RU2377591C1

RU2377591C1 - Method of certification of amplitude-phase error of devices for measurement of complex coefficients of transmitting and reflecting of four-pole shf

Info

Publication number: RU2377591C1
Application number: RU2008136498/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Астафьев (RU); Юрий Георгиевич Астафьев; Константин Станиславович Коротков (RU); Константин Станиславович Коротков; Дмитрий Николаевич Мильченко (RU); Дмитрий Николаевич Мильченко; Игорь Николаевич Шевченко (RU); Игорь Николаевич Шевченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Ритм"
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: measuring technology.

SUBSTANCE: invention refers to measuring technology and can be used at control of metrological characteristics of SHF-devices. To meet this object dynamic range of amplitudes of the first test SHF-signal is divided into equal by value dynamic sub-ranges. Complex coefficients of amplification of each of sub-ranges are measured. Further, coefficients are compared by module and phase with ideal values. The amplitude-phase error is determined; the error is normalised for each certified dynamic sub-range of amplitudes. Also sub-ranges are formed by means of including discrete re-set operational amplifiers into each of two channels of a superhet receiver, coefficients of amplification of which are changed by means of switching resistors in their feedback circuits. Certification of dynamic sub-ranges is performed by means of supply of probing signals into them from an additional generator with frequency equal to intermediate frequency of the two-channel superhet receiver. Measurement of levels of probing signals is performed by comparing them in a digital form in an indicator of ratios. Certification is carried out alternately in each of two channels of the superhet receiver.

EFFECT: upgraded accuracy of measurements.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле метрологических характеристик устройств для измерения комплексных (модуля и фазы) коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.The invention relates to the field of radio measurements and can be used to control the metrological characteristics of devices for measuring complex (module and phase) transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles.

Под метрологическими характеристиками понимают погрешности, с которыми устройства измеряют модуль и фазу коэффициентов передачи и отражения испытуемых четырехполюсников СВЧ, оговоренные в нормативно-эксплуатационной документации на эти устройства, основными из которых являются амплитудно-фазовые погрешности.Under the metrological characteristics we understand the errors with which the devices measure the modulus and phase of the transmission and reflection coefficients of the tested microwave four-terminal, specified in the regulatory and operational documentation for these devices, the main of which are phase-amplitude errors.

Для характеристики четырехполюсников СВЧ используют четыре его параметра - комплексные коэффициенты передачи и отражения, которые можно назвать комплексными параметрами четырехполюсников СВЧ, поэтому устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ для краткости в дальнейшем будем именовать и измерителем комплексных параметров четырехполюсников СВЧ. Измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ в известных способах как правило осуществляют одним и тем же измерителем, отличающимся только видом соединения с ним четырехполюсника СВЧ - "на проход" или " на отражение". Предлагаемый способ одинаково справедлив при работе устройства и для измерения комплексных коэффициентов передачи и для измерения комплексных коэффициентов отражения.To characterize the microwave four-terminal, four parameters are used - the complex transmission and reflection coefficients, which can be called the complex parameters of the microwave four-terminal, therefore, for brevity, for the sake of brevity, the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the microwave four-terminal will also be called the complex parameter meter of the microwave four-terminal. Measurements of the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole in known methods are usually carried out with the same meter, differing only in the type of connection of the microwave quadrupole with it - “to the passage” or “to reflection”. The proposed method is equally valid when the device is used to measure complex transmission coefficients and to measure complex reflection coefficients.

Известен способ измерения комплексных параметров четырехполюсников СВЧ, основанный на сравнении двух когерентных сигналов, один из которых пропускают через испытуемый четырехполюсник СВЧ (зондирующий сигнал) (Абубаниров Б.А., Гудков К.Г., Нечаев Э.В. Измерение параметров радиотехнических цепей. М.: Радиосвязь. - 1984. с.108-109). Для осуществления способа используют измеритель комплексных параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из двух когерентных генераторов СВЧ, охваченных системой фазовой автоподстройки частоты и вырабатывающих сигналы для испытания четырехполюсников СВЧ, и двухканального супергетеродинного приемника, в состав которого входит измерительный фазовый мост для производства всех видов измерений, и индикатора отношений уровней сигнала в двух каналах (см. там же,рис.3.40).A known method for measuring the complex parameters of microwave four-terminal, based on a comparison of two coherent signals, one of which is passed through the tested microwave four-terminal (probing signal) (Abubanirov B.A., Gudkov K.G., Nechaev E.V. Measurement of parameters of radio circuits. M .: Radio communication. - 1984. p.108-109). To implement the method, a complex four-pole microwave parameter meter is used, consisting of two coherent microwave generators covered by a phase-locked loop and generating signals for testing the four-pole microwave, and a two-channel superheterodyne receiver, which includes a measuring phase bridge for making all types of measurements, and an indicator relations of signal levels in two channels (see ibid., Fig.3.40).

