RU2044325C1 - Device for evaluation of microwave field level - Google Patents

Device for evaluation of microwave field level Download PDF

Info

Publication number
RU2044325C1
RU2044325C1 RU93020716A RU93020716A RU2044325C1 RU 2044325 C1 RU2044325 C1 RU 2044325C1 RU 93020716 A RU93020716 A RU 93020716A RU 93020716 A RU93020716 A RU 93020716A RU 2044325 C1 RU2044325 C1 RU 2044325C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
pair
diodes
detector
resistor
Prior art date
Application number
RU93020716A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93020716A (en
Inventor
Исаак Иосифович Трегер
Юрий Алексеевич Безруков
Вячеслав Николаевич Панкратов
Original Assignee
Исаак Иосифович Трегер
Юрий Алексеевич Безруков
Вячеслав Николаевич Панкратов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Исаак Иосифович Трегер, Юрий Алексеевич Безруков, Вячеслав Николаевич Панкратов filed Critical Исаак Иосифович Трегер
Priority to RU93020716A priority Critical patent/RU2044325C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2044325C1 publication Critical patent/RU2044325C1/en
Publication of RU93020716A publication Critical patent/RU93020716A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

FIELD: microwave measurement technology; estimation of degree of biological danger of radiation near microwave plants, such as microwave ovens, radars, TV transmitters. SUBSTANCE: device has antenna 1 whose outputs are connected to input terminals of microwave detector 4 and output terminal leads of the latter are connected to integrating circuit 18 incorporating load resistors 19,20 connected to integrating capacitor 21 which is connected in parallel with measuring instrument 22 and light-emitting diode 23. Microwave detector 4 has two pairs of diodes 5,6 and 10,11, each being connected, together with microwave filter capacitors 8,9 and 13,14, respectively, into voltage doubling circuit; microwave diodes of one pair have higher forward d. c. voltage than those of other pair. Each pair of microwave diodes has unlike- polarity electrodes combined and connected through series resistor 7 (and 12, respectively) to first input terminal lead of microwave detector 4 whose second input terminal lead is connected to point of connection of microwave filter capacitors connected in series between other electrodes of given pair of microwave diodes that function, respectively, as first, second, and third, fourth output terminal leads of microwave detector; connected between first and second input leads at microwave detector input is matching resistor 15. First and third output terminal leads of microwave detector are connected to one plate of integrating capacitor 21 through load resistors 19 and 20, respectively; second and fourth terminal leads of microwave detector are connected to other plate of integrating capacitor directly. Limiting diodes 16 and 17 are connected in parallel with outputs of each pair. EFFECT: improved design, enlarged functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области СВЧ-измерений и может быть использовано для оценки степени биологической опасности излучений вблизи СВЧ-установок, в частности СВЧ-печей, радаров, телевизионных передатчиков. The invention relates to the field of microwave measurements and can be used to assess the degree of biological hazard of radiation near microwave installations, in particular microwave ovens, radars, television transmitters.

Требование высокой долговечности и надежности более всего реализуются в пассивном устройстве для оценки уровня СВЧ-поля, т.е. устройстве, не имеющем источников питания, а малые габариты определяют возможность использования устройства в качестве средства индивидуального пользования. The requirement of high durability and reliability is most often realized in a passive device for assessing the level of the microwave field, i.e. a device that does not have power sources, and small dimensions determine the possibility of using the device as a means of individual use.

Изобретение обеспечивает значительное уменьшение зависимости показаний устройства от вида модуляции СВЧ-сигнала от непрерывного до импульсно-модулированного в широком диапазоне скважностей и длительностей импульсов. При этом одновременно обеспечивается и работа в широкой полосе частот СВЧ за счет обеспечения согласования для указанных режимов модуляции. The invention provides a significant reduction in the dependence of the readings of the device on the type of modulation of the microwave signal from continuous to pulse-modulated over a wide range of duty cycle and pulse durations. At the same time, operation in a wide microwave frequency band is simultaneously ensured due to ensuring coordination for the indicated modulation modes.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 диаграмма работы обеих пар СВЧ-диодов при различной скважности СВЧ-сигнала. In FIG. 1 presents an electrical diagram of the proposed device; in FIG. 2 diagram of the operation of both pairs of microwave diodes at different duty cycle of the microwave signal.

