В.П. Мещанов1, А.А. Львов2, Б.М. Кац3, П.А. Львов4, К.А. Саяпин5, В.М. Дорошенко6

1,3-5 «НПП «НИКА СВЧ» (г. Саратов, Россия)

2,6 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов, Россия)

1,3 nika373@bk.ru; 2 alvova@mail.ru; 4 peter.lvov@gmail.com; 5 sayapin.k.a.@mail.ru; 6 dorvalentina9@gmail.com

Постановка проблемы. В работе рассматривается актуальная для современной измерительной техники проблема технической реализации широкополосных рефлектометров на основе многозондовых измерительных линий (МИЛ).

Цель. Представить макетные образцы узкополосного и широкополосного анализаторов стоячей волны на основе МИЛ и продемонстрировать их точностные характеристики.

Результаты. Проанализированы оптимальные методы обработки выходных оцифрованных сигналов с датчиков МИЛ. Предложены способы повышения точности измерения с помощью МИЛ в узком и широком диапазонах частот, основанные на оптимальном выборе расположения ограниченного числа датчиков вдоль тракта линии. Получены конструкции рефлектометров с ограниченным числом датчиков (не более 8), позволяющие проводить измерения с потенциально достижимой точностью в частотном диапазоне до 6 октав. Сформулированы выводы, в которых указаны сферы применения разработанных широкополосных высокоточных СВЧ-измерителей на основе МИЛ. Представлены разработанные экспериментальные образцы узкополосного и широкополосного анализаторов стоячей волны на основе МИЛ и продемонстрированы их точностные характеристики, подтверждающие теоретические выводы.

Практическая значимость. Исследованные МИЛ, реализующие предложенный в работе метод измерения параметров двухполюсников, благодаря своей конструктивной простоте и изготовления, могут быть использованы в широком диапазоне длин волн (от метрового до миллиметрового) при отсутствии жестких требований к точности технологического оборудования.

Мещанов В.П., Львов А.А., Кац Б.М., Львов П.А., Саяпин К.А., Дорошенко В.М. Разработка широкополосных высокоточных СВЧ-измерителей на основе многозондовой измерительной линии // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 11. С. 156−171. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202410-19

