Измерение S–параметров с помощью рефлектометров. Анализаторы цепей СВЧ. Принцип работы импульсного рефлектометра. Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения. Особенности применения рефлектометров. Методы калибровки измерителя S–параметров.
Аннотация к работе
С каждым годом требования к параметрам устройств работающих в диапазоне СВЧ увеличивается, вследствие чего возникает необходимость создания специальных средств измерения, проверки и настройки устройств СВЧ. Для таких целей используют измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения (модуля и фазы) четырехполюсников СВЧ. Такие измерители еще называют измерителями S - параметров. Для измерения S-параметров используют векторные анализаторы и импульсные рефлектометры. В свою очередь для создания измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения необходима теоретическая и технологическая основа, позволяющая достичь требования предъявляемых к их точности измерения.Анализаторы цепей представляют приборы, которые измеряют передаточную функцию или функцию импеданса линейных цепей с помощью синусоидального сигнала. Система анализатора цепей выполняет эти измерения, используя различные компоненты, подключаемые к испытуемому устройству. Поскольку передаточная функция и импеданс представляют отношения различных напряжений и токов, необходимы средства, позволяющие отделить нужные сигналы от других сигналов, присутствующих на измерительных портах испытуемого устройства.Рассмотрим два основных способа измерения параметров четырехполюсников СВЧ.Измерительными линиями называются приборы для измерения коэффициента стоячей волны напряжения, полных сопротивлений, потерь в тракте, длины волны и добротности колебательной цепи в частотной точке. Метод основывается на определении распределения поля внутри передающей линии. В качестве передающей линии используются коаксиальные, волноводные и полосковые линии. Измерительная линия имеет продольную щель, вдоль которой передвигается измерительная головка с зондом и детекторным диодом. При измерениях с такой линии предполагается, что она однородна и зонд не влияет на распределение электрического поля в линии.При распространении энергии от генератора (1) к нагрузке (7) результирующее распределение напряжения вдоль линии, получающееся при суммировании напряжений падающей Uпад и отраженной Uotp волн, образует стоячую волну. Отношение максимального значения напряжения стоячей волны Umakc к минимальному Uмин, называется коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) рефлектометр импульсный измеритель цепьКоэффициентом отражения нагрузки называют величину отношения напряжения падающей волны на испытуемую нагрузку к отраженной от нее амплитуде напряжения описываемые выражением (2).В практике измерений в диапазоне СВЧ оперируют величинами, характеризующими волновой процесс - коэффициентами отражения и передачи. Поэтому, особенно продуктивным оказывается метод матриц рассеяния S (от англ. scattering - рассеяние), введенный специально для анализа СВЧ цепей. Для пассивного линейного четырехполюсника, включенного в СВЧ тракт с волновым сопротивлением , можно записать уравнения, определяющие линейную связь между падающими и отраженными волнами на входе и выходе четырехполюсника в видеЭлементы волновой матрицы рассеяния имеют ясный физический смысл и могут быть измерены сравнительно простым способом, в частности с помощью измерительной линии. При работе СВЧ - четырехполюсника на согласованную нагрузку отраженная волна на выходе его отсутствует из соотношения (4) следует В общем случае он учитывает как активные потери в четырехполюснике, так и потери на отражение . Элементы и имеют аналогичный смысл, но соответствуют обратному включению четырехполюсника (при этом выход четырехполюсника соединяют с генератором, а на вход его включают согласованную нагрузку). Для определения элемента необходимо измерить модуль и фазу коэффициента отражения от входа исследуемого четырехполюсника при включении на выходе его согласованной нагрузки: (7)Явления, происходящие в передающей линии, можно исследовать не только при помощи измерительной линии, но и с помощью непосредственного измерения отраженной и падающей волн. Для определения амплитуд падающей и отраженной волн используется два направленных ответвителя (соединенных по схеме рефлектометра - встречно). Если направленные ответвители являются электрически идеальными, то по амплитуде отраженной и падающей волн можно непосредственно определить модуль коэффициента отражения. Генератор присоединен к устройству через разделительный аттенюатор, по возможности согласованный в обоих направлениях.Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения предназначены для измерения векторных параметров СВЧ устройств. В отличие от скалярных параметров, дающих представление только о модулях коэффициентов передачи и отражения испытуемого устройства, векторные параметры полностью характеризуют испытуемый объект по модулю и фазе. Эта характеристика особенно важна для устройств, используемых в навигации, радиолокации, в системах наведения и пеленгации, в фазированных антенных решетках (ФАР), при передаче широкополосных сигналов, и иных применениях, когда информация о фазе коэффициентов передачи и отражения существенна. Особое значение приобретают комплексные пара
План
Содержание
Введение
1 Анализаторы цепей СВЧ
2 Импульсный рефлектометр
3 Обзор способов измерения S - параметров
3.1 Измерение S - параметров с помощью измерительной линии
3.1.1 Принцип действии и конструкция измерительной линии
3.1.2 Измерение КСВН
3.1.3 Измерение коэффициента отражения
3.1.4 Эквивалентное представление четырехполюсников СВЧ устройств
3.1.5 Измерение элементов матрицы рассеяния
3.2 Измерение S - параметров с помощью рефлектометров
4 Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения
4.1 Общие принципы измерения
4.2 Синтезатор частоты
4.3 Векторный вольтметр
4.4 Методы калибровки измерителя S - параметров
5 Особенности применения рефлектометров
5.1 Анализ влияния рефлектометров
Заключение
Список использованных источников
Введение
Сверхвысокие частоты получают все более широкое применение в современном мире. Интенсивное развитие беспроводной связи, радиолокационных систем, а также сфера научных исследований невозможны без применения техники СВЧ устройств. С каждым годом требования к параметрам устройств работающих в диапазоне СВЧ увеличивается, вследствие чего возникает необходимость создания специальных средств измерения, проверки и настройки устройств СВЧ.
Для таких целей используют измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения (модуля и фазы) четырехполюсников СВЧ. Такие измерители еще называют измерителями S - параметров. Для измерения S-параметров используют векторные анализаторы и импульсные рефлектометры. В свою очередь для создания измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения необходима теоретическая и технологическая основа, позволяющая достичь требования предъявляемых к их точности измерения.
Сейчас момент в мире существует аппаратура позволяющая измерять комплексные коэффициенты передачи и отражения в диапазоне частот до 110 ГГЦ и амплитудном диапазоне до 136 ДБ [1].
Основной целью для разработчиков измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ устройств - является увеличение частотного и амплитудного диапазона измеряемых величин.
Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения строятся на основе пары рефлектометров, каждый из которых состоит из двух встречно включенных направленных ответвителей (НО). Применяемые НО влияют на точность измерения. В существующих методах измерений данные влияния учитываются не полностью, что не позволяет проводить измерения выше определенных пределов.
Одним из способов увеличения амплитудного диапазона измеряемых сигналов является математическая коррекция. В частности на измеряемый амплитудный диапазон влияют так называемые собственные параметры измерительной схемы измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения. Задача математической коррекции заключается в измерении собственных S - параметров измерительной системы с последующей корректировкой при обработке результатов измерения испытуемого СВЧ устройства.