Одной из основных погрешностей таких измерений является амплитудно-фазовая погрешность, возникающая в результате изменения фазовых сдвигов в зависимости от амплитуды испытательных сигналов, используемых для испытания четырехполюсников СВЧ.One of the main errors of such measurements is the amplitude-phase error arising as a result of a change in phase shifts depending on the amplitude of the test signals used to test the four-port microwave.

Наиболее близким аналогом заявленному способу является способ определения амплитудно-фазовых погрешностей, заключающийся в том, что весь динамический диапазон измеряемых амплитуд испытательных сигналов делят на отдельные более узкие равные по величине поддиапазоны амплитуд, в каждом из которых определяют величину амплитудно-фазовой погрешности (Амплитудно-фазовая конверсия. Под ред. Крылова Г.М. - М.: Связь. - 1979. - с.5-12 и с.60-63).The closest analogue of the claimed method is a method for determining amplitude-phase errors, which consists in the fact that the entire dynamic range of the measured amplitudes of the test signals is divided into separate narrower equal in magnitude sub-ranges of amplitudes, in each of which the magnitude of the amplitude-phase error is determined (Amplitude-phase conversion.Edited by G.M. Krylov - M .: Communication. - 1979. - p. 5-12 and p. 60-63).

Известные способы аттестации амплитудно-фазовой погрешности для конкретного измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ основываются на том, что ее определяют путем измерения известных величин эталонных мер амплитуды и фазы с последующим сравнением измеренной и эталонной величин и вычислением их разности, которая и является амплитудно-фазовой погрешностью измерения. При этом эталонные меры амплитуды и фазы должны иметь собственную точность аттестации их величины на порядок выше, чем точность измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ, в котором аттестуют величину амплитудно-фазовой погрешности. Кроме того, сам процесс аттестации амплитудно-фазовой погрешности весьма длительная и дорогостоящая операция.Known methods for certification of amplitude-phase error for a specific meter of the complex parameters of microwave quadrupole are based on the fact that it is determined by measuring the known values of the standard measures of amplitude and phase, followed by comparing the measured and reference values and calculating their difference, which is the amplitude-phase measurement error . In this case, the reference measures of the amplitude and phase should have their own accuracy of attesting their value by an order of magnitude higher than the accuracy of the complex parameters meter of the four-port microwave, in which the magnitude of the amplitude-phase error is certified. In addition, the process of certification of the amplitude-phase error is a very long and expensive operation.

Однако с ростом точности современных измерителей комплексных параметров четырехполюсников СВЧ технически реализовать для них эталонные меры амплитуды и фазы, погрешность аттестации которых отвечала бы требованиям для эталонных мер пока не представляется возможным. По известным литературным источникам отсутствуют официальные меры амплитуды и фазы, которые можно было бы использовать в качестве эталонов для аттестации амплитудно-фазовой погрешности в диапазоне СВЧ. В то же время, далеко не всегда, в процессе эксплуатации измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ необходимо регулярно перед каждым процессом измерений проводить его аттестацию на соответствие величины амплитудно-фазовой погрешности самой величине установленной нормы.However, with the increasing accuracy of modern meters of complex parameters of microwave quadrupoles, it is technically feasible to implement reference measures of amplitude and phase for them, the certification error of which would meet the requirements for reference measures so far is not possible. According to well-known literature, there are no official measures of amplitude and phase that could be used as standards for certification of amplitude-phase errors in the microwave range. At the same time, by no means always, during the operation of the meter of the complex parameters of the microwave four-terminal, it is necessary to regularly certify before each measurement process that the amplitude-phase error corresponds to the value of the established norm.

Технической задачей предлагаемого способа аттестации амплитудно-фазовой погрешности является повышение точности измерения в устройствах для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.The technical task of the proposed method for the certification of amplitude-phase error is to increase the accuracy of measurements in devices for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles.

