Самокалібруючий аналізатор комплексного коефіцієнта відбиття

Реферат: UA 122245 U UA 122245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки радіовимірювань, а саме до вимірювальної техніки у міліметровому діапазоні довжин радіохвиль, і може бути використана як аналізатор комплексного коефіцієнта відбиття у хімічній промисловості при розробці і тестуванні оптичноактивних рідин, не руйнуючому контролі параметрів деталей і машин, у антено-хвилеводній техніці. Відомо пристрій для вимірювань комплексного коефіцієнта відбиття, який містить генератор, спрямований відгалужувач, чотири хвилеводних щілинних моста, чотири детектори, які з'єднані з індикаторами потужності, та навантаження з невідомим комплексним коефіцієнтом відбиття [Патент США, № 4 104 583, НКИ 324-58, 1978]. З застосуванням цього винаходу розробленні автоматизовані аналізатори кіл надвисоких частот для вимірювань параметрів чотирьох полюсників та комплексного коефіцієнта відбиття від навантажень [наприклад, Система векторного аналізу Anritsu VectorStar МЕ7828А). Недолік цих приладів полягає у тому, що вони мають складну конструкцію узгодженого вимірювального перетворювача та потребують попередню калібровку своїх параметрів з використанням щонайменше чотирьох еталонів комплексного коефіцієнта відбиття. Найбільш близьким за фізичною суттю до корисної моделі є пристрій, який містить розв'язаний надвисокочастотний генератор, атестоване гібридне з'єднання, виконане у вигляді перетинання в одній площині двох НВЧ ліній передач, перше плече якого є вхідним, а четверте є вихідним для приєднання невідомого навантаження для дослідження, між виходом генератора та першим плечем гібридного з'єднання послідовно розташовані опорний спрямований детектор вихідної хвилі генератора та перший спрямований детектор відбитої хвилі з гібридного з'єднання, друге плече гібридного з'єднання підключено до другого спрямованого детектора вихідної хвилі, а третє - до третього спрямованого детектора вихідної хвилі, блок аналогоцифрових перетворювачів, між неоднорідністю гібридного з'єднання та неоднорідністю невідомою навантаження міститься резонатор на відбиття, між вихідним плечем гібридного з'єднання і розніманням вимірювача для підключення невідомого навантаження міститься фазообертач, двигун, ротор якого з'єднано з ротором фазообертача, а на його статорі міститься оптоелектронний перемикач, блок керування фазообертачем, який підключено до двигуна, оптоелектронного перемикача та до контролера електронної обчислювальної машини [патент на корисну модель UA № 104257 кл. G 01 R 19/25, G 01 R 27/32, 25.01.2016]. Головний недолік даного пристрою - конструкція потребує зовнішній еталон комплексного коефіцієнта відбиття, наприклад, узгоджене навантаження, яке необхідно приєднати до рознімання вимірювача для його попереднього калібрування. В основу корисної моделі поставлена задача розробити конструкцію аналізатора, яка забезпечує його самокалібрування у режимі вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття, коли невідомого навантаження приєднано до вимірювача, наприклад, коли вихідне рознімання занурено у рідину для дослідження, або до нього приєднана антена. