SU868635A1

SU868635A1 - Device for measuring multi-terminal network impedance

Info

Publication number: SU868635A1
Application number: SU802864758A
Authority: SU
Inventors: Сергей Николаевич Песков; Нелли Дмитриевна Кошелькова
Original assignee: Предприятие П/Я А-1845
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1981-09-30

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике измерения на сверхвысоких частотах.The invention relates to radio engineering, in particular to a measurement technique at microwave frequencies.

Известны способы измерения полных сопротивлений СП.Known methods for measuring the total resistance of the joint venture.

Известно устройство, предназначен- ³ное для измерения полных сопротивлений на СВЧ, которым является рефлектометр. Рефлектометры находят все более широкое применение в измерениях как при низких уровнях мощности, так и на высоких мощностях, когда использование обычных измерительных линий затруднено .A device, Noe prednaznachen- ³ for measuring impedance at microwave frequencies, which is a reflectometer. OTDRs are increasingly used in measurements both at low power levels and at high powers, when the use of conventional measuring lines is difficult.

Недостатком использования рефлектометра является невысокая степень точности измерения фазы.The disadvantage of using an OTDR is the low degree of accuracy of phase measurement.

Наиболее близким техническим решением как для способа, так и для устройства, предназначенного для измерения полных сопротивлений многополюсников, к предлагаемому является измерительная линия, представляющая собой прибор, измеряющий модуль и фазу /The closest technical solution for both the method and the device designed to measure the impedances of multipoles to the proposed is a measuring line, which is a device that measures the module and phase /

коэффициента отражения от измеряемого многополюсника.reflection coefficient from the measured multipole.

Однако измерительная линия обладает рядом недостатков: во избежание больших ошибок измерений К^у возникает необходимость строго контролировать квадратичность диода измерительной линии, что сопряжено с дополнительными измерениями, тратой времени, фазовые измерения с пбмощью измерительной линии производятся с точностью до 0,05 мм (техническое описание измерительных линий типа Р1-17, ИКЛ-111, ИКЛ-112 и др.), что на волнах X-, К- и выше диапазоне приводит к значительный ошибкам измерений, использование измерительных линий при повышенных мощностях затруднительно из-за искажения зондом электромагнитного поля в линии. По тем же причинам возникают существенные ошибки при измерении больших значений К^-у .However, the measuring line has several drawbacks: in order to avoid large measurement errors, K ^ y, it becomes necessary to strictly control the squareness of the diode of the measuring line, which is associated with additional measurements, a waste of time, phase measurements using the measuring line are made with an accuracy of 0.05 mm (technical description measuring lines of the type R1-17, IKL-111, IKL-112, etc.), which, in the X-, K- and higher wavelengths, leads to significant measurement errors, the use of measuring lines at higher powers Difficult due to distortion by the probe of the electromagnetic field in the line. For the same reasons, significant errors arise when measuring large values of K ^ -y.

Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is improving the accuracy of measurements.

> 868635> 868635

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения полных сопротивлений многополюсников, содержащее индикатор и последовательно соединенные источник сигнала и развязывающий блок, введены направленный ответвитель падающая, направленный ответвитель отраженная, тройник и короткозамыкающий поршень, при этом выход развязывающего блока соединен со входом направленного от.ветвителя падающая, выход которого соединен-с выходом направленного ответвителя отраженная, вход которого соединен с входом устройства через тройник, в который включен короткозамыкающий поршень.This goal is achieved by the fact that a directional coupler is incident, a directional coupler is reflected, a tee and a short-circuit piston are introduced into the device for measuring the impedances of multipoles, containing an indicator and a series-connected signal source, while the output of the isolation unit is connected to the input directed from. a falling branch, the output of which is connected to the output of a directional coupler reflected, the input of which is connected to the input of the device through a tee, in otorrhea included shorting plunger.