Для решения технической задачи предлагается способ аттестации амплитудно-фазовой погрешности устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, заключающийся в том, что в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящем из двухчастотного источника первого и второго когерентных испытательных СВЧ сигналов и двухканального супергетеродинного приемника с индикатором отношений амплитуд сигналов в первом и втором его каналах, динамический диапазон амплитуд первого испытательного СВЧ сигнала делят на равные по величине динамические поддиапазоны амплитуд и измеряют комплексные коэффициенты усиления в каждом из них, а затем сравнивают с их идеальными величинами по модулю и фазе. Определяют величину амплитудно-фазовой погрешности, которую нормируют для каждого аттестуемого динамического поддиапазона амплитуд, каждый из которых реализуют путем включения в каждый из двух каналов супергетеродинного приемника дискретно перестраиваемых операционных усилителей, коэффициенты усиления в которых изменяют путем переключения резисторов в цепях их обратных связей. Аттестацию амплитудно-фазовой погрешности каждого из динамических поддиапазонов амплитуд производят путем подачи в них зондирующего сигнала, вырабатываемого в дополнительном генераторе с частотой, равной промежуточной испытательного сигнала двухканального супергетеродинного приемника и подаваемого на его входы через равноплечный делитель. Величину амплитуды зондирующего сигнала при аттестации устанавливают одинаковой на выходе дискретно перестраиваемого операционного усилителя в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд. При этом амплитуду зондирующего сигнала в каждом из двух каналов регулируют с помощью включаемого в аттестуемый канал переменного аттенюатора, а его уровень замеряют вольтметром. Этот уровень нормируют как нулевой, его величину определяют путем измерения вольтметром зондирующего сигнала в динамическом поддиапазоне амплитуд с коэффициентом усиления, равным единице. Измерение уровней сигналов в двух каналах супергетеродинного приемника осуществляют путем их сравнения в индикаторе отношений после их преобразования в цифровую форму. Аттестацию динамических поддиапазонов амплитуд проводят поочередно в каждом из двух каналов супергетеродинного приемника.To solve the technical problem, a method is proposed for certifying the amplitude-phase error of devices for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole, which consists in the fact that the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole consists of a two-frequency source of the first and second coherent test microwave signals and a two-channel superheterodyne receiver with an indicator of signal amplitude ratios in its first and second channels, dynamic s range of amplitudes of the first test of the microwave signal is divided into equal subbands largest amplitudes and dynamic complex gains measured in each of them, and then compared with their ideal values in modulus and phase. The magnitude of the amplitude-phase error is determined, which is normalized for each certified dynamic sub-range of amplitudes, each of which is realized by switching discrete tunable operational amplifiers into each of the two channels of the superheterodyne receiver, the gain in which is changed by switching resistors in their feedback circuits. Certification of the amplitude-phase error of each of the dynamic sub-ranges of amplitudes is carried out by applying to them a probing signal generated in an additional generator with a frequency equal to the intermediate test signal of a two-channel superheterodyne receiver and supplied to its inputs through an equal-arm divider. The amplitude of the probing signal during certification is set equal to the output of a discretely tunable operational amplifier in each dynamic sub-range of amplitudes. In this case, the amplitude of the probing signal in each of the two channels is controlled using the variable attenuator included in the certified channel, and its level is measured with a voltmeter. This level is normalized to zero, its value is determined by measuring the probe signal with a voltmeter in the dynamic amplitude sub-range with a gain equal to unity. Measurement of signal levels in two channels of a superheterodyne receiver is carried out by comparing them in a relationship indicator after they are converted to digital form. Certification of dynamic sub-ranges of amplitudes is carried out alternately in each of the two channels of the superheterodyne receiver.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что динамический диапазон амплитуд испытательных СВЧ сигналов делят на равные по величине динамические поддиапазоны амплитуд испытательных сигналов, в которых амплитудно-фазовая погрешность не проявляется и которые реализуют путем включения в каждый из двух каналов супергетеродинного приемника устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, дискретно перестраиваемых операционных усилителей, коэффициенты усиления в которых автоматически изменяют переключением резисторов в цепях их обратных связей и проводят аттестацию амплитудно-фазовой погрешности каждого из динамических поддиапазонов амплитуд, подавая в них зондирующий сигнал вырабатываемого в дополнительном генераторе с частотой, равной промежуточной испытательного сигнала двухканального супергетеродинного приемника, величину амплитуды которого при аттестации устанавливают одинаковой на выходе дискретно перестраиваемого операционного усилителя в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд и измеряют комплексные коэффициенты усиления в каждом из них, а затем сравнивают их с идеальными значениями по амплитуде и фазе и определяют величину амплитудно-фазовой погрешности, которую нормируют для каждого аттестуемого динамического поддиапазона амплитуд.The claimed method differs from the prototype in that the dynamic range of the amplitudes of the test microwave signals is divided into equal dynamic sub-ranges of the amplitudes of the test signals in which the amplitude-phase error is not manifested and which are realized by incorporating a device for measuring complex coefficients in each of the two channels of the superheterodyne receiver transmission and reflection of microwave quadrupoles, discretely tunable operational amplifiers, in which the amplification factors are automatically and they are changed by switching resistors in their feedback circuits and certification of the amplitude-phase error of each of the dynamic sub-ranges of amplitudes is performed by supplying a probing signal generated in an additional generator with a frequency equal to the intermediate test signal of the two-channel superheterodyne receiver, the amplitude of which is set equal to output discretely tunable operational amplifier in each dynamic sub-range of amplitudes and measure the comp eksnye gains in each of them, and then compare them with the ideal values in amplitude and phase and determine the magnitude of the amplitude-phase error, which is normalized for each subband Appraisee dynamic amplitudes.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ. Устройство содержит испытуемый четырехполюсник СВЧ 1, двухчастотный источник когерентных (первого и второго) испытательных сигналов 2, дополнительный генератор 3, равноплечный делитель 4, переменный аттенюатор 5, двухканальный супергетеродинный приемник 6, включающий: первый СВЧ смеситель 7, второй СВЧ смеситель 8, переключатели 9, 10, 11, 12, 13, 14; первый дискретно переключаемый операционный усилитель 15, включающий первый постоянный резистор 16, первый переменный резистор 17, первый усилитель 18; второй дискретно перестраиваемый операционный усилитель 19, включающий второй постоянный резистор 20, второй переменный резистор 21, второй усилитель 22; первый аналого-цифровой преобразователь 23, второй аналого-цифровой преобразователь 24, индикатор отношений 25.The drawing shows a block diagram of a device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of the four-port microwave. The device comprises a tested four-port microwave 1, a dual-frequency source of coherent (first and second) test signals 2, an additional generator 3, an equal-arm divider 4, a variable attenuator 5, a two-channel superheterodyne receiver 6, including: a first microwave mixer 7, a second microwave mixer 8, switches 9 10, 11, 12, 13, 14; a first discretely switched operational amplifier 15, including a first constant resistor 16, a first variable resistor 17, a first amplifier 18; a second discretely tunable operational amplifier 19, including a second constant resistor 20, a second variable resistor 21, a second amplifier 22; the first analog-to-digital converter 23, the second analog-to-digital converter 24, the ratio indicator 25.

