СВЧ-РЕФЛЕКТОМЕТР

Полезная модель относится к технике измерений на СВЧ и может быть использована для измерения комплексного коэффициента отражения оконечных нагрузок в стандартных коаксиальных и волноводных каналах.
Для измерений в широкой полосе частот рефлектометры строят по известной схеме 1, содержащей один противофазный и три квадратурных гибридных соединения. Однако жесткие требования к электрической длине соединений в схеме, технологические сложности, связанные с реализацией гибридных соединений в широкой полосе частот, делают такие рефлектометры дорогостоящими, громоздкими, рабочая полоса их не превосходит двух октав.
Известны простые конфигурации рефлектометров (см. 2 приложение), содержащие два направленных (однозондовых) датчика (рис. 11.21 приложения) или один ненаправленный (четырехзондовый) датчик (рис. 11.22 приложения) индуктивного или емкостного типа.
МПК:О01К27|28, 27/32
Однако такие рефлектометры имеют рабочую полосу частот, не превосходящую одной октавы, и невысокую точность измерения.
В качестве ближайшего аналога для технического решения выбран СВЧ - рефлектометр, содержаш;ий ненаправленный (четырехзондовый) датчик, зонды которого расположены в линии передачи (волноводе) на расстоянии, равным 1/8 длины волны, соответствуюп1;ей центральной частоте рабочего диапазона (рис. 11.22 приложения).
Целью полезной модели является расширение полосы рабочих частот рефлектометра с зондовыми датчиками с суш;ественным уменьшением габаритов по сравнению с имеющимися решениями, упрощением устройства и повышением точности измерения. Сущность решения заключается в том, что в СВЧ рефлектометр, содержащий ненаправленный четырехзондовый датчик, выход которого является выходом для подсоединения оконечной нагрузки, введен направленный датчик, вход которого является входом для подключения генератора СВЧ, а выход соединен со входом ненаправленного четырехзондового датчика, расстояние между зондами которого равно 1/12 длины волны, соответств)тощей центральной частоте рабочего диапазона, причем три зонда выполнены реагирующими на электрическое или магнитное поле, а
22(a/-/3/J.39
четвертый зонд выполнен реагирующим соответственно на магнитное поле или электрическое поле и установлен в плоскости расположения среднего зонда четырехзондового датчика, напротив него.
Направленный датчик содержит детектор и направленный ответвитель, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом направленного датчика, а выход вторичного канала соединен с детектором.
В другом варианте выполнения СВЧ рефлектометра направленный датчик содержит зонд и аттенюатор, вход которого соединен с зондом и является входом направленного датчика, а его выходом является выход аттенюатора. Использование миниатюрного аттенюатора упрощает конструкцию рефлектометра по сравнению с использованием в нем направленного ответвителя.
Электрическая схема выполнения многополюсного СВЧ рефлектометра приведена на фиг.1 - 4, где изображено: на фиг. 1 - схема рефлектометра, у четырехзондового дaтчиka которого три зонда реагируют на электрическое поле, а один - на магнитное; на фиг. 2 - схема рефлектометра, у четырехзондового датчика которого три зонда реагируют на магнитное поле, а один на электрическое; на фиг. 3 - схема рефлектометра с направленным
ответвителем в направленном датчике; на фиг. 4 - схема рефлектометра с аттенюатором в направленном однозондовом датчике; на фиг. 5 показано расположение калибровочных постоянных рефлектометра.
Рефлектометр содержит (фигЛ - 2) включенные последовательно генератор СВЧ 1, направленный однозондовый датчик 2, ненаправленный четырехзондовый датчик 3, выход которого является выходом для подсоединения исследуемой нагрузки 4. Расстояние L между зондами 5, 6 четырехзондового датчика 3 равно 1/12 длины волны, соответствующей центральной частоте рабочего диапазона, причем три зонда 5 выполнены реагирующими на электрическое (фиг. 1) или магнитное поле (фиг.2) а четвертый зонд 6 выполнен реагирующим соответственно на магнитное поле (фиг.1) или электрическое (фиг.2) поле и установлен в плоскости расположения среднего зонда четырехзондового датчика 3, напротив него.