На фиг. 1 представлено устройство· для измерения полных сопротивлений;на фиг. 2 - включение многополюсника и короткозамыкающего поршня в такт СВЧ, на фиг. 3 - способ нахождения, полной проводимости многополюсника по круговой диаграмме проводимостей Вольперта-Смитта при измерениях с помощью короткозамыкающего поршня.In FIG. 1 shows a device · for measuring the impedances; FIG. 2 - inclusion of a multipole and a short-circuit piston in the microwave cycle, in FIG. 3 - a method for finding the full conductivity of a multipole according to a Volbert-Smith conductivity diagram when measured with a short-circuit piston.

Устройство содержит источник 1 -сигнала, развязывающий блок 2, направленный ответвитель 3 падающая, направленный ответвитель 4 отраженная, тройник 5, многополюсник 6, индикатор 7, короткозамыкающий поршень (КЗП)8. ·The device contains a signal source 1, an decoupling unit 2, a directional coupler 3 falling, a directional coupler 4 reflected, a tee 5, a multipole 6, an indicator 7, a short-circuit piston (KZP) 8. ·

Способ измерения полных сопротивлений . многополюсников состоит из следующей последовательности .операций.The method of measuring the impedance. multipole consists of the following sequence of operations.

Калибровка КЗП, т.е. нахождение по шкале поршня последнего минимума, соответствующего его длине /4 (производится в режиме согласования тракта, когда на его конце находится согласованная нагрузка).Calibration KZP, i.e. finding on the piston scale the last minimum corresponding to its length / 4 (performed in the mode of matching the path when the agreed load is at its end).

Нахождение фазы коэффициента отражения в месте получения КЗП (производится в режиме холостого хода в плоскости включения многополюсника) , включающее калибровку индикатор. ного прибора при холостом ходе на конце тракта и длине КЗП, равной Λ/4, 'компенсация поршнем реактивности тракта, существующей в месте подключения КЗП (нахождение на КЗП ближайшего к λ/4 минимума посредством изменения длины КЗП по минимуму показания индикаторного прибора и вычисление фазы коэффициента отражения в месте подключения КЗП _д1,_⁸Л/4~^еххFinding the phase of the reflection coefficient at the place of receiving the short-circuit breaker (performed in idle mode in the plane of the multipole connection), including the calibration indicator. at idle at the end of the path and short circuit length equal to Λ / 4, compensation by the piston of the reactivity of the path existing at the short circuit point (finding the minimum closest to λ / 4 by shorting the short circuit length to the minimum indicator value and phase calculation the reflectance at the connection EWC _D1 _ ⁸ l / 4 ~ ^e xx

Измерение K_CTY многополюсника при длине КЗП, равной λ/4.Measurement of K _CTY multipole at a short circuit length of λ / 4.

Измерение минимального значения коэффициента отражения от исследуемо₅ го многополюсника в режиме согласования с помощью КЗП. При этом производится фиксация рабочего положения КЗП Кр и вычисление рабочей фазы коэффициента отражения в плоскости _!0 включения КЗП _σ _ ^gl/4~^ePMeasurement of the minimum value of the reflection coefficient from the studied _5th multipole in the matching mode using short-circuit protection. In this case, the working position of the short-circuit breaker Kr is fixed and the working phase of the reflection coefficient in the plane _{! 0 of the} inclusion of the short-circuit breaker _σ _ ^g l / 4 ~ ^e P is calculated

Построение на круговой диаграмме Вольперта-Смитта.Plotting on a Wolpert-Smith pie chart.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Полученная от источника сигнала СВЧ мощность поступает в устройство, которое развязывает падающую и отра2о женную волны перед генератором, обеспечивая тем самым качество измерений,The microwave power received from the signal source enters the device, which decouples the incident and reflected waves in front of the generator, thereby ensuring the quality of measurements,

В основной высокочастотный тракт в противоположных направлениях включены два направленных ответвителя:In the main high-frequency path in opposite directions, two directional couplers are included:

₂₅ направленный ответвитель падающая и направленный ответвитель отраженный, Мощность, ответвляемая каждым ответвителем, пропорциональна 'мощности падающей и отраженной волн. _{25 the} directional coupler is incident and the directional coupler is reflected, The power branched by each coupler is proportional to the power of the incident and reflected waves.

