SU1688193A1 - Измеритель комплексного коэффициента отражени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радио- измерительной технике и MOWCI быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контрол  и диагностики параметров волноводных трактов радиотехнических систем. Цель изобретени  - повышение точности измерени  . Принцип работы измерител  основан на периодической коммутации в общий канал сигналов от двухщелевого пол ризационного датчика при помощи p-i-п-диодов, установленных в щел х св зи. Информаци  о модуле и фазе коэффициента отражени  получаетс  путем обработки трех сигналов. Первый сигнал получаетс , когда открыта перва  щель, а втора  закрыта . Втора  - когда перва  щель закрыта, а втора  - открыта . сигнал формируетс , когда открыть; обе щели (этот сигнал  вл етс  калибровочным). Полезна  информаци  накапливаетс  в блоках выборки и хранение, а затем обрабатываетс  аналоговым путем. Переход на другую частоту осуществл етс  по сигналу с блока дискретной частоты. 2 ил. е S (Л

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах и приборах встроенного контрол  и диагностики параметров волноводных трактов радиотехни ческих систем.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

На фиг.1 представлена структурна  электрическа  схема измерител  комплексного коэффициента отражени ; на фиг.2 - то же, блока управлени .

Измеритель комплексного коэффициента отражени  содержит блок 1 дискретной перестройки частоты, генератор 2 СВЧ, двухщелевой пол ризационный датчик 3, исследуемый двухполюсник СВЧ k, отрезок 5 пр моугольного волновода, круглый волновод 6, щели 7,8 св зи, первый 9 и второй 10 p-i-n-диоды, блок 11 управлени , дискретную головку 12, первый, второй и третий блоки 13 - 15 выборки и хранени , первый сумматор 16, блок 17 вычитани , первый делитель 18, второй блок 19 вычитани , второй делитель 20, первый измеритель 21 отношений, первый квадратор 22, второй квад-р тор 23, зрктангенсный преО5

оо оо

со оо

образователь 2k, индикатор 25 фазы, второй сумматор 26, блок 27 извлечени  квадратного корн , второй измеритель 28 отношений, индикатор 29 модул .

Блок 11 управлени  содержит генератор 30, счетчик 31, схему 2 ИЛИ-НЕ 32, схему И 33 первый, второй, третий и четвертый блоки формиро- вани  уровн .

Измеритель комплексного коэффициента отражени  работает следующим образом.

Сигнал СВЧ генератора 2 Ет по сигналу с блока 1 на синхронизирующий вход СВЧ генератора 2 поступает через двухщелевой пол ризационный датчик 3 к исследуемому двухполюснику Ц с некоторым комплексным коэффи- циентом отражени 

Г,-|Г, (., (О

II I Гх I - модуль коэффициента отра-

жени  СВЧ двухполюсника k; Фаза коэффициента отражени  .

Отраженна  волна инерферирует с падающей. Анализ распределени  пол  осуществл етс  с помощью двухщеле- вого пол ризационного датчика 3. Расположение щелей 7,8 рассчитано так, что обеспечиваетс  возбуждение пр мой и обратной волн круговой пол ризации независимо от частоты во всем рабочем диапазоне частот измерител , соответствующем диапазону отрезка 5 пр моугольного волновода.

Обе щели 7,8 по размерам равны и располагаютс  вдоль радиуса круглого волновода 6. Круглый волновод 6 внутри имеет небольшое конусное сужение с переходом на канал меньшего диаметра. Эти особенности позвол ют расширить полосу пропускани  круглого волновода 6 (по колебанию Н ) до диапазона отрезка пр моугольного волновода 5.

В щел х 7, 8 размещены p-i-n-дио- ды 9,Ю, управление которыми осуществл етс  с первого и второго выходов блока 11.

Измеритель комплексного коффици- ента отражени  работает в три такта. На интервале времени от 0 до Т/3, где Т - период коммутации, по сигналу с первого выхода блока 11 p-i-n- диод 9 открывает дл  СВЧ сигнала пер

вую щель 7, в то врем  как втора  щель 8 закрыта-.

