интерполяции по измеренным значениям коэффициента отражения на О-м входе ( узр^как функции фазового сдвига короткозамыкателя к-го входа при , где -М < m< М, и фиксированным фазовым сдвигам осталь ных короткозамыкателей фазовращателей = у^при I / к, совпадающим для всех групп n-й серии измерений. Измерения значения ΐί$ = Н^п) () как функции фазового сдвига к-го короткозамыкателя при фиксированных n, к будем считать к-й группой n-й серии измерений, причем в наших обозначениях справедливо тождество

Если ввести обозначения: b⁽ⁿV(R‘¹n- S*)’¹ Sio,> из системы уравнений (3) получим:

(6) = Р~’Г.>

⁰ ?

(Ό а из системы уравнений (4) .

(8) где

I b'S-

	5;o>=	5IO	j P·	·(: <b‘·»		T1'
tlnl		5 Ц-1,0		i; <1		• p (m) ·

. О) ‘

Записав систему (N-1)-ro уравнения (6) в виде одного матричного уравнения и найдя его решение, получим:

Kⁿ)= Soo + < S ₀| (Rn ¹ - S*)'¹ Sko > (3)

Каждому набору фазовых сдвигов короткозамыкателей (каждой матрице Rn) соответствует определенное измеренное на s* = Ё · в ¹ (10) ^ь(4^ехР[^ '> ... b^VN л —

11) i⁽*h- b⁽4xp(j4)⁽.v^KVS;0

Как следует из проведенного анализа, компоненты векторов Ь'^п' >можно определить лишь с точностью до знака, Т.е. известные нам величины d^> выражаются через истинные в виде t)(ⁿ)> = Dt/ⁿ’ >, где D - диагональная матрица с диагональными элементами ± 1. Отсюда находим, что входящие в данные соотношения и определяемые в результате измерений матрицы К В, Р связаны с их истинными значениями соотношениями вида:

(12)

Подставляя эти выражения в расчетные соотношения, получаем связь между полученными и истинными значениями искомых величин:

Sol > = DSoi >; S* = DS*D. (13)

Следовательно, изобретение позволяет определить недиагональные элементы искомой матрицы рассеяния лишь сточностью до знака. В некоторых случаях неопределенность в знаке может быть устранена путем использования априорной информации об испытуемом 2М-полюснике.

Погрешности определения элементов матрицы рассеяния испытуемого 2Г\1-полюсника, как это видно из соотношений (7), (10), являются погрешностями решения системы линейных алгебраических уравнений, правые части которых совпадают с измеренными значениями К^п) или с элементами матрицы F, а матрицы коэффициентов этих уравнений - с матрицами Р или В.

Погрешности измерения амплитуды и« фазы коэффициентов отражения заранее известны и совпадают с погрешностями амплифазометра. Погрешности элементов мйтриц Р, В и F, как видно из соотношений (8), (9), (11), порядка погрешностей производных dlWayj® . Путем интерполяции с использованием, например, многочленов наилучшего среднеквадратического приближения можно получить эти производные в виде:

arW_ Ί з..

-Άφ · μ( Μ+1)(2Μ + 1) ’

Χ_Σ ml®. ' (14) m — — М причем шаг и число точек интерполяции равны соответственно Ду? и 2М+ 1. Из выражения для производных следует, что погрешности их определения приблизительно равны погрешностям амплифазометра при достаточном .числе точек интерполяции.

Таким образом, оценка погрешностей элементов матрицы рассеяния испытуемого 21\)-полюсника дает величину порядка погрешности амплифазометра, если матрицы Р и В не являются плохо обусловленными.

В противном случае существует возможность выбором новых фазовых сдвигов сделать эти матрицы хорошо обусловленными.

Таким образом, анализ предлагаемой модели измерений позволил установить закономерности, связывающие искомые элементы матрицы рассеяния с коэффициентами отражения на одном из входов 2Nполюсника.

Для определения S-параметров исследуемого 2№-полюсника при помощи амплифазометра 1 измеряют коэффициенты отражения на выделенном О-м входе при различным состояниях короткозамыкателей

3. Для этого проводят группы измерений, в каждой из которых фазы (Ν-2)-χ короткозамыкателей 3 фиксированы в своих центральных положениях и варьируется около своего центрального значения фаза только одно35 го короткозамыкателя 3. Число таких групп измерений в серии равняется числу нагруженных входов 2М-полюсника, причем центральные значения фаз любого короткозамыкателя 3 совпадают для всех 40 групп данной серий измерений (эти значения могут отличаться для различных короткозамыкателей 3).

По значениям коэффициентов отраже а К) ния, измеренным при известным значениях варьируемых фаз у® , путем интерполяции согласно (14) находят- производные

7® ~ ^а по ним с помощью (11) величины ьЦ (с точностью до знака). Затем переходят к следующей серии измерений, изменяя центральные значения фаз короткозамыкателей 3, осуществляя поочередное варьирование фазы каждого короткозамыкателя 3 и измерения соответствующих коэффициентов отражения, как описано выше. Общее число измерений равно Ν(Ν-1Χ2Μ+1), где N - число серий, 2М+1 - число измерений в группе.

После того, как проведены все N серий измерений, по найденным величинам К^п)и Ь(п)¹ с помощью соотношений (7) - (11) находят матрицы Р, В, F и искомые элементы матрицы S (8).

Все измерения, являясь одноканальными, легко поддаются автоматизации. Для чего необходимо амплифазометр и коДоткозамыкатели 3 связать с ЭВМ и составить программу работы комплекса.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ измерения S-параметров 2Nролюсника, включающий подачу СВЧ-сигнала на первый вход 21М-полюсника, измерение комплексного коэффициента отражения падающей и отраженной волн в канале подачи СВЧ-сигнала при нагружении остальных 2(N-1) каналов 2К1-полюсника на образцовые меры комплексного сопротивления и расчете искомых параметров по результату измерения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерений без переключения каналов 2М-полюсника, в качестве образцовых мер комплексного •сопротивления используют регулируемые •короткозамыкатели, которые фиксируют не менее трех положений короткозамыкателей, а измерение комплексного коэффициента отражения проводят в функции положения короткозамыкателя г(^п) = Н^п где 1<n<N;1<k< (N-1), изменяя значение (рк в одном из каналов и фиксируя значения в остальных каналах, a S-naраметры 2М-полюсника определяют по формуле

   F

   5=

   5 ¹ -'оо I

   - ---fr

   S’ ¹ s* 1 ^э _M.

   S F 5* .

   5_oo = (P^rJ_o ,

   S‘; = (P'^! F_o); 1 t 5*=F_& где компоненты вектора Г_о и матричные элементы матриц Р, В и F определяются как p_i(-1 ' ι ι<=;¢-N ^pie’^Be-<6 J ^{1 έ6ί N} > · ft. „ Г-pi ^В'е'^ехр['Ц г ’ 2IJ) ^р;г-[^в;е^ехр(М^е,Ь5·]

   Kⁿ) - комплексный коэффициент отражения;

   - фазовый сдвиг, вносимый короткозамыкателем.