₃₀ Сравнение этих мощностей производится при помощи кристаллических детекторов. ₃₀ Comparison of these powers is carried out using crystal detectors.

Продетектированные сигналы, снимаемые с кристадпических детекторов, подаются на вход низкочастотной электронной схемы индикатора, которая дает на своем выходе сигнал, пропорциональный отношению входных напряжений. Стрелочный прибор индикатора калибруется непосредственно в единицах К(^у .The detected signals taken from cristadic detectors are fed to the input of a low-frequency electronic circuit of the indicator, which gives a signal proportional to the ratio of input voltages at its output. The pointer meter is calibrated directly in units of K (^ y.

Способ измерения полных сопротив·лений многополюсников основан на косвенном измерении фаз коэффициента от⁴⁵ ражения с помощью короткозамкнутого поршня. ,The method for measuring the impedances of multipoles is based on an indirect measurement of the phases of the coefficient from ⁴⁵ times with the help of a short-circuited piston. ,

КПЗ представляет собой компактное устройство с плавно изменяющейся длиной, входит в комплект измерительной ^J линии и существует в коаксиальном и волноводном исполнении, Он обладает чисто реактивной входной проводимостью, которая изменяется по закону котангенса с изменением длины порш55 ня где -jgy — входная проводимость КЗП, ТГо — волновая проводимость КЗП,’ — волновое число! β — длина КЗП.The bullpen is a compact device with a smoothly varying length, is included in the set of the measuring ^J line and exists in coaxial and waveguide design. It has a purely reactive input conductivity, which varies according to the cotangent law with a change in piston length55 ny where -jgy is the input conductivity of the short-circuit breaker, Тго - wave conductivity of short-circuit breaker, '- wave number! β is the length of the short circuit breaker.

Способ измерения полных сопротивлений многополюсников базируется на теории длинных линий. Представим себе длинную линию с волновой проводимостью , в которую включен КЗП с той же волновой проводимостью (фиг.2). На конце основного измерительного тракта передачи находится измеряемый многополюсник с проводимостью 7~_н. Все проводимости нормированы тельно волновой проводимости передачи.The method of measuring the impedances of multipoles is based on the theory of long lines. Imagine a long line with wave conductivity, which includes the short-circuit breaker with the same wave conductivity (figure 2). At the end of the main measuring transmission path there is a measured multipole with a conductivity of 7 ~ _n . All conductivities are normalized to the wave conductivity of the transmission.

Задача прохождения полной мости многополюсника сводится к нахождению проводимости в месте подключения КЗП в сечении 2-2 (Тэ_) ^споследующей трансформацией измеренной проводимости на предварительно замеренный фазовый угол И по направлению к нагрузке.The task of passing the full bridge of a multipole is reduced to finding the conductivity at the point of connection of the short-circuit breaker in section 2-2 (Te_) ^{with the} subsequent transformation of the measured conductivity to a previously measured phase angle And in the direction of the load.

При изменении длины КЗП меняется реактивная проводимость в сечении 2-2. Показание индикаторного прибора при этом меняется от минимума до максимума. В момент, когда реактивность окажется полностью скомпенсированной поршнем, там будет чисто активное сопротивление, и индикаторный прибор покажет минимальное значение K_tTV.When changing the length of the short-circuit breaker, the reactance in section 2-2 changes. The indication of the indicator device in this case changes from minimum to maximum. At the moment when the reactivity is fully compensated by the piston, there will be a purely active resistance, and the indicator device will show the minimum value of K _tTV .

На круговой диаграмме (фиг. 3) произвольной точкой 7Ί = G jB^ показана проводимость в сечении 2-2. Компенсация реактивности в месте подключения поршня соответствует движению вдоль круга активной составляющей Gq (жирная кривая) вправо до пересечения с осью число активных проводимостей 7¾ = Gj. Значение для этой проводимости будет наименьшим из всех значений К_ОТу, соответствующих остальным проводимостям активной составляющей G^, т.е.In the pie chart (Fig. 3), an arbitrary point 7Ί = G jB ^ shows the conductivity in section 2-2. The reactivity compensation at the piston connection point corresponds to the movement along the circle of the active component Gq (bold curve) to the right until the intersection with the axis, the number of active conductivities is 7¾ = Gj. The value for this conductivity will be the smallest of all values of K _RT y, corresponding to the other conductivities of the active component G ^, i.e.