На интервале времени от Т/3 до 2Т/3 открыта втора  щель 8 вторым p-i-n-диодом 10 по сигналу с второго выхода блока 11.

На интервале времени от 2Т/3 до Т открыты обе щели 7,8 и на детектор- ную головку 12 поступает суммарный сигнал.

Сигнал, поступающий на детекторную головку 12, представл ет собой периодическую последовательность радиоимпульсов вида

U.

1

где К, - коэффициент передачи щели двухщелевого пол ризационного датчика 3 в предположении , что щели 7 и 8 идентичны .

Сигнал U, детектируетс  квадратичным детектором детекторной головки

12, на выходе которой сигнал Un имеет вид периодической последовательности пр моугольных видеоимпульсов. Выходной сигнал UQ детекторной головки 12  вл етс  периодической функцией, котора  на интервале, равном периоду

коммутации Т --, гдеQ - частота

коммутации p-i-n-диодов 9 и 10, имеет вид

(1+Jf;| 2/rJcosCfx) при (

K.KjE fr+jrJ+Z/Q/coeftf,-) K,,J-2 rJcosq ;jnPH Ittt

t Л

21

г

К,КдЕГ| , . (,х

,г

1+(Гх

J |г,| K,K Er i+|rx/+H|rx|+2/rx/cosg x +

+ cos J+2/rx/(Cos() +2/rx/cos Ч V + 2/rK/Zcos |+Zlrx/cos(x-/) )

2K,K n-/rx/ +2/r;(/ sin (ft при

,

(3)

где Кл - коэффициент передами квадра- тичного детектора детекторной

головки 12.

Блоки 13-15 по сигналам с третьего , четвертого и п того выходов блока 11 выбирают из выходного сигнала детекторной головки 12 UQ соответственно сигнал Uj (при включенной щели 7 и выключенной щели 8); сигнал U (при включенной щели 8 и выключенной щели 7 (фиг.Зг)), сигнал U-j (при включенных щел х 7 и 8 (фиг.Зд). Напр жение U выбираетс  и хранитс  в блоке 13, напр жение U2 в блоке И, напр жение U - в блоке 15. Эти сигналы имеют вид

U, KEj l+/rx/+2/rx| ) Ut-raJ l +/rx|t-2/rx/co8Cfx(5)

и -K J i+/rx|Ј+2/rx )

где - коэффициент пропорциональности;

К - коэффициент передачи, блока 13-15 в предположении , что они идентичны .

Первый сумматор 16 суммирует сигналы U(и U, при этом напр жение U на его выходе имеет вид

U U, + U2 - 2КЕ2Г 1 + /Гх/2 (7)

Первый делитель 18 делит выходной сигнал U. первого сумматора 16 пополам. Напр жение U на его выходе имеет вид:

u5.fi-KE Mr,f. Св

Напр жение Uj подаетс  на второй вход первого блока 17, на первый вход которого подаетс  напр жение Uj с выхода первого блока 13. При этом напр жение на выходе 1Ь первого блока 17 имеет вид

U

6 и - -КЕ

ет вид

, - и9-КЕ 1 + ,/ ij н/Гх/г 2КЕг/Гх/со

С08ц9

(9)

етс  на первый вход второго блока 19, на втррой вход которого подаетс  сигнал . с выхода первого сумматора 16. При этом напр жение на выходе U-, второго блока 19 имеет вид

U U3 - U 4KEj/rx|sinCpjr.(10)

Второй делитель 20 делит напр жение U- пополам

Ug У1 sintfx. (11)

Напр жение U подаетс  на вход делимого, а напр жение Ug - на вход делител  первого измерител  21. Тогда согласно выражени м (9) и (11) сигнал на выходе измерител  21 имеет

вид

Уё к 9 Л3ц6 V 2KE2/f-x7coSq x

К

25

K,tg(f,

(12)

где К.. - коэффициент передачи первого измерител  21. Сигнал Utj подаетс  на арктангенс- ный преобразователи 2b, сигнал U10 на выходе которого имеет вид

U(fl K4arctg (U9) K4CfX; (13)

где К - коэффициент передачи арктан- генсного преобразовател  2, при условии К-j 1. Сигнал с выхода арктангенсного преобразовател  2k подаетс  на индика- тор 25, шкала которого калибруетс  непосредственно в значени х фазы комплексного коэффициента отражени .

