Прилад для визначення комплексного коефіцієнту передачі та відбиття у хвилеводі

Пристрій для визначення комплексного коефіцієнта передачі і відбиття в хвилеводі, що включає прямокутний хвилевід, з'єднаний з генератором частоти, що перебудовується, і пристроєм для Винахід відноситься до області виміру комплексних коефіцієнтів відбиття (ДВ) і коефіцієнтів передачі (КП) у хвилеводі, застосовується при дослідженні вузлів СВЧ-трактов, при перебуванні матеріальних констант речовин і т д ВІДОМІ пристрої для видається під відповідальність власника патенту визначення КП і ДВ ТА ВІДБИТТЯ У зняття сигналу, пропорційного напруженості поля, об'єкт із відомою матрицею розсіювання та пристрій порівняння сигналу, причому пристрій для зняття сигналу являє собою спрямований відгалужувач, зв'язаний із хвилеводом і пристроєм порівняння сигналів, з'єднаним з генератором частоти, що перебудовується, який відрізняється тим, що містить додатковий спрямований відгалужувач, з'єднаний із пристроєм порівняння сигналів, а в хвилеводі послідовно розташовані досліджуваний об'єкт і об'єкт із відомою матрицею, причому досліджуваний об'єкт розташований симетрично в центрі поперечного перерізу хвилеводу єнт, що залежить від властивостей діода в детекторній секції У детекторних секціях вимірювальних ЛІНІЙ застосовують діоди з квадратичною залежністю струму від напруги (а = 2), тоді модуль ДВ знаходиться по формулі від зразків, за якими випливає вільний хвилевід Визначення ДВ за допомогою вимірювальної лінії [О С Милованов, Н П Собенин Техніка надвисоких частот М Атомиздат, 1980] Вимірювальні лінії призначені для виміру ДВ методом дослідження розподілу поля уздовж лінії і являють собою відрізок прямокутного хвилеводу з подовжньою щілиною в широкій СТІНЦІ для переміщення зонда Звичайно застосовується зонд штикованого типу, що збуджується електричною складовою поля в лінії, куди він пропускається одним своїм кінцем Другий кінець зонда з'єднаний з центральним провідником коаксіального резонатора, для настроювання якого передбачений рухливий короткозамикач Методика виміру модуля ДВ грунтується на визначенні максимальної і мінімальної амплітуд електричного поля в лінії Інформація про значення амплітуди електричного поля в МІСЦІ положення зонда виходить шляхом перетворення СВЧ сигналу в постійний струм, обумовлений співвідношенням і = b * Еа, де і - ВІДЛІК по шкалі індикатора, b - коефіцієнт пропорційності, а - коефіці О 00 Фазу ДВ визначають по положенню мінімуму хвилі, для чого в конструкції лінії передбачений ВІДЛІКОВИЙ пристрій у виді ЛІНІЙКИ з ноніусом Для імітації вільного хвилеводу за досліджуваним зразком поміщають погоджене навантаження Погрішність визначення ДВ зв'язана з неквадратичностью характеристики діода, з помітним перекручуванням поля в лінії у випадку глибокого занурення зонда, із труднощами фіксування слабкого сигналу у випадку малого занурення зонда Додаткову погрішність вносить погоджене навантаження, що має власний малий, але ВІДМІННИЙ ВІД нуля, ДВ Негативний вплив щілини вимірювальної лінії на точність вимірів виявляється втім, що вона змінює характеристичний опір, швидкість поширення і довжину хвилі в лінії, наприкінці і початку щілини виникають відображення внаслідок збурю о> ю ю 55980 вання поля в цих місцях Пристрій для визначення ДВ, обране як прототип [Заявка №2001117716, від 12 11 2001, позитивне рішення від 24 05 2002] ДВ відновлюється по експериментальне вимірюваних частотних залежностях відносини амплітуд падаючої і відбитої від досліджуваного об'єкта хвиль Для однозначності цих залежностей у пристрій включений об'єкт із відомою матрицею розсіювання, що розташовується між досліджуваним зразком і джерелом Свчколебаний Для визначення ДВ у випадку, коли за досліджуваним зразком повинний випливати вільний хвилевід, використовується погоджене навантаження, що розташовується безпосередньо за досліджуваним зразком Недоліком пристрою є необхідність використання погодженого навантаження, що має власний малий ДВ В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для визначення в одномодовом прямокутному хвилеводі комплексного коефіцієнта передачі Т = |Т| * е|ф, де |Т| - модуль КП, е - фаза р КП, і= V-1 - мнима одиниця, і способу визначення комплексного коефіцієнта відбиття R = |R| * е|ф, де |R| - модуль ДВ, ф - фаза ДВ, чисельно рівного ДВ у випадку, коли за досліджуваним об'єктом випливає вільний хвилевід, за рахунок одержання однозначних залежностей функцій k,(f) і k2(f) від частотних залежностей комплексних коефіцієнтів передачі і відбиття вимірюваного об'єкта, що забезпечує підвищення точності вимірів Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для визначення комплексного коефіцієнта передачі і відбиття в хвилеводі, що включає прямокутний хвилевід, з'єднаний з генератором частоти, що перебудовується, і пристроєм для зняття сигналу, пропорційного напруженості поля, об'єкт із відомою матрицею розсіювання, пристрій порівняння сигналів, пристрій для зняття сигналу являє собою спрямований відгалужувач, зв'язаний із хвилеводом, і пристроєм