С помощью такого устройства способ осуществляют следующим образом. В первом положении подвижных контактов переключателей 9 и 10 и втором положении переключателей 11, 12, 13 реализуется схема измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ. При этом первый испытательный сигнал СВЧ с выхода 1 двухчастотного источника когерентных испытательных СВЧ сигналов 2 через испытуемый четырехполюсник СВЧ 1 подается на первый вход первого СВЧ смесителя 7 двухканального супергетеродинного приемника 6. На второй вход первого СВЧ смесителя 7 поступает сигнал со второго выхода двухчастотного источника когерентных испытательных СВЧ сигналов 2. Образовавшийся в первом СВЧ смесителе 7 сигнал промежуточной частоты как разность частоты между первым и вторым испытательными сигналами СВЧ с выхода первого СВЧ смесителя 7 через переключатель 9 в первом положении и переключатели 11 и 13 во втором положении поступает на вход первого дискретно перестраиваемого операционного усилителя 15, где его усиливают и через первый аналого-цифровой преобразователь 23 подают на первый вход индикатора отношений 25, одновременно на четвертый вход индикатора отношений 25 поступает другой испытательный сигнал, образованный аналогично первому во втором СВЧ смесителе 8 двухканального супергетеродинного приемника 6 и прошедший через переключатель 10 в первом положении, переключатели 12 и 14 во втором положении, второй дискретно перестраиваемый операционных усилитель 19 и второй аналого-цифровой преобразователь 24. В индикаторе отношений 25 испытательные сигналы промежуточной частоты сравнивают по амплитуде и фазе, а результат сравнения в виде модуля и фазы комплексного параметра испытуемого четырехполюсника СВЧ 1 воспроизводят на табло индикатора отношений 25. При автоматическом качании частот испытательных сигналов СВЧ от двухчастотного источника когерентных испытательных СВЧ сигналов 2 на дисплее индикатора отношений 25 будет воспроизводиться амплитудно-частотная или фазо-частотная характеристики испытуемого четырехполюсника СВЧ 1.Using such a device, the method is as follows. In the first position of the movable contacts of the switches 9 and 10 and the second position of the switches 11, 12, 13, a circuit for measuring the complex parameters of the microwave quadrupole is implemented. In this case, the first microwave test signal from the output 1 of the two-frequency source of coherent test microwave signals 2 through the tested four-port microwave 1 is fed to the first input of the first microwave mixer 7 of the two-channel superheterodyne receiver 6. The second input of the first microwave mixer 7 receives the signal from the second output of the two-frequency source of coherent test Microwave signals 2. The intermediate frequency signal formed in the first microwave mixer 7 as the frequency difference between the first and second test microwave signals with output and the first microwave mixer 7 through the switch 9 in the first position and the switches 11 and 13 in the second position is fed to the input of the first discretely tunable operational amplifier 15, where it is amplified and fed through the first analog-to-digital converter 23 to the first input of the ratio indicator 25, simultaneously the fourth input of the ratio indicator 25 receives another test signal, formed similarly to the first in the second microwave mixer 8 of the two-channel superheterodyne receiver 6 and passed through the switch 10 in the first m position, switches 12 and 14 in the second position, the second discretely tunable operational amplifier 19 and the second analog-to-digital converter 24. In the ratio indicator 25, the intermediate frequency test signals are compared in amplitude and phase, and the comparison result is in the form of a module and phase of the complex parameter of the subject the microwave quadrupole 1 is reproduced on the scoreboard of the ratio indicator 25. With automatic swapping of the frequencies of the microwave test signals from a two-frequency source of coherent test microwave signals of 2 n display the indicator 25 will be played relations amplitude response or phase response of the test microwave quadripole 1.

