Спосіб вимірювання мінімально досяжного вхідного активного опору чотириполюсника

Спосіб вимірювання мінімальнодосяжного вхідного аісгивного опору чотириполюсника, що включає подачу електромагнітних коливань постійної потужності і частоти на вхід невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло комплексним опором і вимірювання потужності електромагнітних коливань на його виході, який відрізняється тим, що спочатку узгоджують опір генератора електромагнітних коливань із вхідним опором невзаємного чотириполюсника, із включеним у вхідне коло першим комплексним опором із відомою дійсною частиною, узгоджують вихідний опір невзаємного чотириполюсника з опором вимірювача потужності і заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім від входу невзаємного чотириполюсника відключають перший комплексний опір і підключають другий комплексний опір із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження генератора електромагнітних коливань із вхідним опором невзаємного чотириполюсника, із включеним у його вхідне коло другим комплексним опором із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження вихідного опору невзаємного чотириполюсника з опором вимірювача потужності і заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім підключають генератор електромагнітних коливань до виходу невзаємного чотириполюсника, а вимірювач потужності підключають до виходу невзаємного чотириполюсника з включеним другим ІЗ ВІДОМОЮ ДІЙСНОЮ комплексним опором частиною, здійснюють узгодження опору генератора електромагнітних коливань із вихідним опором невзаємного чотириполюсника й узгодження вимірювача потужності з вхідним опором невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло другим комплексним опором із відомою дійсною частиною і заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім від входу невзаємного чотириполюсника відключають другий комплексний опір із відомою дійсною частиною і підключають перший комплексний опір із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження опору генератора електромагнітних коливань із вихідним опором невзаємного чотириполюсника й узгодження опору вимірювача потужності з вхідним опором невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло першим комплексним опором, заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, а шуканий параметр визначають за формулою _ReZ2(Kc1-1)-ReZ1(KC2-1) де Zi і Z2 - перший і другий комплексний опір із відомою дійсною частиною, К С1 Pr2 Н2 22 де Рг - потужність електромагнітних коливань, що подаються на клеми невзаємного чотириполюсника, РЦ, Р21 - значення потужності електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності з виходу невзаємного чотириполюсника в режимі двостороннього узгодження, ВІДПОВІДНО, при підключенні до входу чотириполюсника першого Zi і другого Z2 комплексних опорів із відомою дійсною частиною, Р-І2, Р22 - значення потужності електромагнітних коливань, що надходять на вихід вимірювача потужності з входу невзаємного чотириполюсника в режимі двостороннього узгодження, ВІДПОВІДНО, при підключенні до входу невзаємного чотириполюсника першого Zi і другого Z2 комплексних опорів із відомою дійсною частиною о о со ю 53004 Винахід відноситься до області електроніки, зокрема до вимірювальної техніки визначення параметрів чотириполюсників Відомим Є спосіб визначення мінімальнодосяжного дійсного імітанса чотириполюсника ReWD = ReW 2 2 W 1 2 W 2 1 +Re(W 1 2 W 2 1 ) 2ReW 1 1 за результатами виміру його W - параметрів ReW22, ReWn, IW12W21I і Re(Wi 2 W 2 i), де під W параметрами припускається будь-яка з чотирьох систем у -, z -, h - або g - параметрів (див В М Богачев, ВВ Никифоров Транзисторные усилители мощности -М Энергия, 1978, с 20, фла(1-23) Недоліком даного способу є його низька точність, пов'язана з великою похибкою виміру W параметрів чотириполюсників у діапазоні НВЧ (див Транзисторы Параметры, методы измерений и испытаний /Под ред И Г Бергеньсона, ЮА Каменецкого, НФ Николаевского -М Сов радио, 1968,-504с ) Найбільше близьким до запропонованого рішення є спосіб вимірювання дійсної частини комплексного опору, що включає подачу електромагнітних коливань постійної потужності і частоти на вхід невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло комплексним опором і вимір потужності електромагнітних коливань на його виході (В