Широкосмужні малогабаритні мікрохвильові перетворювачі для вимірювання параметрів антенно-хвильовідних трактів

Проведений аналіз показав, що частотні погрішності вимірювання модуля і фази коефіцієнта віддзеркалення визначаються наступними вираженнями:

 

Погрішність, пов'язана з перевіддзеркаленням від генератора, рівна:

 

dГхген= 1/ [1+Гг2Гх2-2ГгГх cos (fх+fг) ] – 1. (13)

 

На точність вимірювання також впливає неідентичність коефіцієнтів k1, k2, k3 в діапазоні частот. І хоч щілини зв'язку всіх трьох детекторних головок однакові і їх АЧХ не відрізняється один від одного, нерівність коефіцієнтів пов'язана, в основному, з неоднаковими коефіцієнтами перетворення НВЧ діодів. Відносна погрішність вимірювання модуля визначається співвідношенням:

 

dГхk =  ;

 

а абсолютна погрішність вимірювання аргументу

 

где  ;

 

Вказані джерела погрішності вносять істотний внесок в результуючу погрішність, і для підвищення точності вимірювання їх потрібно виключити. З метою корекції цих погрішностей запропонований алгоритм обробки вимірювальної інформації, для реалізації якого розроблений вимірювально-

обчислювальний комплекс. Його структурна схема включає наступні основні блоки: ЕОМ, пристрій сполучення, генератор НВЧ з електронною дискретною перебудовою частоти, первинний НВЧ перетворювач, досліджуємий мiкрохвильовий пристрій.

Перед вимірюванням модуля і фази ККВ прилад калібрується на кожній з частот діапазону по узгодженому навантаженню (Гх=Гн=0). Каліброванi значення напружень, що знімаються з детекторів Д1, Д2, Д3 будуть відповідно рівні:

U1к=k1U2, U2к=k2U2, U3к=k3U2. (14)

 

Вимірювальні (8-10) і калібрувани (14) сигнали обробляються по наступному алгоритму:

 

Приведена вище обробка сигналів з детекторів дозволила виключити погрішності, пов'язані з неідентичністю АЧХ детекторів, зміною рівня потужності генератора в діапазоні частот, перевіддзеркаленням від генератора. Розроблене програмне забезпечення дозволяє оператору повністю керувати всим процесом вимірювань і спостерігати на екрані монітора параметри, що вимірюються в графічній і числовiй формах.

Модернізований варіант розглянутого трохщілевого перетворювача має чотири детекторні головки. Четверта головка збуджується похилою щілиною, що є дзеркальним відображенням щілини головки Д2 відносно поперечної щілини. Номінальний фазовий зсув між сигналами, що поступають на другий і четвертий детектори, становить 90О, таким чином, між сигналами всіх сусідніх головок фазовi зсуви будуть рівні 45О. Алгоритм обробки вимірювальних і калібруваних сигналів для отримання інформації про значення модуля і фази ККВ з чотирохдетекторного перетворювача значно простіший. Як показав аналіз, частотні погрішності вимірювання модуля і фази, приблизно, такі ж як і у вимірникові з трохщілинним перетворювачем. 

У комплекс входять мiкрохвильовий перетворювач (1), пристрій сполучення (2), генератор з дискретною перебудовою частоти (3), ПЕОМ (4), пристрій, що досліджується (5). Мiкрохвильовий перетворювач складається з двох відрізків прямокутного хвилевода, пов'язаних між собою відрізком позамежного хвилевода з симетрично розташованим в ньому НВЧ діодом, який збуджуєтся двома ідентичними парами щілин зв'язку 1-2 і 3-4. Фазовий зсув між сигналами, що відгалуджуються похилими щілинами зв'язку 1-2, (3-4), як і в розглянутому вище трохдетекторном чотирохщілинному перетворювачі, становить, приблизно, 90О в діапазоні частот хвилевода. У щілинах встановлені p-i-n діоди, за допомогою яких може здійснюватися комутація щілин. Верхній канал навантажений узгодженим навантаженням (7). Чотириполюсник, що досліджується підключається між каналами перетворювача за допомогою U-образного 180-градусний вигину (6). Центри щілин 1 і 3 знаходяться в одній поперечній площині, а центри щілин 2 і 4 в іншій. Прилад може працювати як в режимі вимірювання коефіцієнта віддзеркалення (ККВ), так і в режимі вимірювання коефіцієнта передачі (ККП).

У режимі вимірювання ККВ щілини 3 і 4 постійно закриті. При відкритій щілині 1 і закритій щілині 2 з виходу НВЧ діода на пристрій сполучення поступає сигнал, що описується вираженням (8), при відкритій щілині 2 і закритій 1 – вираженням (10), а коли відкриті обидві щілини з виходу діода знімається сигнал, що описується вираженням (9). Обробка цих сигналів дозволяє отримати інформацію про модуль і фазу ККВ.

 

Малюнок. Функціональна схема однодетекторного перетворювача

 

У режимі вимірювання комплексного коефіцієнта передачі (ККП) задіяні всі чотири щілини. Спочатку на пристрій сполучення поступає напруга з НВЧ діода при відкритих щілинах 1 і 3 (щілини 2 і 4 закриті), потім при відкритих щілинах 2 і 4 (закриті щілини 1 і 3) і, нарешті, при всіх відкритих щілинах 1, 2, 3, 4. У кожному випадку на діод поступають сигнали падаючої, віддзеркаленої і хвилi, яка пройшла через дослiджуванний пристрiй. Сигнали, пропорційні амплітудам падаючої і відображеної хвиль поступають через щілини 1 і 2 нижніх канали перетворювача, а сигнали, пропорційні амплітуді хвилі, яка пройшла через дослiджуванний чотирохполюсник, через щілини 3 і 4 верхнього каналу. Обробка цих