Амплитудно-частотная погрешность в измерителе комплексных параметров четырехполюсников СВЧ 1 зависит от величины промежуточной частоты двухканального супергетеродинного приемника 6, которую с этой целью устанавливают порядка нескольких десятков килогерц.The amplitude-frequency error in the meter of the complex parameters of the four-port microwave 1 depends on the value of the intermediate frequency of the two-channel superheterodyne receiver 6, which for this purpose is set on the order of several tens of kilohertz.

Аттестация величины амплитудно-фазовой погрешности измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ 1 осуществляют во втором положении переключателей 9 и 10. В этом случае испытательные сигналы промежуточной частоты с выходов первого и второго СВЧ смесителей 7 и 8 соответственно отсоединяют от двухканального супергетеродинного приемника 6 и на его входы подают зондирующие сигналы с частотой, равной промежуточной частоте двухканального супергетеродинного приемника 6 от дополнительного генератора 3, через равноплечный делитель 4.Certification of the amplitude-phase error of the meter of the complex parameters of the four-pole microwave 1 is carried out in the second position of the switches 9 and 10. In this case, the intermediate frequency test signals from the outputs of the first and second microwave mixers 7 and 8 are respectively disconnected from the two-channel superheterodyne receiver 6 and fed to its inputs sounding signals with a frequency equal to the intermediate frequency of a two-channel superheterodyne receiver 6 from an additional generator 3, through an equal-arm divider 4.

Как показывают экспериментальные исследования в аналого-цифровых преобразователях, амплитудно-фазовая погрешность практически отсутствует. Поэтому их динамический диапазон амплитуд исключают из общего динамического диапазона конкретного измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ. Динамически диапазон амплитуд аналого-цифрового преобразователя определяют его разрядностью. Например, для тринадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя эта величина составит 2¹³≈8000 и, следовательно, его динамический диапазон амплитуд А_АЦП=201g2¹³≈60 дБ.As experimental studies in analog-to-digital converters show, the amplitude-phase error is practically absent. Therefore, their dynamic range of amplitudes is excluded from the general dynamic range of a specific meter of the complex parameters of microwave quadrupole. Dynamically, the amplitude range of an analog-to-digital converter is determined by its resolution. For example, for a thirteen-bit analog-to-digital converter, this value will be 2 ¹³ ≈8000 and, therefore, its dynamic range of amplitudes A _ADC = 201g2 ¹³ ≈60 dB.