Предлагаемое устройство содержит антенну 1, выполненную в виде короткозамкнутого отрезка волновода 2 с емкостным элементом связи 3, используемым в качестве первого вывода антенны, вторым выводом которой является корпус волновода, причем указанные выводы соединены с первым и вторым входными выводами СВЧ-детектора 4, содержащего две схемы детектирования с удвоением выпрямленного напряжения каждая, одна из которых содержит первую пару однотипных высокочувствительных полупроводниковых СВЧ-диодов 5, 6, одни электроды которых противоположной полярности соединены между собой и через добавочный резистор 7 с первым входным выводом СВЧ-детектора 4, другие электроды диодов 5, 6 соединены с первым и вторым выходными выводами детектора 4 и с обкладками последовательно включенных фильтровых СВЧ-конденсаторов 8, 9, точка соединения которых подключена к второму входному выводу детектора 4, вторая схема детектирования выполнена аналогично первой с той разницей, что образующая ее пара однотипных СВЧ-полупроводниковых диодов 10, 11 выбрана с более высокой величиной постоянного прямого напряжения диода, чем у диодов 5, 6. The proposed device comprises an antenna 1 made in the form of a short-circuited segment of a waveguide 2 with a capacitive coupling 3 used as the first output of the antenna, the second output of which is the waveguide body, and these conclusions are connected to the first and second input terminals of the microwave detector 4, containing two detection circuits with doubling the rectified voltage each, one of which contains the first pair of the same type of highly sensitive semiconductor microwave diodes 5, 6, one of which is the opposite the polarities are interconnected and through an additional resistor 7 with the first input terminal of the microwave detector 4, the other electrodes of the diodes 5, 6 are connected to the first and second output terminals of the detector 4 and with the plates of the series-connected microwave filter capacitors 8, 9, the connection point of which is connected to the second input terminal of detector 4, the second detection circuit is made similarly to the first with the difference that the pair of the same type of microwave semiconductor diodes 10, 11 forming it is selected with a higher constant direct voltage eniya diode than the diodes 5, 6.

При этом соединенные между собой электроды противоположной полярности диодов 10, 11 подключены к первому выводу детектору 4 через добавочный резистор 12, другие электроды 10, 11 соединены с третьим и четвертым выходными выводами детектора 4 и с обкладками последовательно включенных СВЧ-фильтровых конденсаторов 13, 14, а точка соединения последних к второму входному выводу детектора 4, причем между первым и вторым входными выводами детектора 4 на его входе включен согласованный резистор 15. К первому и второму, третьему и четвертому выходным выводам СВЧ-детектора 4 подключены диоды 16 и 17 соответственно так, что полярность их электродов, подключаемых к указанным выводам, противоположна полярности электродов СВЧ-диодов детектора 4, подключенных к этим выводам. While interconnected electrodes of opposite polarity of the diodes 10, 11 are connected to the first output of the detector 4 through an additional resistor 12, other electrodes 10, 11 are connected to the third and fourth output terminals of the detector 4 and to the plates of the series-connected microwave filter capacitors 13, 14, and the connection point of the latter to the second input terminal of the detector 4, and between the first and second input terminals of the detector 4 at its input is included a matched resistor 15. The first and second, third and fourth output terminals m of the microwave detector 4, the diodes 16 and 17 are connected, respectively, so that the polarity of their electrodes connected to the indicated terminals is opposite to the polarity of the electrodes of the microwave diodes of the detector 4 connected to these terminals.

