Автоматизований p-i-n-діодний рефлектометричний вимірювач s-параметрів нвч-пристроїв

Автоматизированный p-i-n-диодный рефлекгометрический измеритель S-параметров СВЧ устройств, содержащий генератор СВЧ, двухканальный согласованный детектор, индикаторное устройство, исследуемый двухполюсник или четырехполюсник, согласованные нагрузки и отрезок регулярного волновода, отличающийся тем, что в него введен Y-циркулятор, к первому плечу которого подключен генератор СВЧ и первый вход детектора, в щелях которого расположены p-i-nдиоды, ко второму плечу подключена первая согласованная нагрузка в режиме измерения коэффициента передачи (или исследуемый двухполюсник в режиме измерения коэффициента отражения), к третьему плечу - вход исследуемого четырехполюсника в режиме измерения коэффициента передачи (или отрезок регулярного волновода в режиме измерения коэффициента отражения), выход которого соединен со вторым входом детектора и второй согласованной нагрузкой О Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения S-параметров в автоматических измерительных системах и приборах СВЧ-диапазона Известны рефлектометр и чес кие измерители коэффициента отражения [1], содержащие генератор, два направленных ответвителя, исследуемый элемент и индикаторное устройство (измеритель отношения) Один направленный ответвитель ориентирован на падающую волну, другой - на отраженную Отношение сигналов с детекторов, подсоединенных к направленным ответвителям, равно квадрату модуля коэффициента отражения Таким образом, по результатам измерения определяется модуль коэффициента отражения Недостатком измерителя являются большие габаритные размеры и невозможность определить фазу коэффициента отражения Известен измеритель коэффициента передачи [1], построенный по тому же принципу на основе двух направленных ответвителей, один из которых ориентирован на падающую волну, другой - на прошедшую через исследуемый элемент Недос татком измерителя являются большие габариты и невозможность измерения фазы коэффициента передачи Известен рефлектометрический измеритель модуля и фазы коэффициента отражения - импедометр Парцена [2] Рефлектометр состоит из двунаправленных ответвителей, один из которых позволяет измерять напряжение падающей волны, другой - напряжение отраженной волны и ненаправленного ответвителя (зонда), измеряющего полное напряжение в волноводе Эти три напряжения позволяют определить модуль и фазу коэффициентартражения Недостатком измерителя является большое различие амплитудночастотных характеристик детекторов зонда и направленных ответвителей, а также габаритные размеры Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является рефлектометрический измеритель S-параметров [З] Измеритель состоит из двух направленных ответвителей, двух переменных аттенюаторов, двухканального согласованного детектора, вспомогательного отрезка регулярного волновода, ГО 44743 образцовой нагрузки, состоящей из переменного аттенюатора и подвижного короткозамыкателя Показания переменных аттенюаторов несут в себе информацию о модуле и фазе коэффициентов отражения или передачи Недостатком измерителя являются большие габаритные размеры, масса волноводного тракта, а также наличие перестраиваемых аттенюаторов, что делает невозможным автоматизировать процесс измерений Технической задачей изобретения является значительное уменьшение габаритов и массы волноводного тракта и автоматизация процесса измерения S-параметров Для этого в рефлектометрический измеритель S-параметров вместо двух направленных ответвителей, переменных аттенюаторов и подвижного короткозамыкателя введен Y-циркулятор, к первому плечу которого подключается генератор СВЧ и первый вход детектора, ко второму плечу - исследуемый двухполюсник в режиме измерения коэффициента отражения, либо согласованная нагрузка в режиме измерения коэффициента передачи, к третьему плечу - вход исследуемого четырехполюсника в режиме измерения коэффициента передачи, либо отрезок регулярного волновода - в режиме измерения коэффициента отражения, к выходу которого подключается второй вход детектоиа и согласованная нагрузка В щелях детектора расположены p-i-n-диоды По сравнению с известным устройством (прототипом) заявляемый измеритель проявляет новые технические свойства, заключающиеся в существенном уменьшении габаритов и массы волноводного тракта, особенно в длинноволновой части сантиметрового диапазона, где размер используемых направленных ответвителей достигает многих десятков сантиметров, а также в работе без дополнительных подстроек и калибровок в широкой полосе частот, что позволяет автоматизировать процесс измерения S-параметров, Возможность уменьшения габаритов и массы измерителя и автоматизации процесса измерения позволяет сделать вывод о более высоких потребительских свойствах заявляемого измерителя На чертеже приведена функциональная схема измерителя S-параметров Автоматизированный pin-диодный рефлектометрический измеритель S-параметров содержит генератор 1 СВЧ, Y-циркулятор 2, согласованные нагрузки 3, 7, исследуемый двухполюсник 4, исследуемый четырехполюсник 5, отрезок регулярного волновода 6, двухканальный р-і-п-диодньїй согласованный детектор 8, индикаторное устройство 9, 21, 22, 23 - плечи Y-циркулятора Измеритель S-параметров работает следующим образом В режиме измерения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи второе плечо 22 Y-циркулятора нагружается согласованной нагрузкой Исследуемый четырехполюсник включается в третье плечо циркулятора Циркулятор пропускает поле по часовой стрелке Измерения проводятся в три этапа, на каждом из которых на pin-диоды подаются управляющие напряжения так, что щель может быть разомкнута (щель открыта) и замкнута (щель закрыта) 1 Щель 1' открыта, щель 2' закрыта Сигнал на детекторе представляет собой частично ответвленный через щель 1' сигнал от генератора U1=k-Er2 где К - коэффициент пропорциональности, Ег - сигнал от генератора 2 Щель 1' закрыта, щель 2' открыта Сигнал на детекторе возбуждается прошедшей через исследуемый четырехполюсник волной При этом отраженный от него сигнал поглощается в согласованной нагрузке U 2 = k-E r 2 -K 2 где Кх - модуль коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника 3 Обе щели открыты Сигнал на детекторе является результатом интерференции падающей и прошедшей волны где фх - фаза коэффициента передачи Сигналы с детекторной головки обрабатываются в индикаторном устройстве а гс о о s В режиме измерения модуля и фазы коэффициента отражения Y-циркулягор переворачивается, т е плечи 22 и 23 меняются местами (циркулятор работает в направлении против часовой стрелки) К третьему плечу 23 подключается исследуемый двухполюсник (вместо согласованной нагрузки), ко второму плечу 22 - отрезок регулярного волновода (вместо четырехполюсника) Измерения также проводятся в три этапа 1 Щель 1' открыта, щель 2' закрыта U1=k-Er2 2 Щель 1' закрыта, щель 2' открыта l )2. - k . F r2 . -і 2х и к- t r 3 Обе щели открыты U3 = к • Ег 2 • (1 + Г 2 + 2 • Гх • COSI+I X где Гх, ч^х - модуль и фаза коэффициента отражения ( и ,— . и I г а гсссs U U Таким образом, заявленное устройство позволяет существенно уменьшить габариты и массу прибора, дает возможность автоматизировать процесс измерения S-параметров, причем индикаторное устройство выполняет абсолютно идентичную обработку как в режима измерения коэффициента передачи, так и в режиме измерения коэффициента отражения 44743 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90