Остальной динамический диапазон амплитуд измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ 1 (обычно еще 40-50 дБ) делят на динамические поддиапазоны амплитуд одинаковой ширины, выбираемую, руководствуясь следующим. Известно, что величина амплитудно-фазовой погрешности пропорциональна динамическому диапазону испытательных сигналов СВЧ 1 и тем меньше, чем меньше его ширина, что и положено в основу выбора ширины динамического поддиапазона амплитуд. Как показывают экспериментальные исследования, оптимальная величина динамического диапазона амплитуд, в котором еще не проявляется амплитудно-фазовая погрешность, равна 6 дБ. Динамический поддиапазон амплитуд для первого испытательного сигнала СВЧ (второй испытательный сигнал СВЧ - гетеродинный) реализуют включением в каждый из двух каналов дискретно перестраиваемых по коэффициенту усиления первого 15 и второго 19 операционных усилителей, коэффициенты усиления в которых изменяют переключением резисторов 17 или 21 в цепях их обратных связей. Обратную связь в первом дискретно перестраиваемом операционном усилителе 15 осуществляют с помощью первого постоянного резистора 16 и первого переменного резистора 17, включенных совместно с первым усилителем 18. Обратную связь во втором дискретно перестраиваемом операционном усилителе 19 осуществляют с помощью второго постоянного резистора 20 и второго переменного резистора 21, включенных совместно со вторым усилителем 22. Абсолютную величину коэффициентов усиления в динамических поддиапазонах амплитуд испытательных сигналов СВЧ устанавливают с шагом, равным 6 дБ, величинами 0 дБ (коэффициент усиления равен единице), 6 дБ, 12 дБ, 18 дБ, 24 дБ и так до конца динамического диапазона амплитуд испытательных сигналов СВЧ измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ, т.е. разной в динамических поддиапазонах амплитуд, но одинаковой для этих поддиапазонов с одинаковыми номерами в соседних первом и втором каналах супергетеродинного приемника 6.The rest of the dynamic range of the amplitudes of the meter of the complex parameters of the four-terminal microwave 1 (usually another 40-50 dB) is divided into dynamic sub-ranges of amplitudes of the same width, selected, guided by the following. It is known that the magnitude of the amplitude-phase error is proportional to the dynamic range of the microwave 1 test signals and the smaller the smaller its width, which is the basis for choosing the width of the dynamic amplitude sub-range. As experimental studies show, the optimal value of the dynamic range of amplitudes, in which the amplitude-phase error has not yet manifested, is 6 dB. The dynamic amplitude range for the first microwave test signal (the second microwave test signal is heterodyne) is realized by including in each of the two channels discretely tuned by the gain of the first 15 and second 19 operational amplifiers, the amplification factors of which are changed by switching resistors 17 or 21 in the circuits of their return connections. Feedback in the first discretely tunable operational amplifier 15 is carried out using the first constant resistor 16 and the first variable resistor 17 connected in conjunction with the first amplifier 18. Feedback in the second discretely tunable operational amplifier 19 is carried out using the second constant resistor 20 and the second variable resistor 21 included in conjunction with the second amplifier 22. The absolute value of the gain in the dynamic sub-ranges of amplitudes of the test signals of the microwave set Lebanon increments of 6 dB, 0 dB values (the gain equals unity), 6 dB, 12 dB, 18 dB, 24 dB, and so on until the end of the dynamic range of amplitudes of the test signal measuring microwave integrated microwave quadripoles parameters, i.e. different in the dynamic subbands of amplitudes, but the same for these subbands with the same numbers in the adjacent first and second channels of the superheterodyne receiver 6.