Выходные выводы детектора 4 соединены с интегрирующей цепью 18, содержащей первый нагрузочный резистор 19, второй нагрузочный резистор 20 и интегрирующий конденсатор 21. При этом первый и третий выходные выводы детектора 4 через резисторы 19 и 20 соответственно соединены с одной обкладкой конденсатора 21, а второй и четвертый выводы детектора с другой обкладкой конденсатора, причем параллельно конденсатору 21 подключен пассивный измерительный прибор 22 постоянного тока, в качестве которого может быть использован микроамперметр или милливольтметр, а параллельно измерительному прибору включен светоизлучающий диод 23, полярность электродов которого соответствует полярности электродов измерительного прибора, к которым он подключен. The output terminals of the detector 4 are connected to an integrating circuit 18 containing a first load resistor 19, a second load resistor 20, and an integrating capacitor 21. In this case, the first and third output terminals of the detector 4 are connected through one resistor 19 and 20 to one capacitor plate 21, and the second and the fourth terminals of the detector with a different capacitor plate, and a passive direct current measuring device 22 is connected in parallel with the capacitor 21, which can be used as a microammeter or millivolt tr, and in parallel with the measuring device, a light emitting diode 23 is connected, the polarity of the electrodes of which corresponds to the polarity of the electrodes of the measuring device to which it is connected.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Входной СВЧ-сигнал, величина которого определяется плотностью потока мощности и эффективной площадью антенны, поступает на антенну 1 и с ее выходных выводов 1 и 2 на первый и второй входные выводы СВЧ-детектора 4. СВЧ-мощность, поступившая на СВЧ-детектор, создает на согласованном с выходом антенны резисторе 15 СВЧ-напряжение, пропорциональное указанной мощности. СВЧ-напряжение через добавочный СВЧ-резистор 7 поступает на вход первой пары СВЧ-полупроводниковых диодов 5 и 6, имеющих низкое прямое падение напряжения (низкий потенциальный барьер), а через добавочный СВЧ-резистор 12 на вход второй пары СВЧ-полупроводниковых диодов 10 и 11, имеющих по сравнению с первой парой СВЧ-диодов более высокую величину прямого падения напряжения (потенциального барьера). Каждая пара СВЧ-диодов осуществляет детектирование СВЧ-напряжения совместно с соответствующими СВЧ-конденсаторами 8, 9 и 13, 14 по схеме удвоения. Положительные полуволны СВЧ-напряжения детектируются в первой паре СВЧ-диодом 5 и фильтровым СВЧ-конденсатором 8, отрицательные диодом 6 и фильтровым конденсатором 9. Суммарное напряжение видеосигнала первой пары выделяется на обкладках конденсаторов 8 и 9, подключенных к первому и второму выходам СВЧ-детектора 4, а нагрузкой для этого напряжения служит нагрузочный резистор 19 в интегрирующей цепи 18, соединенный с интегрирующим конденсатором 21. The input microwave signal, the value of which is determined by the density of the power flux and the effective area of the antenna, is supplied to the antenna 1 and from its output terminals 1 and 2 to the first and second input terminals of the microwave detector 4. The microwave power supplied to the microwave detector creates a microwave voltage resistor 15 matched to the antenna output is proportional to the indicated power. Microwave voltage through an additional microwave resistor 7 is fed to the input of the first pair of microwave semiconductor diodes 5 and 6 having a low forward voltage drop (low potential barrier), and through an additional microwave resistor 12 to the input of a second pair of microwave semiconductor diodes 10 and 11 having, compared with the first pair of microwave diodes, a higher value of the direct voltage drop (potential barrier). Each pair of microwave diodes detects microwave voltage in conjunction with the corresponding microwave capacitors 8, 9 and 13, 14 according to the doubling scheme. Positive half-waves of microwave voltage are detected in the first pair by a microwave diode 5 and a filter microwave capacitor 8, negative by a diode 6 and a filter capacitor 9. The total video signal voltage of the first pair is allocated on the plates of capacitors 8 and 9, connected to the first and second outputs of the microwave detector 4, and the load for this voltage is the load resistor 19 in the integrating circuit 18, connected to the integrating capacitor 21.

Аналогично осуществляется детектирование напряжения в схеме удвоения второй пары СВЧ-диодов 10, 11 с фильтровыми конденсаторами 13, 14. Similarly, voltage detection is performed in the doubling circuit of the second pair of microwave diodes 10, 11 with filter capacitors 13, 14.