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, який містить розв'язаний надвисокочастотний генератор, атестоване гібридне з'єднання, виконане у вигляді перетинання в одній площині двох НВЧ ліній передач, перше плече якого є вхідним, а четверте є вихідним для приєднання невідомого навантаження для дослідження, між виходом генератора та першим плечем гібридного з'єднання послідовно розташовані опорний спрямований детектор вихідної хвилі генератора та перший спрямований детектор відбитої хвилі з гібридного з'єднання, друге плече гібридного з'єднання підключено до другого спрямованого детектора вихідної хвилі, а третє - до третього спрямованого детектора вихідної хвилі, блок аналого-цифрових перетворювачів, у хвилеводному резонаторі між неоднорідністю гібридного з'єднання та розніманням для приєднання невідомого навантаження міститься керуючий фазообертач, двигун, ротор якого з'єднано з ротором фазообертача, а на статорі фазообертача міститься оптоелектронний перемикач, блок керування, який підключено до двигуна, до оптоелектронного перемикача та до контролера електронної обчислювальної машини, додатково введені керуючий атенюатор, який міститься у хвилеводі резонатора між вихідним плечем фазообертача та розніманням для приєднання невідомого навантаження для дослідження, електромагнітне реле, шток якого з'єднано з штоком атенюатора,а електрична обмотка підключена до блока керування. Суть корисної моделі пояснює креслення. На Фіг. 1 наведена структурна схема самокалібруючого аналізатора комплексного коефіцієнта відбиття. Аналізатор містить: 1 - генератор надвисоких частот, який програмується; 2 - вентиль; 1 UA 122245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 3 - опорний спрямований детектор (ДС0) вихідної хвилі генератора; 4 - перший спрямований детектор (ДС1) відбитої хвилі з першого плеча гібридного з'єднання; 5 - гібридне з'єднання; 6 - другий спрямований детектор (ДС2) вихідної хвилі з другого плеча гібридного з'єднання; 7 - узгоджене навантаження; 8 - третій спрямований детектор (ДС3) вихідної хвилі з третього плеча гібридного з'єднання; 9 - блок аналого-цифрових перетворювачів (АЦП), який програмується; 10 - контролер; 11 - електронна обчислювальна машина (ЕОМ); 12 - невідоме навантаження для дослідження; 13 - хвилеводний резонатор; 14 - рознімання вимірювача для підключення невідомого навантаження; 15 - керуючий фазообертач; 16 - двигун кроковий; 17 - щілинний оптоелектронний перемикач; 18 - блок керування; 19 - керуючий атенюатор; 20 - електромагнітне реле. На Фіг. 2 представлена структурна схема четвертого вихідного плеча аналізатора, яка містить: 5 - гібридне з'єднання, а саме Е-площинний хвилеводний хрестоподібний подільник потужності з плечима 1, 2, 3, 4; 12 - невідоме навантаження для дослідження; 13 - хвилеводний резонатор; 14 - рознімання вимірювача для приєднання невідомого навантаження; 15 - керуючий фазообертач щілинний; 19 - керуючий атенюатор щілинний; 20 - електромагнітне реле. Як свідчить з фіг. 2, у резонаторі 13 довжиною L послідовно вздовж широкої стінки прямокутного хвилеводу розташовані щілинний фазообертач 15 та щілинний атенюатор 19. Поглинаюча пластина атенюатора 19 має два положення: зачинено "З" та відчинено "В" стосовно двох режимів проведення вимірювань, а саме: - режим "самокалібрування" (положення пластини зачинено "З") пластина введена у хвилевод, загасання атенюатора α≥50 дБ і його еквівалентна схема є "узгоджене навантаження", яке підключено до вимірювального 4-го плеча аналізатору, при будь якому значені коефіцієнта відбиття від невідомого навантаження 12; - режим "вимірювання" (положення пластини відчинено "В") пластина вилучена з хвилеводу, загасання атенюатора α≈0 дБ і його еквівалентна схема є "узгоджений відрізок хвилеводу" при будь якому значені коефіцієнта відбиття від невідомого навантаження 12. Функціонування пристрою здійснюється таким чином. Навантаження 12 з невідомим комплексним коефіцієнтом відбиття Г приєднається до рознімання 14 аналізатору. Для проведення калібрування аналізатора ЕОМ 11 реалізує режим "самокалібрування": електромагнітне реле 20 вводить поглинальну пластину атенюатора 19 у хвилевод резонатора 13 і у пам'ять ЕОМ 11 записуються значення вихідних сигналів спрямованих детекторів (ДС) 0 Pi0 , P0 i  