Направленный датчик 2 может содержать (фиг.З) направленный ответвитель падающей волны 7, выход вторичного канала которого соединен с детектором 8 датчика 2.
в другом варианте выполнения направленный датчик 2 содержит (фиг.4) миниатюрный аттенюатор 9 с ослаблением 3-5 дБ, вход которого соединен с зондом 10 датчика 2.
СВЧ- рефлектометр работает следующим образом.
Сигнал от генератора СВЧ 1 через направленный ответвитель 7 с детектором 8 (или через зонд 10 и аттенюатор 9) попадает в исследуемую оконечную нагрузку 4, претерпевая отражения в плоскостях размещения зондов 5,6. Мощности Pj, (Р, РЗ, РЗ Р4  PS - см. фиг. 1 - 4), регистрируемые детекторами или зондами датчиков 2 и 3, связаны с измеряемым коэффициентом отражения Г оконечной нагрузки 4 соотношением:
Pi а; |а|2 Ir-qJ , i  i-5 (1)
Здесь tt; - действительные, q; - комплексные постоянные, определяемые конструкцией рефлектометра, а - комплексная амплитуда волны, падающей на нагрузку.
Перед измерением Г рефлектометр калибруют на всех частотах, определяла; и q; (1), путем подключения нагрузок 4с изве1ртным коэффициентом отражения Г„ 3. Калибровка требует наличия хотя бы одной ненулевой мощности Р,, что достигается использованием в рефлектометре направленного датчика 2.
4,Гад
Rer  . 1тГ  Хад. 2,р,
мы
Здесь А;, Bj, и Cj действительные постоянные, однозначно определяемые через а; и q;.
Детектор 8 датчика 2, включенный во вторичном канале направленного ответвителя 7 (или зонд 10, включенный перед аттенюатором 9), реагирует на амплитуду волну, падающей на измеряемую нагрузку 4, Высокая точность восстановления Г по результатам измерения мощностей Pj (Pj - РЗ) обеспечивается в том случае, когда калибровочные комплексные постоянные qj (q 2 q) в плоскости комплексной переменной Г достаточно удалены друг от друга. Это условие в нашем случае выполняется в двухоктавной полосе рабочих частот, когда расстояние L между зондами 5, 6 равно 1/12 длины волны, соответствующей центральной частоте f рабочего диапазона, нижняя частота рабочего диапазона „  0,5 f, а верхняя .. Калиброврчные
постоянные зондов датчика 3, реагирующих соответственно на электрическое и магнитное поле, описываются выражениями: q, -ехр(/44 /л)( электрического поля)
i  ехр(14я/, / я)(для магнитного поля)
Здесь 1; - расстояние (см. фиг. 2) от зондов 5, 6 датчика 3 до плоскости подключения измеряемой нагрузки. 4. На фиг. 5 показано расположение калибровочных постоянных рефлектометра на нижней f , средней f и верхней f частоте рабочего диапазона частот.
Таким образом, оптимальное соотношение и расположение зондов 5, 6 датчика 3, реагирующих на электрическое и магнитное поле позволило при простой конструкции рефлектометра расширить полосу рабочих частот и повысить точность измерения за счет выполнения условия достаточной удаленности друг от друга калибровочных постоянных qj в плоскости комплексной переменной Г. Литература:
1 .Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств, М.: Радио и связь, 1987, с. 185, рис. 10.6.
2.Пашков,- А. Н. И др. Радиоизмерения, М., Мин. Обороны, 1980 г.
3.Кукуш В. Д. Электрорадиоизмерения, М., Радио и связь, 1985 г.
4.Садкова О. В., С.М. Никулин, Способ оценки погрешности результатов измерительных процессов в 12-полюсной рефлектометрии, журнал «Измерительная техника, 2001 г., №1, с. 50-53.