Выпрямленное суммарное напряжение этой пары выделяется на нагрузочном резисторе 20 и поступает на интегрирующий конденсатор 21. Интегрирующая цепь 18, образованная резисторами 19, 20 и конденсатором 21, создает постоянные составляющие импульсных последовательностей видеотоков от первой и второй пар СВЧ-диодов, выделяемые на входном сопротивлении измерительного прибора 22, подключенного параллельно конденсатору 21. Таким образом измерительный прибор 22 регистрирует сумму постоянных составляющих импульсных последовательностей видеотоков в обеих пар СВЧ-диодов детектора 4. Указанная сумма токов является мерой средней СВЧ-мощности, поступающей на вход антенны, а следовательно, мерой плотности потока мощности (Р)
P

Figure 00000002
где Рср средняя входная мощности;
Sэф эффективная площадь антенны.The rectified total voltage of this pair is released on the load resistor 20 and fed to the integrating capacitor 21. The integrating circuit 18, formed by the resistors 19, 20 and the capacitor 21, creates constant components of the pulse sequences of the video currents from the first and second pairs of microwave diodes allocated to the input resistance of the measuring the device 22 connected in parallel with the capacitor 21. Thus, the measuring device 22 registers the sum of the constant components of the pulse sequences of the video currents in two pairs of microwave diodes of the detector 4. The indicated sum of currents is a measure of the average microwave power supplied to the antenna input, and therefore a measure of the power flux density (P)
P
Figure 00000002
where P cf is the average input power;
S eff is the effective area of the antenna.

С ростом скважности при постоянной средней мощности (см. фиг. 2) вначале детектирует первая, низкобарьерная пара СВЧ-диодов 5 и 6 с ее добавочным 7 и нагрузочным 19 резисторами, затем при дальнейшем росте скважности начинает детектировать вторая, высокобарьерная пара диодов 10 и 11 с ее добавочным 12 и нагрузочным 20 резисторами, доля первой пары падает, второй возрастает так, что сумма постоянных составляющих токов видеосигналов, регистрируемая измерительным прибором 22, примерно постоянна для широкого диапазона скважностей и длительностей СВЧ-сигналов. With an increase in duty cycle at a constant average power (see Fig. 2), the first low-barrier pair of microwave diodes 5 and 6 with its additional 7 and load 19 resistors is first detected at first, then with a further increase in duty cycle, the second high-barrier pair of diodes 10 and 11 with its additional 12 and load resistors 20, the proportion of the first pair drops, the second increases so that the sum of the constant components of the video signal currents recorded by the measuring device 22 is approximately constant for a wide range of wells and microwave durations ignals.

При этом ширина полосы СВЧ-частот входного сигнала обеспечивается согласованием детектора 4 с антенной с использованием согласованного резистора 15, развязкой обеих пар с помощью резисторов 7 и 12 при соответствующем режиме детектирования, определяемом нагрузочными резисторами 19 и 20. При фиксированной величине средней СВЧ-мощности Рср, а значит и плотности потока мощности СВЧ, величина амплитуды СВЧ-напряжения Um на входном согласованном резисторе 15 СВЧ-детектора 4 будет увеличиваться пропорционально росту скважности Q входного сигнала.The width of the microwave frequency band of the input signal is ensured by matching the detector 4 with the antenna using a matched resistor 15, decoupling both pairs using resistors 7 and 12 with the corresponding detection mode determined by the load resistors 19 and 20. With a fixed average microwave power P cf , and hence the microwave power flux density, the amplitude of the microwave voltage U m at the matched input resistor 15 of the microwave detector 4 will increase in proportion to the increase in the duty cycle Q of the input signal.

Рассмотрим три варианта скважности:
a) Q 1 (непрерывный СВЧ-сигнал),
б) Q 10-15 (средняя скважность);
в) Q 100-200 (высокая скважность), которые отражены на фиг. 2. Исходим при этом из следующим общих соотношений:
средняя мощность
Pср=

Figure 00000003

(1) где Римп СВЧ-мощность в импульсе; амплитуда СВЧ напряжения
U
Figure 00000004
=
Figure 00000005

(2) где rс согласованное входное сопротивление СВЧ-детектора (резистор 15);
I Г I модуль коэффициента отражения СВЧ детектора, тогда
U
Figure 00000006
=
Figure 00000007

(3)
Для сохранения постоянной зависимости UmСВЧ (при заданной Рср) от Q необходимо примерное постоянство rc (минимальное влияние входного сопротивления обеих детектирующих пар СВЧ-диодов) и минимизация коэффициента отражения, что также связано с входным сопротивлением диодных пар.Consider three options for duty cycle:
a) Q 1 (continuous microwave signal),
b) Q 10-15 (average duty cycle);
c) Q 100-200 (high duty cycle), which are reflected in FIG. 2. We proceed from the following general relations:
average power
P cf =
Figure 00000003

(1) where P imp is the microwave power in the pulse; microwave voltage amplitude
U
Figure 00000004
=
Figure 00000005

(2) where r is the matched input resistance of the microwave detector (resistor 15);
I G I the module of the reflection coefficient of the microwave detector, then
U
Figure 00000006
=
Figure 00000007

(3)
To maintain a constant dependence of U m microwave (at a given R cf ) on Q, an approximate constancy of r c is required (the minimum influence of the input resistance of both detecting pairs of microwave diodes) and minimization of the reflection coefficient, which is also associated with the input resistance of diode pairs.