Идеальная величина модуля комплексного коэффициента усиления в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд равна отношению номиналов постоянных 16, 20 и переменных резисторов 17, 21 в обратной связи первого и второго дискретно перестраиваемых операционных усилителей 15 и 19 соответственно. Точность и стабильность идеальной величины модуля каждого комплексного коэффициента передачи определятся точностью выполнения номиналов величин резисторов обратной связи первого и второго дискретно перестраиваемых операционных усилителей 15 и 19 соответственно, которые как показывают экспериментальные результаты должны выполняться с точностью в два знака их номинала после запятой. Таким образом, величина модуля комплексного коэффициента усиления для каждого динамического поддиапазона амплитуд заранее известна.The ideal value of the modulus of the complex gain in each dynamic sub-range of amplitudes is equal to the ratio of the nominal values of the constant 16, 20 and variable resistors 17, 21 in the feedback of the first and second discretely tunable operational amplifiers 15 and 19, respectively. The accuracy and stability of the ideal module value of each complex transfer coefficient is determined by the accuracy of the values of the feedback resistors of the first and second discretely tunable operational amplifiers 15 and 19, respectively, which experimental results show must be performed with an accuracy of two decimal places. Thus, the magnitude of the modulus of the complex gain for each dynamic sub-range of amplitudes is known in advance.

В случае отсутствия амплитудно-фазовой погрешности в любом динамическом поддиапазоне амплитуд (идеальный случай) сдвиг фаз в нем также должен быть равен нулю. Исходя из этого в аттестуемом по величине амплитудно-фазовой погрешности канале изменяют коэффициенты усиления его дискретно перестраиваемого операционного усилителя 15 или 19 путем изменения номинала его переменного резистора 17 или 21, измеряют эти коэффициенты усиления в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд путем сравнения уровней зондирующих сигналов в аттестуемом и неаттестуемом канале двухканального супергетеродинного приемника 6 с помощью индикатора отношений 25. Для этого зондирующие сигналы в цифровой форме с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 23 подают на первый вход индикатора отношений 25, а зондирующие сигналы в цифровой форме с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 24 подают на четвертый вход индикатора отношений 25.In the absence of amplitude-phase error in any dynamic sub-range of amplitudes (ideal case), the phase shift in it should also be equal to zero. Based on this, in the channel that is certified in magnitude of the amplitude-phase error, the gain of its discretely tunable operational amplifier 15 or 19 is changed by changing the value of its variable resistor 17 or 21, these gain factors are measured in each dynamic amplitude sub-range by comparing the levels of the probing signals in the certified and non-certified channel of the two-channel superheterodyne receiver 6 using the ratio indicator 25. For this, the probing signals in digital form from the output of the first second analog-to-digital converter 23 is supplied to a first input relationship indicator 25, and sounding signals in digital form from the output of the second analog-to-digital converter 24 is supplied to the fourth input 25 of the indicator relationship.

При этом в начале аттестации в неаттестуемом канале двухканального супергетеродинного приемника 6 включают динамический поддиапазон амплитуд с коэффициентом усиления нуль децибел (коэффициент передачи равен единице) и сохраняют его в течение всего периода аттестации канала.Moreover, at the beginning of certification in a non-certified channel of a two-channel superheterodyne receiver 6, a dynamic amplitude range with a gain of zero decibels (transmission coefficient equal to unity) is turned on and it is stored for the entire certification period of the channel.

Отклонение измеренного модуля комплексного коэффициента усиления в каждом аттестуемом динамическом поддиапазоне амплитуд от идеального значения при аттестации есть модуль (величина) амплитудно-фазовой погрешности.The deviation of the measured module of the complex gain in each certified dynamic range of amplitudes from the ideal value during certification is the module (value) of the amplitude-phase error.

Отклонение сдвига фаз при измерениях в каждом динамическом поддиапазоне амплитуд от нуля при аттестации есть паразитный сдвиг фаз, возникающий из-за амплитудно-фазовой погрешности.The deviation of the phase shift during measurements in each dynamic sub-range of amplitudes from zero during certification is a stray phase shift arising due to the amplitude-phase error.