Д Кукуш Электрорадиоизмерения, -М Радио и связь, 1985, с 301) Недоліком даного способу є його низька точність, обумовлена впливом на результат вимірів внутрішнього опору джерела електромагнітних коливань, ріст похибки вимірів при зменшенні коефіцієнта підсилення невзаємного чотириполюсника в результаті порушення умови К[3 » 1 (де К і [ - коефіцієнти 3 підсилення і зворотного зв'язку невзаємного чотириполюсника, ВІДПОВІДНО), а також підвищенням похибки вимірювання із ростом частоти, тому що в цьому випадку коефіцієнти передачі невзаємного чотириполюсника К і кола його зворотного зв'язку [ стають комплексними, 3 що вносить додаткову похибку й обмежує частотний діапазон способу Недоліком засобу є також наявність похибки виміру активної складової комплексного опору внаслідок впливу на результат виміру індуктивностей виводів і контактного пристрою В основу винаходу поставлено задачу створення способу виміру мінімально-досяжного вхідного дійсного опору чотириполюсника шляхом проведення додаткових операцій вимірювання потужності електромагнітних коливань, що проходять через невзаємний чотириполюсник у режимі його двостороннього узгодження при підключенні різноманітних комплексних опорів на його вході, що забезпечує підвищення точності і розширення частотного діапазону вимірювань Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання мінімально-досяжного дійсного імітанса чотириполюсника (вхідного активного опору чотириполюсника), що включає подачу електромагнітних коливань постійної потужності і частоти на вхід невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло комплексним опором і вимірюванням потужності електромагнітних коливань на його виході спочатку узгоджують опір генератора електромагнітних коливань із вхідним опором невзаємного чотириполюсника, із включеним у вхідне коло першим комплексним опором із відомою дійсною частиною, узгоджують вихідний опір невзаємного чотириполюсника з опором вимірювача потужності і вимірюють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім від входу невзаємного чотириполюсника відключають перший комплексний опір і підключають другий комплексний опір із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження опору генератора електромагнітних коливань із вхідним опором невзаємного чотириполюсника, із включеним у його вхідне коло комплексним опором із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження вихідного опору невзаємного чотириполюсника з опором вимірювача потужності і заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім підключають генератор електромагнітних коливань до виходу невзаємного чотириполюсника, а вимірювач потужності підключають до входу невзаємного чотириполюсника з включеним другим комплексним опором із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження опору генератора електромагнітних коливань із вихідним опором чотириполюсника й узгодження опору вимірювача потужності з вхідним опором чотириполюсника з включеним у вхідне коло другим комплексним опором із відомою дійсною частиною і заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, потім від входу невзаємного чотириполюсника відключають другий комплексний опір з відомою дійсною частиною і підключають перший комплексний опір із відомою дійсною частиною, здійснюють узгодження опорів генератора електромагнітних коливань із вихідним опором невзаємного чотириполюсника й узгодження опору вимірювача потужності з вхідним опором невзаємного чотириполюсника з включеним у вхідне коло першим комплексним опором, заміряють потужність електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності, а шуканий параметр визначають по формулі 53004 ReZ 2 (K c 1 -i)-ReZ 1 (K C 2 -1] ReZ, К С1 К " С2 де Zi i Z2 - перший і другий комплексний опір із відомою дійсною частиною, !