МНОГОРЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ В ВОЛНОВОДЕ

April 22, 2012 by admin Комментировать »

Пономаренко В. И., Попов В. В. Таврический национальный университет им. Вернадского Кафедра экспериментальной физики E-mail: siava_popov@front.ru

Аннотация – Метод основан на измерениях с помощью скалярного анализатора цепей резонансных характеристик квазирезонатора, являющегося частью волновода, ограниченной отражающим объектом с одной стороны и объектом с известной матрицей рассеяния с другой. Особенностью метода является то, что анализ проводится для всей совокупности резонансных частот одновременно. Экспериментальные погрешности измерения модуля и фазы коэффициента отражения (КО) составляют около 0.015 и 1.5 градуса, что близко к точности измерений с использованием векторных анализаторов цепей.

I. Введение

Для измерения комплексного КО широко используются векторные анализаторы цепей (Vector Network Analyzers – VNA), обеспечивающие погрешность около 1% по модулю КО и 1-2 градуса по фазе. Наряду с векторными анализаторами в технике СВЧ применяются скалярные анализаторы цепей, обеспечивающие измерение только модуля КО, но имеющие сравнительно низкую стоимость.

В работе предложен новый метод определения модуля и фазы КО в прямоугольном волноводе [1] с использованием скалярного анализатора цепей, не уступающий по точности измерениям с использованием VNA. Непосредственно измеряемыми величинами являются совокупности резонансных частот и ширины резонансных пиков квазирезонатора, образованного отражающим объектом и объектом с известной матрицей рассеяния. В качестве последнего в настоящей работе использована симметричная индуктивная диафрагма.

II.        Восстановление КО по измерению резонансных характеристик квазирезонатора

На рис. 1 изображены две волноводные секции с направленными ответвителями, разделенные симметричной индуктивной диафрагмой малой толщины г . Секция 1 подключена к свип-генератору. К секции

2   присоединен держатель образца с КО, равным R в плоскости z = I (плоскость фланца ФЗ).

Рис. 1 Измерительная установка. Fig. 1. Measuring device

Обозначим через Ао отношение сигналов, принимаемых ответвителями:

Frequency, MHz

Рис. 4. Теоретические (Т) и экспериментальные (Э) зависимости модуля и фазы КО для пластины фторопласта.

Fig. 4. Theoretical (Т) end experimental (Е) frequency dependencies of R for the Teflon specimen

При измерениях образцов с модулем КО меньшим, чем 0.35, точность измерений снижается.

IV.  Заключение

Метод экспериментально прост и может быть реализован на скалярных измерителях КСВН и ослабления, «сложности» перенесены на компьютерную программу. При измерениях с использованием измерителя КСВн и ослабления Р2 и квазирезонатора, длина которого составляет около 10 волноводных длин волн, погрешность КО можно оценить как

0.          015 для модуля и 1.5 град, для аргумента, если модуль КО не меньше, чем 0.3. Такая точность измерений близка к той, которую обеспечивают современные векторные анализаторы цепей. При использовании скалярного измерителя КСВн и ослабления, более современного по сравнению с прибором Р2, которым располагают авторы, точность измерений может быть существенно выше.

V.  Список литературы

[1 ] Пономаренко В. И., Попов В. В. – Патент Украины

№ 48692А – Устройство для определения комплексного коэффициента отражения в волноводе. 2002, бюл. №8.

[2]    Левин Л. Теория волноводов. – М.: Радио и связь, 1981.

[3]    Ponomarenko V. /., Popov V. V. The multi-resonance curves processing technique 2003. – 13th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2003), Sevastopol, Crimea, Ukraine.

[4]    GhodgaonkarD. K„ Varadan V. V., Varadan V. K. Free- Space Measurement of Complex Permittivity and Complex Permeability of Magnetic Materials at Microwave Frequencies. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 39, no. 2, 1990.

THE MULTI-RESONANCE TECHNIQUE FOR CURVES’ PROCESSING

Ponomarenko V. I., Popov V. V.

TNU, Experimental Physics Department

Abstract – The article describes the algorithm of the high- efficient technique for multi-resonance curves’ processing.

I. Introduction

The technique is intended to determine locations and widths of Lorenz-type resonance peaks. The experimental dependence of electric intensity in a resonator on frequency is shown in Fig. 1. Such dependence is figured while measuring the

total reflection coefficient in waveguide with the multi-resonance method [1]. The experimental data are distorted by random factors; therefore it is impossible to determine the resonance characteristic by simple comparison of the elements of the table.

The multi-resonance curves processing technique allows processing the experimental resonance curves with high distortion.

II.  Main part

The method is designed to satisfy the following requirements:

–       the error of processing ideal resonance curves is minimum,

–   “dummy” peaks are not taken into account,

–       the results of the analysis are independent from distortion degree of experimental data.

Determination of the resonance characteristic is realized in 3 steps.

First, the origin data series Y(X) is thinned out several times with different steps. Obtained data retrieval including the origin is analyzed by simple comparison of the elements of the table. Afterwards, the real peaks are selected from the obtained peaks’ set and the “initial” resonance characteristics are calculated.

Secondly, each peak is approximated with function (1). The values a, b, c, g are calculated when minimizing the functional

(2)   which is the mean-square residual of analytic function s(f) and experimental dependence s0(f). “Initial” resonance characteristics (step 1) are used as an initial approximation.

After calculating the values of parameters a, b, c, g the locations and the widths of peaks are determined.

Finally, the locations and the widths are calculated as a linear combination of the resonance characteristics obtained at steps 1 and 2, with the weighting coefficients. The weighting coefficients are defined preliminarily as a result of numerical experiments with the artificially distorted theoretical data Y(X).

III.  Conclusion

The present technique is useful for determination of resonance characteristics of any resonance type experimental curves.

This method, as it was shown in real and numerical experiments, assures higher accuracy than traditional methods, which are based on experimental data smoothing.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты