Широкосмужні малогабаритні мікрохвильові перетворювачі для вимірювання параметрів антенно-хвильовідних трактів

Погрішність вимірювання модулів і фаз ККВ і ККП з використанням однодетекторного перетворювача, приблизно така ж, як і при використанні трехдетекторного чотирехщілинного перетворювача, якщо параметри p-i-n діодів відповідають вимогам, що пред'являються.

Кожний з варинтов мiкрохвильових перетворювачів має певні переваги. У першому варіанті всі щілини мають ідентичні амплiтудно-частотні характеристики, такий перетворювач може використовуватися у вимірникові параметрів з осцилографiчною індикацією. Детекторні головки другого і третього варіантів перетворювачів мають однакові конструкції, крім того ці перетворювачі мають меншу частотну погрішність. У чотирехдетекторном перетворювачі обробка сигналів дозволяє підвищити точність вимірювання близьких до одиниці значень модулів коефіцієнтів віддзеркалення навантажень, що вимірюються. Однодетекторний перетворювач може використовуватися як для вимірювання коефіцієнта віддзеркалення, так і коефіцієнтів передачі.

У четвертому розділі розглядаються питання розробки і практичної реалізації вимірювально-обчислювального комплексу для визначення параметрів мiкрохвильових пристроїв і результати його експериментального дослідження.

Різні варіанти мiкрохвильових перетворювачів побудовані на базі первинного хвилевiда перетином 3515 мм; для детекторних головок використовувався хвилевiд перетином 2310 мм. Основними вимогами до детекторних головок були їх широкосмужность і задовільна чутливість у всьому діапазоні частот.

Використаний стандартний генератор діапазону 5, 35…8, 5 ГГц з комплекту панорамного вимірника Р2-59 з внутрішньою модуляцією на p-i-n діодах і можливістю зовнішнього управління частотою генерації. Розроблений блок управління генератором, що здійснює числову перебудову частоти. Розроблений блок сполучення забезпечує посилення, фільтрацію, детектування і аналогово-числове перетворення сигналів з первинного перетворювача. Вимірювальна інформація обробляється в ЕОМ, параметри елемента, що досліджується визначаються в числовій і графічній формі в реальному масштабі часу. Розроблене програмне забезпечення вимірювально-обчислювального комплексу. Проведене експериментальне дослідження окремих блоків і розробленого вимірювально-обчислювального комплексу загалом із застосуванням зразкових заходів, що мають погрішності: 1% по модулю і 1О по фазі. Результати вимiрювань підтверджують проведені теоретичні дослідження. Максимальна погрішність вимірювання модуля ККВ не перевищувала 3. 5%, фази 3О при КСХ = 2.

Вимірювально-обчислювальний комплекс перспективний для застосування в технологічних процесах контролю при серійному виробництві елементів антенно-хвильовiдних трактів, для дослідницької роботи. Розроблені мiкрохвильовiднi перетворювачі за рахунок малих габаритів можуть бути застосовані як датчики вбудованого контролю і діагностики стану параметрів НВЧ трактiв радiотехничних систем.

Додаток А – робочі програми вимірювально-обчислювального комплексу.

Додаток Б – програми оптимізації геометричних параметрів щілин з різними варіантами постійних початкових умов.

Додаток В – графік залежності сумарної погрішності перетворювача від нормованої довжини хвилі і значення модуля навантаження, що досліджується.

Додаток Г – акти впровадження і використання результатів дисертацiйної роботи.

 

 

1. Проведений аналіз первинних перетворювачів вимірників параметрів мiкрохвильових пристроїв показав перспективність багатоэлементних первинних перетворювачів, що поєднують простоту конструкції і низьку вартість, малі габарити і масу. На їх основі можливе створення сучасного вимірника з програмним управлінням процесом вимірювань, корекцією погрішностей і зручним представленням результатів вимірювань.

2. Отримана формула для розрахунку фазового зсуву між сигналами, що підводяться до НВЧ діодів двох детекторних головок, що збуджуються похилими щілинами зв'язку, що враховує всі геометричні параметри щілин: довжину і ширину, кут нахилу, координати центрів щілин. Проведена багатопараметрична оптимізація з метою отримання квазипостiйного фазового зсуву в діапазоні частот хвилевода. У 37% -ний смузі частот відхилення фазового зсуву від 90О не перевищує 1, 6О.

3. Запропонований і досліджений трохсигнальный чотирохщілевий мiкрохвильовий перетворювач з малозалежними від частоти фазовими зсувами між всіма сигналами і ідентичними амплiтудно-частотними характеристиками щілинних елементів зв'язку всіх трох детекторних головок. Відхилення від номінальних фазових зсувів, рівні 90О і 45О, не перевищує 1, 6О і 0. 8О, відповідно.

4. Запропонований і досліджений трохсигнальний трохщiлинний перетворювач з незмінним 90О фазовим зсувом в діапазоні частот між двома сигналами і зсувом фаз третього сигналу, рівним (45О0, 8О) по відношенню до перших двох. Це дозволило більш ніж в два рази зменшити частотну погрішність.

5. Запропонований і досліджений чотирохдетекторний чотирохщiлинний мiкрохвильовий перетворювач, в якому номінальні фазовi зсуви між сигналами всіх сусідніх детекторних головок становлять 45О і в 37% -ний смузі частот змінюються не більш ніж на 0, 8О. Його частотні погрішності такі ж як і в трохщiлинному перетворювачі, а алгоритм обробки вимірювальних і калібровочних сигналів істотно спрощується.

6. Запропонований і досліджений трохсигнальний чотирохщiлинний однодетекторний мiкрохвильовий перетворювач, в якому реалізовується послідовний аналіз амплiтудно-фазового розподілу сигналів вздовж хвилевода, шляхом перемикання щілин зв'язку за допомогою p-i-n діодів.

7. Розроблена математична модель вимірника параметрів НВЧ пристроїв на основі мiкрохвильового перетворювача, яка дозволяє шляхом алгоритмічної обробки результатів вимірювання з врахуванням калiбровочних рівнянь виключити погрішності, пов'язані з перевiддзеркаленням від генератора, неідентичністю АЧХ детекторних головок, зміною рівня потужності генератора в діапазоні частот і підвищити точність вимірювання.

8. Розроблений і реалізований вимірювально-обчислювальний комплекс для визначення параметрів мiкрохвильових пристроїв, що включає різні варіанти мiкрохвильових перетворювачів, ЕОМ, генератор з дискретною програмною перебудовою частоти, пристрій сполучення, що забезпечує посилення, фільтрацію, детектування, аналогово-цифрове перетворення сигналів з первинного перетворювача і їх введення в ЕОМ.

9. Розроблене програмне забезпечення, що дозволяє реалізувати процедуру вимірювання і калібрування, панорамну і числову індикацію результатів вимірювання, діалоговий режим і інші сервісні можливості.

10. Проведені експериментальні дослідження окремих блоків