порівняння сигналів, з'єднаного з генератором частоти, що перебудовується, ВІДПОВІДНО до винаходу, містить додатковий спрямований відгалужувач, з'єднаний с пристроєм порівняння сигналів, а в хвилеводі послідовно розташовані досліджуваний об'єкт і об'єкт із відомою матрицею порівняння, причому досліджуваний об'єкт розташований симетрично в центрі поперечного переріза хвилеводу, що забезпечує підвищення точності визначення комплексного коефіцієнта передачі і відбиття в хвилеводі фіг Пристрій, що заявляється, містить Принципова схема пристрою зображена на Пристрій містить генератор частоти, що перебудовується, (1), хвилевід (2), спрямовані відгалужувачі області А (3, 4) і області В хвилеводу (5), досліджуваний об'єкт (6), пристрій порівняння сигналів (7), об'єкт із відомою матрицею розсіювання (8) Досліджуваний об'єкт (6) симетрично розташовується в центрі поперечного переріза хвилеводу (2), розділяючи його на області А и В Область А хвилевідного тракту підключається до генератора частоти, що перебудовується, (1) і міс тить спрямовані відгалужувачі прямої і зворотної хвилі (3, 4) Область В хвилевідного тракту, обмежена об'єктом з відомою матрицею розсіювання (8), містить спрямований відгалужувач прямої хвилі (5) Виходи спрямованих відгалужувачей, а також вихід генератора із сигналом, пропорційним частоті, з'єднані з пристроєм порівняння сигналів U) На фіг позначено Ао - амплітуда хвилі основного типу, порушуваної генератором в області А, частота f змінюється В інтервалі fm,n < f< fmax, ДЄ f m in, W - ОбМЄЖЄНІ одномодовым режимом хвилеводу і діапазоном хитання генератора частоти Аі - амплітуда відбитої хвилі в області А хвилеводу Уо - амплітуда прямої хвилі основного типу в області В zo - координата нормальної до осі хвилеводу площини, що лежить ліворуч від об'єкта (6), ДВ в якої повинний бути обмірюваний Z'] - координата нормальної до осі хвилеводу площини, що лежить праворуч від об'єкта (6), КП у який повинний бути обмірюваний Z2 - координата нормальної до осі хвилеводу площини, що є границею об'єкта (8) ліворуч Площини Z'] і Z2 розташовані симетрично щодо об'єкта (6) При необхідності перерахування ДВ чи КП на іншу площину варто помножити ВІДПОВІДНИЙ коефіцієнт на множник, що враховує зрушення фаз між площинами Безпосередньому виміру підлягають частотні залежності відносин ki(f) = |Во| / |Ао| і кг = |Во| / |А-і| Об'єкт (8) з відомою матрицею розсіювання забезпечує однозначну залежність функцій ki(f), k2(f) від частотних залежностей модуля і фази КП вимірюваного об'єкта Як об'єкт (8) може бути застосована, наприклад, короткозамикаюча пластина Пристрій працює слідуючим чином Спрямований відгалужувач (3) виділяє падаючу на досліджуваний об'єкт (пряму) хвилю Ао, а спрямований відгалужувач (4) - відбиту хвилю Аі в області хвилеводу А Детектор відгалужувач (3) реєструє сигнал, пропорційний квадрату амплітуди прямої хвилі |Ао|2, а детектор відгалужувач (4) сигнал, пропорційний квадрату амплітуди зворот2 ної хвилі |Аі| Спрямований відгалужувач (5) виділяє падаючу на об'єкт (8) хвилю Во в області хвилеводу В Детектор відгалужувача (4) реєструє сигнал, пропорційний квадрату амплітуди прямої хвилі |Во|2 На вхід пристрою порівняння сигналів (7), наприклад, індикатора КСВН типу Я2Р-67, з детекторного діода спрямованого відгалужувач (3) надходить сигнал, пропорційний |Ао|2 і сигнал зі спрямованого відгалужувач (5), пропорщйний |Во|2, а з виходу пристрою порівняння знімається залежність 'v ' v и • • -и' ' аналогічно знімається k^ff) = у(В /А 1 ; ) ^ 2У залежність ' ° ' для чого на вхід пристрою порівняння подається сигнал з детекторного діода спрямованого відгалужувача (4), пропорційний |Аі|2 По цих залежностях відновлюється комплексні 55980 КП і ДО від об'єісга в діапазоні частот fmm < f < fmax Пропонований пристрій виключає які-небудь механічні переміщення вузлів експериментальної установки, що виключає ВІДПОВІДНІ погрішності вимірів Вплив на точність відновлення КП і ДВ неквадратичності характеристик ДІОДІВ, застосовуваних для детектирования сигналів у спрямованих відгалужувачів, практично несуттєво, на відміну від вимірювальної лінії Крім того, на точність вимірів не впливає нестабільність потужності генератора частоти У пропонованому пристрої знімаються сигнали окремо прямих хвиль чи зворотних хвиль, але не їхньої суперпозиції, що дозволяє використовувати для їхнього знімання спрямовані відгалужувачі, вплив яких на структуру поля в хвилеводі мало в порівнянні з впливом штикованого зонда, використовуваного у вимірювальній лінії При визначенні ДВ від об'єктів у випадку, коли за ними випливає нескінченний хвилевід, у пристрої, що заявляється, може використовуватися короткозамикаюча металева площина, матриця розсіювання якої відома з високою точністю, що виключає помилку, що виникає при застосуванні погодженого навантаження, що має власний ДВ Виміри КП може бути проведене як для реактивних, так і для активних чотириполюсників, на відміну від методу виміру КП за допомогою вимірювальної ЛІНИ Область А Фіг. Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24