На фиг. 2 приведены вольтамперные характеристики первой пары (UAX1) СВЧ-диодов с низким потенциальным барьером и второй пары (UAX2) с более высоким потенциальным барьером. Здесь же показаны (по вертикальной отрицательной оси) амплитуды СВЧ-напряжений на входах СВЧ-детектора для различных скважностей.In FIG. Figure 2 shows the current-voltage characteristics of the first pair (U AX1 ) of microwave diodes with a low potential barrier and the second pair (U AX2 ) with a higher potential barrier. The amplitudes of microwave voltages at the inputs of a microwave detector for various duty cycles are also shown (along the vertical negative axis).

Из формулы (3) очевидно, что при непрерывном сигнале (Q 1) амплитуда СВЧ сигнала Um (Q 1) минимальна (для фиксированной Рср, см. фиг. 2, а). Для средних значений скважностей Um˙Qcp (см. фиг. 2, в).From the formula (3) it is obvious that with a continuous signal (Q 1) the amplitude of the microwave signal U m (Q 1) is minimal (for a fixed P cf , see Fig. 2, a). For average values of duty cycle U m ˙ Q cp (see Fig. 2, c).

При этом амплитуда видеосигналов на нагрузочных резисторах каждой пары обозначена UΩ (с соответствующим индексом 1, 2), постоянные напряжения на измерительном приборе Uн, величина импульсного СВЧ-тока диода Im, величина видеотока в нагрузочном резисторе каждой пары диодов IΩ величина постоянной составляющей видеотока в цепи измерительного прибора I=.In this case, the amplitude of the video signals on the load resistors of each pair is indicated by U Ω (with the corresponding index 1, 2), constant voltage on the measuring device U n , the value of the pulsed microwave current of the diode I m , the magnitude of the video current in the load resistor of each pair of diodes I Ω constant component of the video stream in the circuit of the measuring device I = .

При непрерывном сигнале малая амплитуда СВЧ-напряжения Um(Q 1) отпирает СВЧ-диоды 5, 6 только первой пары. При этом амплитуда СВЧ-тока в диоде I

Figure 00000008
(Q= 1), а постоянная составляющая I=(Q 1). Нагрузка первой пары в этом случае является суммарное сопротивление резистора 19 и входного сопротивления по постоянному току измерительного прибора, превышающего на порядок величину сопротивления 19. Это обеспечивает повышение чувствительности при работе на участке самой низкой крутизны вольтамперной характеристики диодов первой пары (улучшение КПД детектирования).With a continuous signal, the small amplitude of the microwave voltage U m (Q 1) unlocks the microwave diodes 5, 6 of only the first pair. In this case, the amplitude of the microwave current in the diode I
Figure 00000008
(Q = 1), and the constant component I = (Q 1). The load of the first pair in this case is the total resistance of the resistor 19 and the DC input resistance of the measuring device, which is an order of magnitude higher than the resistance 19. This provides increased sensitivity when working at the site of the lowest slope of the current-voltage characteristic of the diodes of the first pair (improved detection efficiency).

При работе в импульсном режиме (см. фиг. 2, б, в) амплитуда СВЧ-напряжения повышается (см. формулу 3) с ростом скважности, возрастает крутизна характеристики на рабочем участке UAX1 (см. фиг. 2), но нагрузкой первой пары теперь становится только резистор 19, так как сказывается действие интегрирующей емкости 21, шунтирующей видеосигнал, что выравнивает чувствительность устройства для непрерывного режима и режимов малых и средних скважностей.When operating in a pulsed mode (see Fig. 2, b, c), the amplitude of the microwave voltage increases (see formula 3) with increasing duty cycle, the steepness of the characteristic in the working section U AX1 (see Fig. 2) increases, but the load is first the pair now becomes only the resistor 19, as the effect of the integrating capacitance 21, shunting the video signal, which evens out the sensitivity of the device for continuous mode and modes of small and medium duty cycles.