•_. _ Р Р Г +Рц 12 де РГ - потужність електромагнітних коливань, що подаються на клеми невзаємного чотириполюсника, Рц, Р-І2 значення потужності електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності з виходу невзаємного чотириполюсника в режимі двостороннього узгодження, ВІДПОВІДНО, при підключенні до входу чотириполюсника першого Zi і другого Z2 комплексних опорів із відомою дійсною частиною, Р-І2, Рі2 значення потужності електромагнітних коливань, що надходять на вхід вимірювача потужності з входу невзаємного чотириполюсника в режимі двостороннього узгодження, ВІДПОВІДНО, при підключенні до входу чотириполюсника першого Zi і другого Z2 комплексних опорів із відомою дійсною частиною Установка містить (див фіг) генератор електромагнітних коливань 1, вихід якого через перший трансформатор 2, що узгоджує, з'єднаний із входом першого комутатора 3 Один із виходів першого комутатора 3 з'єднаний із виходом невзаємного чотириполюсника 4 і першим входом другого комутатора 5 Вихід другого комутатора 5 через другий трансформатор 6, що узгоджує, з'єднаний із входом вимірювача потужності 7 Другий вихід першого комутатора 3 з'єднаний із другим входом другого комутатора 5 і з входом третього комутатора 8 Перший вихід третього комутатора 8 з'єднаний через перший комплексний опір 9 із відомою дійсною складовою з входом невзаємного чотириполюсника 4, другий вихід третього комутатора 8 через другий комплексний опір 10 з'єднаний із входом невзаємного чотириполюсника 4 Спосіб здійснюється наступним чином Від генератора і подають електромагнітні коливання постійної потужності і частоти через трансформатор 2, що узгоджує, і перший комутатор 3 на вхід третього комутатора 8 вихід якого через перший комплексний опір 9 з'єднується з входом невзаємного чотириполюсника 4 Вихід невзаємного чотириполюсника 4 за допомогою комутатора 5 через другий трансформатор 6, що узгоджує, з'єднується з входом вимірювача потужності 7 Потім за допомогою трансформаторів 2 і 6, що узгоджують, встановлюється режим узгодження опору генератора електромагнітних коливань 1 із вхідним опором невзаємного чотириполюсника 4 при включеному в його вхідне коло першим комплексним опором 9 і узгодження опору вимірювача потужності 7 із вихідним опором невзаємного чотириполюсника 4 і в цьому режимі вимірюють потужність Рц електромагнітних 6 коливань на його виході Потім за допомогою комутатора 8 електромагнітні коливання генератора 1 падає через другий комплексний опір 10 із відомою дійсною складовою на вхід невзаємного чотириполюсника, за допомогою трансформаторів 2 і 6, що узгоджують, встановлюється режим узгодження опору генератора 1 із вхідним опором невзаємного чотириполюсника 4 при включеному в його вхідне коло другим комплексним опором 10 із відомою дійсною складовою, і узгодження опору вимірювача потужності 7 із вихідним опором невзаємного чотириполюсника 4, і в цьому режимі вимірюють потужність Рц електромагнітних коливань на його виході Потім за допомогою комутатора 8 електромагнітні коливання генератора 1 падає через другий комплексний опір 10 із відомою дійсною складовою на вхід невзаємного чотириполюсника, за допомогою трансформаторів 2 і 6, що узгоджують, встановлюється режим узгодження опору генератора 1 із вхідним опором невзаємного чотириполюсника 4 при включеному в його вхідне коло другим комплексним опором 10 із відомою дійсною складовою, і узгодження опору вимірювача потужності 7 із вихідним опором невзаємного чотириполюсника 4, і в цьому режимі вимірює потужність РгІ електромагнітних коливань на його виході Потім електромагнітні коливання генератора 1 через перший трансформатор 2, що узгоджує, і перший комутатор 3 подаються на вихід невзаємного чотириполюсника 4, а вимірювач потужності 7 через другий трансформатор 6, що узгоджує, і комутатор 5 підключається до входу третього комутатора 8 і здійснюють вимірювання потужності Р-І2 і Р22 електромагнітних коливань на вході невзаємного чотириполюсника 4 у режимі узгодження опору генератора 1 електромагнітних коливань із вихідним опором невзаємного чотириполюсника й узгодження опору вимірювача потужності 7 із вхідним опором невзаємного чотириполюсника при послідовному підключенні за допомогою третього комутатора 8 першого 9 і другого 10 комплексних опорів із відомою дійсною складовою Тепер, по виміряним значеннях потужностей Рц, Р21, Рі2, Рц мінімально-досяжний дійсний імітанс чотириполюсника може бути визначений, по формулі ReZc _ReZ2(Kc1-i)-ReZ1(KC2-i) К С 1 - КС2 PUP 11Н2 Р21Р22 де Zi і Z2 - перший і другий комплексний опір із відомою дійсною частиною, Рг - потужність електромагнітних коливань, що подаються на клеми невзаємного чотириполюсника, Відомо, ЩО мінімально-досяжний дійсний імітанс чотириполюсника визначається виразом 53004 (див В И Богачев Транзисторные усилители мощности -М Энергия, 1978г с 20, ф-ла(1-23) ReZt = ReZ 22 Z 12Z 21 IZi " " 21 2ReZ 11 О) Внутрішній