Т-ь = ⁶5 = ' ^х 'Cw vrHrtT = ⁶ 5 = ' ^x ' Cw vrHrt

При длине КЗП. равной λ/4, индикаторный прибор будет измерять истинное значение K_tTV измеряемого многополюсника . Эту длину λ/4 легко реконце измесогла10With the length of the short circuit breaker. equal to λ / 4, the indicator device will measure the true value of K _{tTV of the} measured multipole. This length λ / 4 is easily reconstructed by mixing 10

-н · относитракта проводипо измегистрируют на КЗП, когда на рительного тракта находится сованная нагрузка.—n · relate the tract concurrently to measure at the PCR when there is a co-burden on the retinal tract.

Фазовый угол а находят нению длины КЗП при холостом ходе в месте подключения многополюсника относительно длины КЗП, равной λ/4. При этом, изменяя длину КЗП до значенияThe phase angle a is found to be the value of the short circuit length when idling at the point of connection of the multipole relative to the short circuit length equal to λ / 4. At the same time, changing the length of the short circuit to the value

868635 6 βχχ. добиваются минимального показания индикаторного прибора, а величину фазового набега определеяют как где — длина, при которой происходит компенсация реактивности вместе подключения КЗП при холостом ходе в сечении многополюсника.868 635 6 βχχ. achieve the minimum indication of the indicator device, and the magnitude of the phase incursion is determined as where is the length at which the reactivity is compensated together with the connection of the short circuit breaker during idle in the multi-terminal section.

Реактивную составляющую проводимости в сечении 2-2 находят по изменению длины КЗП относительно его значения λ/4. Для этого необходимо скомпенсировать реактивную составляющую проводимости в сечении 2-2, поместив измеряемый многопоюсник на конце измерительного тракта и изменив длину КЗП до черты, при которой показания индикатора станут минимальными Κςγνιηϊη· Фазовый угол, определяющий реактивную составляющую, найден какThe reactive component of conductivity in section 2-2 is found by changing the length of the short-circuit breaker relative to its value λ / 4. To do this, it is necessary to compensate the reactive component of conductivity in section 2-2 by placing the measured multi-pin at the end of the measuring path and changing the short circuit length to the point at which the indicator readings become minimal Κςγνιηϊη · The phase angle determining the reactive component is found as

V кV to

На круговую диаграмму проводимостей Вольперта-Смитта наносятся окружности истинного К_Сту и минимального Κζ,τνπνΐη» ^{а также} окружности активных проводимостей, верхние точки которых соприкасаются с окружностью минимального Κ_&τνη,^_η и кривую реактивной составляющей проводимости в сечении 2-2.The circles of the true K _St and minimal наносζ, τνπνΐη ”are plotted on the Wolpert – Smith conductivity diagram, ^{as well as the} circles of active conductivities, the upper points of which are in contact with the circle of the minimum Κ _{& τνη} , ^ _η and the curve of the reactive component of conductivity in section 2-2.

Точка пересечения окружности истинного K_CTV с кривой реактивной составляющей проводимости, удовлетворяющей условию согласования на К и является искомой величиной проводимости в сечении 2-2. Проводимость многополюсника находят, трансформировав проводимость на замеренный фазовый угол из сечения 2-2 в сечение 1-1 по кругу истинного K_GTV тракта с многополюсником.The point of intersection of the circle of the true K _CTV with the curve of the reactive component of the conductivity that satisfies the matching condition on K and is the desired conductivity in section 2-2. The multipolar conductivity is found by transforming the conductivity by a measured phase angle from section 2-2 into section 1-1 in a circle of a true K _GTV path with a multipole.

