Пономаренко В. І., Попов В. В. Таврійський національний університет ім. Вернадського Кафедра експериментальної фізики E-mail: siava_popov@front.ru

Анотація – Метод заснований на вимірах за допомогою скалярного аналізатора ланцюгів резонансних характеристик квазірезонатора, що є частиною хвилеводу, обмеженої відображає об’єктом з одного боку і об’єктом з відомою матрицею розсіяння з іншого. Особливістю методу є те, що аналіз проводиться для всієї сукупності резонансних частот одночасно. Експериментальні похибки вимірювання модуля і фази коефіцієнта відбиття (КО) становлять близько 0.015 та 1.5 градуса, що близько до точності вимірювань з використанням векторних аналізаторів ланцюгів.

I. Введення

Для вимірювання комплексного КО широко використовуються векторні аналізатори ланцюгів (Vector Network Analyzers – VNA), що забезпечують похибку близько 1% по модулю КО і 1-2 градуса по фазі. Поряд з векторними аналізаторами в техніці НВЧ застосовуються скалярні аналізатори ланцюгів, що забезпечують вимір тільки модуля КО, але мають порівняно низьку вартість.

У роботі запропоновано новий метод визначення модуля і фази КО в прямокутному хвилеводі [1] з використанням скалярного аналізатора ланцюгів, що не поступається за точністю вимірювань з використанням VNA. Безпосередньо вимірюваними величинами є сукупності резонансних частот і ширини резонансних піків квазірезонатора, утвореного відображає об’єктом і об’єктом з відомою матрицею розсіяння. В якості останнього в даній роботі використана симетрична індуктивна діафрагма.

II. Відновлення КО з вимірювання резонансних характеристик квазірезонатора

На рис. 1 зображено дві хвилеводні секції з спрямованими відгалужувачі, розділені симетричною індуктивної діафрагмою малої товщини р. Секція 1 підключена до свіп-генератору. До секції

2 приєднаний тримач зразка з КО, рівним R в площині z = I (площину фланця ФЗ).

Рис. 1 Вимірювальна установка. Fig. 1. Measuring device

Позначимо через Ао відношення сигналів, прийнятих відгалужувачі:

Frequency, MHz

Рис. 4. Теоретичні (Т) і експериментальні (Е) залежності модуля і фази КО для пластини фторопласту.

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

При вимірах зразків з модулем КО меншим, ніж 0.35, точність вимірювань знижується.

IV. Висновок

Метод експериментально простий і може бути реалізований на скалярних вимірниках КСХН та ослаблення, «складності» перенесено на комп’ютерну програму. При вимірах з використанням вимірювача КСХН і ослаблення Р2 і квазірезонатора, довжина якого становить близько 10 хвилеводних довжин хвиль, похибка КО можна оцінити як

0. 015 для модуля і 1.5 град, для аргументу, якщо модуль КО не менше, ніж 0.3. Така точність вимірювань близька до тієї, яку забезпечують сучасні векторні аналізатори ланцюгів. При використанні скалярного вимірювача КСХН та ослаблення, більш сучасного порівняно з приладом Р2, який мають автори, точність вимірювань може бути істотно вище.

V. Список літератури

[1] Пономаренко В. І., Попов В. В. – Патент Україна

№ 48692А – Пристрій для визначення комплексного коефіцієнта відбиття в хвилеводі. 2002, бюл. № 8.

[2] Левін Л. Теорія хвилеводів. – М.: Радіо і зв’язок, 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»