інваріантний коефіцієнт СТІЙКОСТІ чотириполюсника дорівнює (див Куликовский А А Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами новых типов -М Госэнергоиздат, 1962 192с) ReZ 1 1 ReZ 2 2-Re(Z 1 2 Z2i) Z (2) Z 12 21 Р22=Р Г К Н О м20 02) Відомо (ДИВ Н А Филинюк Активные СВЧ фильтры на транзисторах -М Радио и связь, 1987, -с 13) Підставляючи (2) у (1), знаходимо ReZ t 2ReZ и К Свн (3) У випадку, якщо на виході чотириполюсника навантаження ZH"0, а на вході послідовно включаються опори Zi і Z2, інваріантний коефіцієнт СТІЙКОСТІ чотириполюсника буде дорівнює (див В М Богачев В В Никифоров Транзисторные усилители мощности -М Энергия, 1978, -с 25) Re(Z11+Z1)ReZ22-Re(Z12Z21) Z 12Z21 R e Z 11 -12^21, Z 12Z21 Св KC2ReZ1-KCiReZ2 (13) 'ном 2 (14) 10 (15) 'ном 20 (16) (5) де Z21, Z-I2 - опори прямої передачі чотириполюсника, Вирішуючи (13-16) щодоКсі урахуванням (9-12), знаходимо (6) -ReZ2 кном 1 (4) Вирішуючи (2, 4, 5), знаходимо К на його вході дорівнює Рі2=Р Г К Н О м2, 00) де КНон2 - номінальний коефіцієнт зворотної передачі невзаємного чотириполюсника по потужності Аналогічні співвідношення одержуємо для режиму узгодження у випадку включення на вході невзаємного чотириполюсника другого комплексного опору 10 із відомою дійсною складовою ._._РГ+Р11Р12 Z -ReZ2 12Z21 К ReZ2(Kc1-i)-ReZ1(KC2-i) К К К (8) С1 " С 2 У такий спосіб із (8) випливає, що для знаходження ReZBMxmin при відомих ReZi і ReZ2, достатньо виміряти інваріантні коефіцієнти СТІЙКОСТІ Ксі і і Ксг, з (17) U) С1 - К С 2 Підставляючи (6) і (7) у (3), одержимо ReZ і зворотної Кс2, які можна визначити за результатами вимірювання потужності сигналу, що пройшов через чотириполюсник у прямому й зворотному напрямках, при його двосторонньому узгодженні Дійсно, при подачі електромагнітних коливань на вхід невзаємного чотириполюсника 4 із включеним на його вході першим комплексним опором 9, опір якого узгоджено з опором генератора 1, а опір вимірювача потужності 7 узгоджено з вихідним опором невзаємного чотириполюсника 4, потужність сигналу на його виході буде дорівнювати Рц=РіКномі. (9) де Кнон/1 - номінальний коефіцієнт прямої передачі невзаємного чотириполюсника по потужності (див В Й Богачев Транзисторные усилители мощности -М Энергия, 1978г, с 11) При подачі електромагнітних коливань генератора 1 на вихід чотириполюсника з включеним на його вході першим комплексним опором у режимі узгодження, потужність сигналу С2 22 (18) З виразів (8, 17-18) видно, що похибка вимірювання мінімально-досяжного дійсного опору чотириполюсника визначається тільки похибкою визначення дійсної складової ReZ-i, ReZ2 першого і другого комплексних опорів, стабільністю потужності генератора Рг і похибкою вимірювання потужності електромагнітних коливань (РЦ, Р12, Р21, P22) що пройшли через невзаємний чотириполюсник 4 Найбільш істотне зниження похибки вимірювань досягається за рахунок того, що в запропонованому способі результат вимірювання не залежить від реактивної складового вхідного опору чотириполюсника, що дозволяє уникнути впливу паразитних індуктивностей виводів і контактотримачів 3 огляду на те, що у формулі (8) у чисельнику і знаменнику знаходяться різниці величин, що залежать від потужності виміряних електромагнітних коливань методична похибка методу визначаються в основному похибкою завдання ReZi і ReZ2 На ВІДМІННІСТЬ від способу прототипу, точність вимірювань не залежить від внутрішнього опору генератора електромагнітних коливань, від коефіцієнта передачі невзаємного чотириполюсника і від частоти, що дозволяє 9 спосіб 53004 у широкому діапазоні використовувати частот Перевагою запропонованого способу також є, те що немає необхідності здійснювати вимір фази електромагнітних коливань, що спрощує реалізацію засобу і зменшує похибку вимірювань У випадку, якщо необхідно, щоб одна з клем комплексного опору, що вимірюється була з'єднана загальною шиною, тоді в процесі 10 вимірювань, комплексні опори Zi і 2.2, по черзі включаються паралельно входу невзаємного чотириполюсника, ПОСЛІДОВНІСТЬ операцій способу і його режимів зберігаються, а у виразі (18) терміни опору заміняються термінами провідності, тому що початкові вирази (1-5) інваріантні до системи Y, Z, h - параметрів (див В И Богачев В В Никифоров Транзисторные усилители мощности -М Энергия, 1978, -с 22) ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24