Полное сопротивление многополюсника по известной величине полной проводимости находят по круговой диаграмме Вольперта-Смитта известным путем.The impedance of a multipole according to a known value of the total conductivity is found from the Volpert-Smith circular diagram in a known manner.

Предлагаемым устройством можно производить быстрые и точные измерения, используя в качестве источника сигнала свипирующий генератор, в комплект которого входят два направленных ответвителя (рефлектометр).The proposed device can be used to make quick and accurate measurements using a sweep generator as a signal source, the set of which includes two directional couplers (reflectometer).

Claims

The invention relates to radio engineering, in particular, to the technique of measuring at ultrahigh frequencies. Methods for measuring impedances are known. A device is known for measuring impedances on SECH, which is an OTDR. OTDRs are becoming more and more widely used in measurements at both low power levels and high power when conventional measuring lines are difficult to use. . The disadvantage of using an OTDR is the low degree of accuracy of phase measurement. The closest technical solution for both the method and the device for measuring impedances of multipoles, to the proposed is a measuring line, which is a device, a measuring module and the phase of the reflection coefficient from the measured multipole. However, the measuring line has several drawbacks: to avoid large measurement errors .y, it is necessary to strictly control the quadraticity of the measuring line diode, which is associated with additional measurements, a waste of time, phase measurements with a measuring line are performed with an accuracy of 0.05 mm (technical description of the measuring lines of the type P1-i 7, IKL-P1, IKD-112, etc.), which on the X, K-waves and above range leads to significant measurement errors, the use of measuring lines at high power s difficult because of the distortion of the electromagnetic field in the probe line. For the same reasons, significant errors occur when measuring large values. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. 38 The goal is achieved by the fact that a directional coupler is included in the device for measuring impedances of multipoles, containing an indicator and a serially connected signal source and a separation unit, a falling, directional reflection coupler, a tee and a short-circuiting piston, while the output of the separation unit is connected to the input is directed from, the branchite is incident, the output of which is connected to the output of the directional coupler reflected, the input of which is connected to the input of the device through a three-way k, which includes a shorting plunger. Fig. 1 shows a device for measuring impedances; n Fig. 2 - the inclusion of a multipole and short-circuiting piston in the microwave beat in FIG. 3 shows the method for finding the total conductivity of a multipole in a circular diagram of the Volpert-Smitt conductivities when measured with a shorting piston. The device contains a source of 1 sig nal, decoupling unit 2, directional coupler 3 incident, directional coupler 4 reflected tee 5, multi-terminal 6, indicator 7, short-circuiting piston. (KZP) 8. . Method of measuring impedances. a multi-tracker consists of the following sequence of operations. Calibration of KZP, i.e. finding the last minimum on the scale of the last minimum corresponding to its length / 4 (it is performed in the track matching mode when the load is matched at its end), the reflection coefficient phase was found at the location of the short circuit breakdown (produced at idle speed in the plane of multipole), including calibration indicator. When the device is idle at the end of the path and the length of the CCP is equal to L / 4, the piston reactivity of the path existing at the connection point of the CSP (the minimum of 6x closest to L / 4 is located at the CW by taking the indicator and calculating the phase the reflection coefficient at the connection site of the KZP Measurement of a multipole with an KZP line equal to L / 4. Measurement of the minimum value of OE (reflection coefficient of the studied multipole in the coordination mode using the CVP. This fixes of the working position of the PDG and the calculation of the working phase of the reflection coefficient in the key plane of the KZP v4 Construction on a Wolpert-Smith Pie Chart. The device works as follows. The microwave power received from the signal source enters the device, which dissipates the incident and reflected waves in front of the generator, providing the quality of measurements, In the main high-frequency path in opposite directions, two directional couplers are included: a directional coupler is a falling one and a directional coupler is from razhenny. The power transmitted by each tap is proportional to the power of the incident and reflected waves. Comparisons of these powers are made using crystal detectors. The detected signals, taken from the x-ray detectors, are fed to the input of the low-frequency electronic circuit