1. Engen G.F., Hoer C.A. Application of an Arbitrary Six-Port Junction to Power Measurement Problems // IEEE Trans. on Instrum. and Meas., 1972. V. 21. № 5. P. 470-474.
2. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ-устройств. М.: Радио и связь. 1987. 432 с.
3. Jianhua K., Fangyi S., Weidong Z., Jie P. Application of Network Analyzer based on the Automatic Control of LabVIEW in Radio and Television Test // Proc. 2013 Int. Symp. on Biometrics and Security Technologies. Chengdu. N.Y. IEEE. 2013. P. 14–19. DOI: 10.1109/ISBAST.2013.5.
4. Hanson E.R.B., Riblet G.P. An Ideal Six-Port Network Consisting of a Matched Reciprocal Lossless Five-Port and a Perfect Directional Coupler // IEEE Trans. of Microwave Theory and Tech., 1983. V. MTT-31. № 3. P. 284-288.
5. Kabanov D.A., Nikulin S.M., Petrov V.V., Salov A.N. Development of Automatic Microwave Circuit Analyzers with 12-pole Reflectometers // Measurement Techniques. 1985. V. 31. Is. 10. P. 875-878.
6. Madonna G., Ferrero A., Pirola M. Design of a Broadband Multiprobe Reflectometer // IEEE Trans. Instrum. Meas. 1999. V. IM-48. Is. 4. P. 622-625.
7. Ghannouchi F.M., Mohammadi A. The Six-Port Technique with Microwave and Wireless Applications. Boston. London: Artech House. 2009. 245 p.
8. Peng H., Yang Z.Q., Yang T. Design and Implementation of an Ultra-Wideband Six-Port Network // Progress in Electromagnetics Research. 2012. V. 131. P. 293–310.
9. Xiao F., Ghannouchi F.M., Yakabe T. Application of a Six-Port Wave-Correlator for a Very Low Velocity Measurement Using the Doppler Effect // IEEE Trans. Instr. Meas. 2003. V. 52. № 2. P. 546-554.
10. Li S., Воsisiо R.G. Calibration of Multiport Reflectometers by Means of Four Open Short Circuits // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1982. V. MTT-30. Is. 7. P. 1085-1090.
11. Griffin E.J. Six-Port Reflectometers and Network Analysers // IEE Vacation School Lecture Notes on Microwave Measurement. London Inst. Elec. Eng. 1983. P 11/1-11/22.
12. Yakabe T., Xiao F., Iwamoto K., Ghannouchi F. M., Fujii K., Yabe H. Six-Port Based Wave-Correlator with Application to Beam Direction Finding // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2001. V. 50. № 2. P. 377-380.
13. Caldecott R. The Generalized Multiprobe Reflectometer and Its Application to Automated Transmission Line Measurements // IEEE Trans. on Anten. Prop. 1973. V. AP-21. Is. 4. P. 550-554.
14. Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Царик Ю.И. Автоматический анализатор цепей многоэлементного типа и методы его калибровки // Измерительная техника. 1985. № 10. С. 33-34.
15. Львов А.А., Семёнов К.В. Метод калибровки автоматической многозондовой измерительной линии // Измерительная техника. 1999. № 4. С. 34-39.
16. Кудряшов Ю.Ю., Львов А.А., Моржаков А.А., Ширшин С.И. Калибровка датчиков анализатора стоячей волны на основе много зондовой измерительной линии по произвольным нагрузкам // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1988. Вып. 4(408). С. 55-57.
17. Львов А.А., Моржаков А.А., Ширшин С.И., Жуков А.В., Кудряшов Ю.Ю. Измерение параметров СВЧ двухполюсников путем многозондовой измерительной линии // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 7(401). С. 48-51.
18. А.с. № 985751. Цифровой анализатор стоячей волны. / Острецов В.С., Синицын Ю.П., Цикалов Ю.Н. Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 48. 1982.
19. А.с. № 1318935. Измеритель комплексного коэффициента отражения. / Афонин И.Л., Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б. и др. Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 23. 1987.
20. Katz B.M., L’vov A.A., Meschanov V.P., Shatalov E.M., Shilova L.V. Synthesis of a Wideband Multiprobe Reflectometer // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2008. V. 56. № 2. P. 507-514.
21. Львов А.А., Мещанов В.П., Светлов М.С., Николаенко А.Ю. Оптимальное оценивание параметров СВЧ-цепей с помощью автоматических анализаторов цепей. Алгоритмы обработки наблюдаемых данных // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 8.
    С. 147-154. DOI: 10.18127/j00338486-20-201808-28.
22. Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез в условиях априорной неопределенности и адаптация информационных систем. М.: Советское радио. 1977. 432 с.
23. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М.: ГИФМЛ. 1958. 334 с.
24. L'vov A.A., Galkina S.A., Anufriev A.N. Design of wideband automatic network analyzers based on the multi-port reflectometer // Proc. of the 2016 Int. Conf. on Actual Problems of Electron Devices Engineering. Saratov. Russia: IEEE. 2016. P. 416-423. DOI: 10.1109/APEDE.2016.7879038.
25. Розенберг В.Я. Введение в теорию точности измерительных систем. М.: Советское радио. 1975. 304 с.
26. Львов А.А., Мещанов В.П., Светлов М.С., Семежев Н. Оптимальное оценивание параметров СВЧ-цепей с помощью автоматических многополюсных анализаторов. Выбор оптимального состава измерений // Радиотехника. 2019. № 7(10).
    С. 101-111. DOI: 10.18127/j00338486-201907(10)-16.
27. Математическая теория планирования эксперимента / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука. 1983. 392 с.
28. Воеводин В.В., Кузнецов Ю.А. Матрицы и вычисления. М.: Наука. ГИФМЛ. 1984. 320 с.
29. Будурис Ж., Шеневье П. Цепи СВЧ. М.: Советское радио. 1979. 288 с.
30. L'vov A.A., Geranin R.V., Semezhev N., Solopekina A.A., L'vov P.A. A novel parameter estimation technique for software defined radio system based on broadband multi-port receiver // Proc. of the 2015 Int. Siberian Conf. on Control and Communications. Omsk, Russia, 2015. P. 1-5. doi: 10.1109/SIBCON.2015.7147132.
31. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь. 1986. 448 с.
32. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. М.: Наука. 1976. 416 с.
33. Витерби Э.О. Принципы когерентной связи. М.: Советское радио. 1970. 340 с.
34. ГОСТ 13266-74 Измерители полных сопротивлений коаксиальных и волноводных трактов. Технические требования. Методы испытаний.  М. 1975.