При средних Qср величинах скважностей (см. фиг. 2, б) амплитуда СВЧ-напряжения Um(Qcp) создает большой (для первой пары) СВЧ-ток в ее диодах Im1(Qcp), при этом амплитуда тока продетектированного видеосигнала в нагрузке (резистор 19) IΩ 1(Qcp), постоянная составляющая тока последовательности видеоимпульсов I =1(Qcp), длительность видеоимпульсов τи(Qcp) в период их следования Тн(Qcp). Постоянная составляющая определяется как
I==

Figure 00000009

(4) Амплитуда видеосигналов на нагрузочном резисторе 19 первой пары определяется как
UΩ 1= IΩ 1˙R19 (5) При этих же скважностях (Qcp) начинает открываться вторая пара СВЧ-диодов 10,11, имеющая более высокий потенциальный барьер. За счет СВЧ-амплитуды Um(Qcp) создается амплитуда СВЧ-тока диодов второй пары I
Figure 00000010
(Qcp), при этом амплитуда продектированного тока диодов второй пары в ее нагрузочном резисторе 20 IΩ 2(Qcp), а постоянная составляющая импульсной последовательности второй пары создается за счет интегрирующей цепи (резистор 20 и конденсатор 21 в цепи измерительного прибора 22).At average Q cf the magnitudes of the duty cycles (see Fig. 2b), the amplitude of the microwave voltage U m (Q cp ) creates a large (for the first pair) microwave current in its diodes I m1 (Q cp ), while the amplitude of the current detected the video signal in the load (resistor 19) I Ω 1 (Q cp ), the constant component of the current of the sequence of video pulses I = 1 (Q cp ), the duration of the video pulses τ and (Q cp ) during their period T n (Q cp ). The constant component is defined as
I = =
Figure 00000009

(4) The amplitude of the video signals on the load resistor 19 of the first pair is defined as
U Ω 1 = I Ω 1 ˙ R 19 (5) At the same wells (Q cp ), a second pair of microwave diodes 10.11 begins to open, having a higher potential barrier. Due to the microwave amplitude U m (Q cp ), the amplitude of the microwave current of the diodes of the second pair I
Figure 00000010
(Q cp ), while the amplitude of the detected current of the diodes of the second pair in its load resistor is 20 I Ω 2 (Q cp ), and the constant component of the pulse sequence of the second pair is created by the integrating circuit (resistor 20 and capacitor 21 in the circuit of the measuring device 22) .

Благодаря подключения нагрузочных резисторов 19 и 20 к общей интегрирующей емкости 21 интегрирующей цепи 18 и подключению измерительного прибора 22 к этой емкости в измерительном приборе суммируются постоянные составляющие видеотоков обеих пар IΣ и.п.= I=1 + I=2. При этом в суммарном токе IΣ и.п. при средних скважностях доля первой пары I = 1 основная, а второй I=2 невелика, а с ростом скважности возрастает доля второй пары и уменьшается доля первой за счет ее ограничения добавочным резистором 7 и нагрузочным 19, вследствие чего сумма долей обеих пар (ток измерительного прибора) остается примерно постоянной.Due to the connection of load resistors 19 and 20 to the total capacitance of the integrating circuit 21 integrates 18 and 22 connecting the measuring device to the container in a meter DC components are summed videotokov both pairs I Σ i.p. = I = 1 + I = 2 . In this case, the total current I Σ i.p. at medium wells, the proportion of the first pair I = 1 is the main, and the second I = 2 is small, and with an increase in duty cycle, the proportion of the second pair increases and the proportion of the first pair decreases due to its limitation by additional resistor 7 and load 19, due to which the sum of the shares of both pairs instrument) remains approximately constant.