1, 2, 3 . При реалізації режиму "вимірювання" невідомого комплексного коефіцієнта відбиття Г від навантаження 12 електромагнітне реле 20 вилучає поглинальну пластину атенюатора 19 з хвилеводу резонатора 13 і у пам'ять ЕОМ 11 записуються значення вихідних сигналів спрямованих детекторів (ДС) P , P i  1, 2, 3  . i 0  Невідомий комплексний коефіцієнт відбиття Г 0 навантаження 12 обчислюється відповідно наступної математичної моделі, яка знаходиться у пам'яті ЕОМ: 0  2 S  А 4  Qi  i1  Si0 4 2 0  P0  Pi ;  А4 , i  1 2, 3 . Г0  ,    S0  S0  A 4 Pi0  P0 41 44 55 2 (1) UA 122245 U 0 де Sij - розрахункові чисельні значення коефіцієнтів матриці розсіювання атестованого подільника потужності 5; 0 Pi0 , P0 - значення вихідних сигналів спрямованих детекторів (ДС), при реалізації режиму аналізатора "самокалібрування"; 5 10 15 20 Pi , P0 - значення вихідних сигналів спрямованих детекторів (ДС), при реалізації режиму аналізатора "вимірювання". Математична модель (1) аналізатора обчислює фазу невідомого комплексного коефіцієнта  відбиття Г 0 навантаження 12 у перерізах вихідних пліч подільника потужності 5 відповідно 0 чисельним значенням коефіцієнтів матриці розсіювання Sij атестованого подільника потужності 5.  Невідомий комплексний коефіцієнт відбиття Г навантаження 12 у перерізі рознімання 14 аналізатора обчислюється так:   Г  Г 0 expj4L /  w  , де  w - довжина хвилі у хвилеводі; L - чисельне значення геометричної довжини резонатора 13 (фіг. 2). При відомому калібровані аналізатора на зовнішнє еталонне навантаження одною з основних похибок вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття було відбиття від фланцевого з'єднання еталона з приладом. Так як елемент калібрування у заявленого аналізатора безпосередньо розташовано у конструкції вимірювального перетворювача, то дана систематичні похибка відсутня. Таким чином, запропонована конструкція дозволяє здійснювати самокалібрування аналізатора не тільки без застосування додаткового еталонного навантаження, але безпосередньо у реальному часу вимірювань, коли навантаження з невідомим комплексним коефіцієнтом відбиття залишається постійно приєднаним до вимірювача. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Самокалібруючий аналізатор комплексного коефіцієнта відбиття, що містить розв'язаний надвисокочастотний генератор, атестоване гібридне з'єднання, виконане у вигляді перетинання в одній площині двох НВЧ ліній передач, перше плече якого є вхідним, а четверте є вихідним для приєднання невідомого навантаження для дослідження, між виходом генератора та першим плечем гібридного з'єднання послідовно розташовані опорний спрямований детектор вихідної хвилі генератора та перший спрямований детектор відбитої хвилі з гібридного з'єднання, друге плече гібридного з'єднання підключено до другого спрямованого детектора вихідної хвилі, а третє - до третього спрямованого детектора вихідної хвилі, блок аналого-цифрових перетворювачів, у хвилеводному резонаторі між неоднорідністю гібридного з'єднання та розніманням для приєднання невідомого навантаження міститься керуючий фазообертач, двигун, ротор якого з'єднано з ротором фазообертача, а на статорі фазообертача міститься оптоелектронний перемикач, блок керування, який підключено до двигуна, до оптоелектронного перемикача та до контролера електронної обчислювальної машини, який відрізняється тим, що у пристрій введені керуючий атенюатор, який міститься у хвилеводі резонатора між вихідним плечем фазообертача та розніманням для приєднання невідомого навантаження для дослідження, електромагнітне реле, шток якого з'єднано з штоком атенюатора, а електрична обмотка підключена до блока керування. 3 UA 122245 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4