Одинаковые условия измерений в каждом аттестуемом динамическом поддиапазоне для уровней амплитуд зондирующих сигналов создают путем установления одинаковой их величины в каждом из этих динамических поддиапазонов, для этого осуществляют установку единого для всех аттестуемых динамических поддиапазонов амплитуд "нулевого уровня" зондирующего сигнала на выходе дискретно перестраиваемого операционного усилителя 15 или 19 и соответственно на входе аналого-цифрового преобразователя 23 аттестуемого канала двухканального супергетеродинного приемника 6 с помощью вольтметра, находящегося в индикаторе отношений 25 путем подачи зондирующего сигнала аттестуемого канала на второй или третий вход индикатора отношений 25. Нулевой уровень амплитуды зондирующего сигнала определяют путем измерения вольтметром его уровня в динамическом поддиапазоне амплитуд с коэффициентом усиления "нуль децибел". При этом "нулевой уровень" устанавливают такой величины, которая соответствовала бы оптимальной чувствительности аналого-цифрового преобразователя 23 в аттестуемом канале. Регулировку уровней зондирующих сигналов в других динамических поддиапазонах амплитуд аттестуемого канала с целью доведения его до нулевого уровня осуществляют по вольтметру с помощью переменного аттенюатора 5, включаемого для этих целей в аттестуемый канал переключателями 11, 12, 13, 14 в первом положении перед дискретно перестраиваемым операционным усилителем. При этом к переменному аттенюатору 5 не предъявляют требований точности.The same measurement conditions in each certified dynamic sub-range for the amplitude levels of the probing signals are created by establishing the same value in each of these dynamic sub-ranges. To do this, set up a single for all certified dynamic sub-ranges of amplitudes of the "zero level" probe signal at the output of a discretely tunable operational amplifier 15 or 19 and, respectively, at the input of an analog-to-digital converter 23 of the certified channel of a two-channel superheterodyne th receiver 6 via the voltmeter located in the indicator 25 by applying relations Appraisee probing channel signal on the second or third input indicator 25. The zero level relationship probing signal amplitude is determined by measuring its level in the voltmeter dynamic subband amplitudes with a gain "zero decibel". In this case, the "zero level" is set to a value that would correspond to the optimal sensitivity of the analog-to-digital converter 23 in the certified channel. The levels of sounding signals in other dynamic sub-ranges of amplitudes of the certified channel are adjusted in order to bring it to zero level using a voltmeter using a variable attenuator 5, which is included for these purposes in the certified channel by switches 11, 12, 13, 14 in the first position in front of the discretely tunable operational amplifier . In this case, the variable attenuator 5 does not impose accuracy requirements.

Величины модуля и фазы амплитудно-фазовой погрешности, полученные в результате аттестационных измерений для каждого из аттестуемых динамических поддиапазонов амплитуд, сравнивают с установленными для них нормированными величинами. Аттестацию проводят поочередно в каждом из двух каналов супергетеродинного приемника 6. По величине отклонений амплитудно-фазовой погрешности от нормированных значений в каждом динамическом диапазоне амплитуд обоих каналов супергетеродинного приемника 6 в меньшую или большую сторону принимают решение либо о ее соответствии норме, либо об аварии и невозможности дальнейшей эксплуатации измерителя комплексных параметров четырехполюсников СВЧ.The values of the modulus and phase of the amplitude-phase error obtained as a result of certification measurements for each of the certified dynamic amplitude sub-ranges are compared with the normalized values established for them. Certification is carried out alternately in each of the two channels of the superheterodyne receiver 6. The deviations of the amplitude-phase error from the normalized values in each dynamic range of the amplitudes of both channels of the superheterodyne receiver 6 decide whether it is normal, or about the accident and the impossibility further operation of the complex parameters meter of the four-port microwave.

Claims

A method for certifying the amplitude-phase error of devices for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole, which consists in the fact that the device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupole consists of a two-frequency source of the first and second coherent test microwave signals and a two-channel superheterodyne receiver with an indicator of the relationship of the amplitudes of the signals in its first and second channels, the dynamic range of the amplitudes of the first test The microwave signal is divided into equal dynamic amplitude sub-ranges and measure the complex gains in each of them, which are compared with their ideal magnitudes and phases, determine the magnitude of the amplitude-phase error, which is normalized for each certified dynamic amplitude sub-range, which is implemented by into each of the two channels of a superheterodyne receiver of discretely tunable operational amplifiers, the gain of which is changed by switching resistors their feedback circuits, certification of the amplitude-phase error of each of the dynamic sub-ranges of amplitudes is carried out by applying to them a probing signal generated in an additional generator with a frequency equal to the intermediate test signal of the two-channel superheterodyne receiver, supplied to its outputs through an equal-arm divider, the amplitude of the probing signal is set at the output of a discretely tunable operational amplifier, the amplitudes are the same in each dynamic sub-range beats, while the amplitude of the probing signal in each of the two channels is controlled using the variable attenuator included in it, and its level is measured with a voltmeter and normalized to zero, the value of which is determined by measuring the amplitude of the probing signal in the dynamic amplitude sub-range with a gain of unity, level measurement signals in two channels of the superheterodyne receiver carry out their comparison in digital form in the indicator of relations, certification is carried out alternately in each of the two channels superheterodyne receiver.