При большой скважности Qв (см. фиг. 2, в) большая амплитуда СВЧ-напряжения Um(Qв) создает значительную амплитуду СВЧ-тока диодов второй пары Im2(Qв), амплитуда видеотока в нагрузочном резисторе 20 второй пары IΩ 2(Qв) также возрастает и обеспечивает получение соответствующих величин постоянной возрастающей тока последовательности видеоимпульсов от второй пары диодов I=2(Qв) и амплитуды видеоимпульса на нагрузочном резисторе второй пары UΩ 2. Открытые диоды первой пары в этом случае обеспечивают СВЧ-ток Im1(Qв), создающий продетектированный видеоток IΩ 1(Qв) в нагрузочном резисторе 19 первой пары. Величина нагрузочного резистора 19 первой пары, действуя совместно с СВЧ-резистором 7, ограничивает долю тока первой пары в общей сумме токов, так как первая пара, обладающая высокой чувствительностью, не может обеспечивать одновременно и большие импульсные видеотоки, необходимые для работы с большой скважностью, и работать на участке максимальной нелинейности, что необходимо для обеспечения примерно квадратичной зависимости выпрямленного видеотока от приложенного СВЧ-напряжения. Действительно, если IΩ= Um 2, тогда
I==

Figure 00000011
≡ U 2 m и с учетом формулы (3) I=≡Pср/т.к. IΩ=I=˙Q=2˙rc˙Pсрx xQ˙(1-I Г I2)/.With a large duty cycle Q in (see Fig. 2, c), a large amplitude of the microwave voltage U m (Q in ) creates a significant amplitude of the microwave current of the diodes of the second pair I m2 (Q in ), the amplitude of the video stream in the load resistor 20 of the second pair I Ω 2 (Q in ) also increases and provides the corresponding values of a constant increasing current of the sequence of video pulses from the second pair of diodes I = 2 (Q in ) and the amplitude of the video pulse on the load resistor of the second pair U Ω 2 . Open diodes of the first pair in this case provide a microwave current I m1 (Q in ), which creates a detected video stream I Ω 1 (Q in ) in the load resistor 19 of the first pair. The magnitude of the load resistor 19 of the first pair, acting in conjunction with the microwave resistor 7, limits the share of the current of the first pair in the total sum of currents, since the first pair, which has high sensitivity, cannot simultaneously provide large pulsed video currents necessary for working with high duty cycle, and work on the plot of maximum non-linearity, which is necessary to ensure an approximately quadratic dependence of the rectified video stream on the applied microwave voltage. Indeed, if I Ω = U m 2 , then
I = =
Figure 00000011
≡ U 2 m and taking into account formula (3) I = ≡P cf / t.k. I Ω = I = ˙Q = 2˙r c ˙P cp x xQ˙ (1-I Г I 2 ) /.

Основная доля постоянной составляющей при высокой скважности от второй пары, доля первой пары мала, а их сумма (IΣ и.п.)благодаря предложенной схеме и выбору соответствующих номиналов резисторов остается примерно постоянной при изменении скважности.The main part of the constant component at high duty cycle from the second pair, the share of the first pair is small, and their sum (I Σ etc.) due to the proposed scheme and the choice of the corresponding resistor values remains approximately constant when the duty cycle changes.

Величина сопротивления резистора 7 низкобарьерной пары диодов больше величины сопротивления резистора 12 для высокобарьерной пары. В то же время величина сопротивления нагрузочного резистора 19 первой пары диодов в несколько раз больше сопротивления нагрузочного резистора 20 второй пары диодов. The resistance value of the resistor 7 of the low barrier pair of diodes is greater than the resistance value of the resistor 12 for the high barrier pair. At the same time, the resistance value of the load resistor 19 of the first pair of diodes is several times greater than the resistance of the load resistor 20 of the second pair of diodes.

Такой выбор сопротивлений резисторов ограничивает ток первой пары диодов и напряжение на ее диодах при росте скважностей и сохраняет примерно постоянной сумму постоянных составляющих обеих пар. Such a choice of resistors limits the current of the first pair of diodes and the voltage on its diodes with increasing wells and keeps the sum of the constant components of both pairs approximately constant.