Напр жение U подаетс  также на вход первого квадратора 22, сигнал U4 на выходе которого имеет вид

и« (2KE /rJcOSq)x)2

- 4кгЕр/Гх( cosZq x .(14)

Напр жение Ug подаетс  также на вход второго квадратора 23, сигнал на выходе которого имеет вид

55

(2KE /rx/sinq x) 4K2Er-/r,/sin2C/V

(15)

Одновременно с этим напр жение Uj с выхода третьего блока 15 подаНапр жение U1( и подаютс  соответственно на первый и второй выходы

второго сумматора 2(з, который суммирует эти сигналы. Тогда согласно (НО и (15) сигнал и,, на выходе сумматора имеет вид

22

U,,+ 4К Er/f-x/(sinCfx-b

) 4К ЕГ/Гх .

(16)

В блоке 27 осуществл етс  операци  извлечени  квадратного корн  из сигнала Uta- Тогда напр жение U на выходе блока извлечени  квадратного корн  имеет вид

U

н

л|и„ 2КЕГ|ГХ/. (17)

Напр жение U подаетс  на вход делимого а напр жение U4 - на вход делител  второго измерител  28, сигнал U, (7) К„ К0, имеет вид

;,Ј на выходе которого согласно и (17), учитыва ,

что К К1х

Т

п - к Hit K5U4

К

2Ki KiKjE J Гх / „ /ГХ1 ,

2к, ,К

где

К5

коэффициент передачи второго измерител  28 отношений. Таким образом, в выражении (18) отсутствуют коэффициенты К, К, . и значение амплитуды падающей волны

Т

т.е. полностью исключена зависимость результата измерени  от коэффициента передачи щелей 7,8 блоков 13-15, а главное - от коэффициента передачи квадратичного детектора детекторной головки 12. Кроме того, исключена зависимость результата измерени  от изменений уровн  СВЧ мощности СВЧ генератора 1. Последнее особенно важно, так как позвол ет не примен ть в измерител х комплексного отражени  систем автоматической регулировки мощности, что  вл етс  существенным при построении систем встроенного контрол  и диагностики.

Напр жение U«подаетс  на индикатор 29, шкала которого калибруетс  непосредственно в значени х / Гх/.

Необходимо отметить, что в выражении (18) отсутствует линейна  зависимость между напр жением и,и измер емой величиной / Гц /, поэтому при использовании прибора с линейной шкалой будет иметь место систематичесмиумCfx-b

16)

аиз на го

10

15

7)

од ход сигно

х

20

25

,

18)

30

ка  погрешность, относительное значение которой определ етс  из (18)

/г/ /ГЛ

Мгх/ /гх г;/гх 7п7

1

т

i+/rx/z (19)

Из (19) видно, что при изменении |П,/от 0 до 1 погрешность измен етс  в, пределах от 0 до 50%. При /Гх/Ј0,2 (КстиЈ1,5) погрешность составл ет менее (%. Таким образом, линейной шкалой можно пользоватьс  лишь при малых . Дл  исключени  этой погрешности следует пользоватьс  индикатором 29 с нелинейной шкалой, изготовленной в соответствии с (18) или проводить коррекцию результатов измерений. При использовании линейной шкалой полагаем

/ГХ/

1 +7гхГ

где|Г м|- измеренный результат с применением линейной шкалы. Реша  последнее уравнение относительно истинного значени  / гу / , получим выражение

/г,

к к5/Гизм/, 20)

/Ч

Использование (21) позвол ет при применении линейной шкалы получить точный результат.

Блок 11 может быть реализован разнообразными схемотехническими решени ми. Один из вариантов построени  блока 11 приведен на фиг.2. Блок 11 состоит из следующих узлов: генератора 30 пр моугольных импульсов,- двоичного счетчика 31, схемы 2ИЛИ-НЕ 32, схемы И 33 и четырех блоков 3/ формировани  уровн .

Блок 11 функционирует следующим образом.

