4.1 Общие принципы измерения

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 параметры устройств, при применении современных методов проектирования, использующих одновременно и расчетные модели СВЧ устройств и результаты измерений реальных, уже реализованных объектов. В этом случае векторные параметры незаменимы, даже в тех случаях, когда фазовые характеристики объекта в целом не играют существенной роли. Именно последний фактор объясняет высокую популярность векторных анализаторов цепей (VNA vector network analyzer) на зарубежном рынке, где представлены десятки моделей различных диапазонов частот и фирм производителей.

Еще одним достоинством векторных анализаторов цепей является возможность значительного уменьшения собственных погрешностей прибора за счет математической коррекции результатов измерения. Это свойство присуще только векторным анализаторам цепей, в отличие от скалярных. Способность к математической коррекции позволяет значительно снизить требования к СВЧ узлам (упростив и удешевив их) переложив ответственность за точность измерений на программное обеспечение и калибровочные меры.

Математическая коррекция результата несет в себе и дополнительное свойство: возможность применения единого (унифицированного) измерительного блока, построенного на одном типе СВЧ тракта, для измерения в различных СВЧ трактах. Современный измеритель с полной математической коррекцией результата измерения имеет достаточно низкий уровень собственных погрешностей, что позволяет говорить об измерении именно S параметров испытуемого объекта.

Структурная схема измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ устройств, приведена на рисунке 3.

По выполняемым функциям измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ устройств можно разделить на две основные части: измерительный СВЧ модуль и векторный вольтметр. Задача векторного вольтметра измерить векторные отношения (разность фаз и отношение амплитуд) сигналов детектируемых детекторными диодами, поступающих от направленных ответвителей НО-1, НО-2, НО-3, НО-4 (рисунок 3). Принцип работы такого измерителя комплексных коэффициентов передачи и отражения заключается в следующем. Тестовый сигнал генератора подается на измерительную схему через переключатель 2, определяющий направление подачи СВЧ сигнала на испытуемый четырехполюсник 9 (со стороны его входа или выхода). В каждом из каналов прибора установлены рефлектометры, выходы которых подключены к СВЧ смесителям, преобразующим СВЧ сигналы в сигналы промежуточной частоты, сохраняющие информацию об амплитудах и фазах исходных СВЧ сигналов. Направленные ответвители рефлектометров ориентированы так, что сигналы идущие с НО-3 и НО-4 соответствуют волнам идущим от портов in1 и in2, а сигналы поступающие с НО - 1 и НО- 2 соответствуют падающей волне генератора.

Рисунок 3. Структурная схема измерителя характеристик четырехполюсников: 1. Генератор зондирующих сигналов СВЧ; 2- переключатель; 3 - согласованная нагрузка; 4, 5, 7, 8 - направленные ответвители (рефлектометры); Д - детекторные диоды находящиеся во вторичном канале НО; 6 - векторный вольтметр, 9 - испытуемый четырехполюсник СВЧ; in1, In2 - его входные порты (разъемы)

Предметом измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ устройств являются комплексные отношения сигналов НО - 2, НО - 4 несущее информацию о комплексном коэффициенте отражения входа четырехполюсника и НО - 2, НО - 3 несущее информацию о комплексном коэффициенте передачи в прямом направлении. При ином положении переключателя 2 в отношениях НО - 1, НО - 3 будет содержаться информация о коэффициенте отражения выхода, а в НО - 4, НО - 1 об обратном коэффициенте передачи испытуемого четырехполюсника.

Выражение "несет информацию" полностью правомерно, поскольку кроме полезной информации в сигналах содержится информация о параметрах измерительной схемы: неидентичность переходных ослаблений ответвителей и характеристик смесителей, разность электрических длин каналов и многое другое.