of the indicator, which gives at its output a signal proportional to the ratio of the input voltages. The dial gauge is calibrated directly in KQ units. The method of measuring impedances of multipoles is based on indirect measurement of the phases of the reflection coefficient using a short-circuited piston. The CRP is a compact unit with a smoothly varying length, is included in the set of the measuring line and exists in a coaxial and waveguide design. It has a purely reactive input conductivity, which varies according to the cotangent law with a change in the piston length -JTo tgibe, where -jTg is the input conductivity of the short-circuiting zone, the wave conductivity of the short-circuiting electrode, ftr j the wave number, is the length of the short-circuit spark. The method of measuring impedances of multipoles is based on the theory of long lines. Imagine a long line with the wave conductivity. That which includes a CSP with the same wave conductivity (Fig. At the end of the main measurement channel of the transmission — a multipole with conductivity 7 is measured. All conductivities are normalized relative to the wave conductivity of the transmission path. The problem of passing a full conductor the multipole f is reduced to finding the conductivity in the location of the KZP connection in a section of 2-2 (t) with the subsequent transformation of the measured conductivity —ul to the previously measured phase angle A along in the direction to the load. When the length of the CCP changes, the reactive conductivity in section 2-2 changes, the indicator of the indicator changes from minimum to maximum. At the moment when the reactivity turns out to be fully compensated by the piston, there will be a purely active resistance the instrument will show the minimum value. In a pie chart (Fig. 3), an arbitrary point Xl 2. shows conductivity in section 2-2. Reactivity compensation in the connection point of the piston corresponds to moving along a circle of active components Gn (fat curve) to the right before intersection with the axis is the number of active conductivities of –3 G. equal to X / 4, the indicator device will measure the true value of K {. in the measured multipole. This% / 4 length is easily recorded at the cap, when there is a consistent load at the end of the pathway. The phase angle dH is determined by the change in the length of the KZP when idling at the connection point of the multipole relative to the length of the KZP equal to I / 4. At the same time, changing the length of the CCP to the value of the SHS, the indicator device has a minimum reading, and the phase shift value is defined as: K where Yyy is the length at which reactivity is compensated for at the connection point of the CSP when the multi-terminal is open. The reactive component of the conductivity in section 2-2 is determined by the change in the length of the CCP relative to its value I / 4. To do this, it is necessary to compensate the reactive component of conductivity in section 2-2 by placing the measurable multipoint at the end of the measuring path and changing the length of the short-circuiting signal to the line at which the indicator readings will become minimal. K TVmiw The phase angle defining the reactive component is found as dGPr. On the Wolpert-Smith plots of conductivities, the true KCTV minimum C-TVmin circumferences and also the active conductivities circumferences are plotted, the upper points of which are in contact with the minimum circumference and the reversal curve. tive component conduction in the cross section 2-2. The point of intersection of the true circle with the reactive component curve of conductivity satisfying the matching condition on K (y ,,,, is the desired conductivity value in section 2-

2. The multipole conductivity is found by transforming the conductivity fn to the measured phase angle d1 from section 2-2 to section 1-1 in a circle of the true path with the multipole. The total resistance of the solar cell according to the known total admittance is found along the Volpert-Smitht circular diagram by the known ut. The proposed device can produce fast and accurate measurements, using the generator as a source of sweeping signals, and two directional outlets (reflectometer) are included in the package. An apparatus for measuring impedances of multipoles, comprising an indicator and a series-connected signal source and an uncoupling unit, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, a directional coupler is reflected, a directional coupler reflected, a tee and a short lining piston, at the same time, the output of the splitting unit is connected to the input of the directional coupler of the padan, 8 output of which is connected to the output of the directional coupler reflected, the input of which It is connected to the device inlet via a tee, in which a short-closing piston is enclosed. Sources of information taken into account during the examination 1. Golovkov A.A. and Shvetsov A.N. The method of measuring the complex resistances on the microwave, - Radio Electronics, Vol. XXII, 1979.

ut i i i-J4 Yn

.3