Сигнал с генератора 30 поступает на счетный вход счетчика 31. С первого выхода счетчика 31 сигнал двоичного кода поступает на управл ющий вход первого блока 13 и на первый блок 3, который преобразует цифровой сигнал в аналоговое напр жение, необходимое дл  управлени  первым p-i-n-диодом 9 С второго выхода счетчика 31 сигнал двоичного кода поступает на управл ющий вход второч1

го блока и на второй блок 35, который преобразует цифровой сигнал в анало овое напр жение, необходимое дл  управлени  вторым p-i-n-диодом 10. При наличии на первом и втором выходах счетчика 31 двух логических нулей схема 2ИЛИ-НЕ 32 вырабатывает сигнал, который поступает на управл ющий вход третьего блока 15 и на третий и четвертый блоки 3& и 37, которые преобразуют цифровой сигнал в аналоговые напр жени , необходимые дл  управлени  первым и вторым p-i-n диодами 3 и 10.

При наличии на первом и втором выходах двоичного счетчика 31 двух логических единиц схема И 33 вырабатывает сигнал Сброс, обнул ющий счетчик 31. В выключенном состо нии блоки должны находитьс  в высо коимпедансном состо нии.

Таким образом, введение в измеритель новых блоков позвол ет значително упростить конструкцию (благодар  исключению сложной механической системы ) , автоматизировать процесс измерени , а главное - повысить точность измерени  за счет исключени  мультипликативной погрешности, обусловленной зависимостью результата измерени  от коэффициента передачи щели св зи, коэффициента передачи квадратичного детектора и уровн  СВЧ мощности. Последнее особенно ваы но, так как позвол ет не примен ть систему автоматической регулировки мощности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Измеритель комплексного коэффициента отражени , содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, двухщелевой пол ризационный датчик с отрезком пр моугольного волновода , на широкой стенке которого закреплен круглый волновод, св занный с ним двум  щел ми св зи, причем выход отрезка пр моугольного волновода  вл етс  входом дл  подсоединени  исследуемого двухполюсника СВЧ, детекторную головку, размещенную в круглом волноводе, индикатор модул , индикатор фазы и блок управлени , о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , введены блок дискретной перестройки

   33

   I D

   5

   0

   частоты, три блока ныП i . и г-,- нени , деа p-i -п-диод,, ррт ра, два блока вычитани , дна делител , два измерител  отношений, два квадратора, арктангенсный преобртзо- ватель и блок извлечени  квадратного корн , при этом первый и второй y-i-n-диоды располагаютс  соответсi- венно в первой и второй щел х св зи двухщелевого пол ризационного датчика , выход детекторной головки соединен с входами первого, второго и третьего блоков выборки и хранени , управл ющие входы которых соединены соответственно с третьим, четвертым и п тым выходами блока управлени , первый и второй выходы которого соедине - ны соответственно с управл ющими входами первого и второго р-з-п-диодов, причем выход первого блока выборки и хранени  соединен с первым входом первого сумматора и первым входом первого блока вычитани , выход второго

   5 блока выборки и хранени  соединен с вторым входом первого сумматора, а выход третьего блока выборки и хранени  - с первым входом второго блока вычитани , выход первого сумматора соединен с первым входом второго измерител  отношений, входом первого делител  и вторым входом второго блока вычитани , выход первого делител  соединен с вторым входом первого блока вычитани , выход которого соединен с первым входом первого измерител  отношений и входом первого квадратора, выход второго блока вычитани  соединен с входом второго делител , выход которого соединен с вторым входом первого измерител  отношений и входом второго квадратора , при этом выход первого измерител  отношений через арктангенсный

   5 преобразователь соединен с входом индикатора фазы, выходы первого и второго квадраторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого

   Q через блок извлечени  квадратного корн , соединен с вторым входом второго измерител  отношений, выход второго измерител  отношений соединен с входом индикатора модул , а выход блока дискретной перестройки частоты соединен с синхронизирующим входом генератора СВЧ.

   0

   5

   0

   5

   Щиг.1

   к блоку 13-ч

   к блоку 14

   к блоку 15

   ®иг.2

   p-i-n- к р- i-n- Эиоду 9диод / Ю