Таким образом. IΣ и.п.=I=(Q=1)≈I=1(Qср)+ +I=2(Qср)≈I=1(Qв)+I=2(Qв)
Суммарная постоянная составляющая, регистрируемая измерительным прибором, мало зависит от скважности при постоянной средней мощности на СВЧ-детекторе, а значит и при постоянной плотности потока мощности на входе антенны. Действительно,
I=1=

Figure 00000012
I=2=
Figure 00000013

I=1+I=2=
Figure 00000014
Причем, если IΩ 1,2≡KUm 2 (работа на нелинейном участке вольтамперной характеристики СВЧ-диода), то IΣ и.п.= I=1 + I=2 (k1 + k2)˙Um 2 k˙Um 2;
Um=
Figure 00000015

P
Figure 00000016
≡ IΣ и.п, IΣ
Figure 00000017
P где Р плотность потока СВЧ-мощности.Thus. I Σ and.p. = I = (Q = 1) ≈I = 1 (Q cf ) + + I = 2 (Q cf ) ≈I = 1 (Q c ) + I = 2 (Q c )
The total constant component recorded by the measuring device is little dependent on the duty cycle at a constant average power at the microwave detector, and hence at a constant power flux density at the antenna input. Really,
I = 1 =
Figure 00000012
I = 2 =
Figure 00000013

I = 1 + I = 2 =
Figure 00000014
Moreover, if I Ω 1,2 ≡KU m 2 (work on a non-linear section of the current-voltage characteristic of the microwave diode), then I Σ and.p. = I = 1 + I = 2 (k 1 + k 2 ) ˙U m 2 k˙U m 2 ;
U m =
Figure 00000015

P
Figure 00000016
≡ I Σ I.p. , I Σ
Figure 00000017
P where P is the microwave power flux density.

Для работы в широком диапазоне длительностей постоянная времени СВЧ-детектора (τнагр), равная произведению величины фильтровой СВЧ-емкости на величину нагрузочного сопротивления любой из пар диодов, должна быть на порядок меньше минимальной длительности (τmin) СВЧ-импульса, т.е. τнагр Сф(8,9,13,14) ˙rн(19,20)≈ 0,1˙τmin.For operation in a wide range of durations of the time constant of the microwave detector (τ heat), equal to the magnitude of a filter container for microwave load resistance value of any of the pairs of diodes to be an order of magnitude less than the minimum duration (τ min) of the microwave pulse, ie . τ load С f (8,9,13,14) ˙r n (19,20) ≈ 0,1˙τ min .

В этом случае форма видеоимпульса на нагрузочном резисторе достаточно точно повторяет форму СВЧ-импульса, поэтому приведенные выше формулы для постоянных составляющих токов (I=) и для видеотоков (IΩ) будут справедливы.In this case, the shape of the video pulse on the load resistor accurately repeats the shape of the microwave pulse, so the above formulas for the constant components of the currents (I = ) and for the video currents (I Ω ) will be valid.

Экспериментально подтверждено, что в устройстве практически отсутствует зависимость показаний измерительного прибора 22 от изменений длительности СВЧ-импульсов. It was experimentally confirmed that in the device there is practically no dependence of the readings of the measuring device 22 on changes in the duration of microwave pulses.

Для работы в широком диапазоне скважностей постоянная времени интегрирующей цепи должна быть на порядок больше максимального периода (Тmax) СВЧ-импульсов, т.е.To work in a wide range of duty cycles, the time constant of the integrating circuit must be an order of magnitude greater than the maximum period (T max ) of microwave pulses, i.e.

τи.ц. Си.ц. ˙rи.ц. ≥Тmax.τ and.c With it. ˙r and.ts. ≥T max .

Первый и второй добавочные резисторы 7, 12 необходимы для реализации следующих функций: развязки каждой из пар СВЧ-диодов от согласованного СВЧ-резистора 15 и друг от друга для обеспечения примерного постоянства входного сопротивления СВЧ-детектора, исключения шунтирования резистора 15 открытыми парами СВЧ-диодов при больших скважностях. Величина СВЧ-резистора 7, примерно равная величине согласованного резистора 15, обеспечивает ограничение СВЧ-напряжения и мощности на первой паре СВЧ-диодов, а следовательно, долю ее тока в общей сумме при большой скважности (большой амплитуде СВЧ-напряжения). The first and second additional resistors 7, 12 are necessary for the implementation of the following functions: decoupling of each of the pairs of microwave diodes from the matched microwave resistor 15 and from each other to ensure an approximate constancy of the input resistance of the microwave detector, eliminating the bypass of resistor 15 by open pairs of microwave diodes at large wells. The value of the microwave resistor 7, approximately equal to the value of the matched resistor 15, provides a limitation of the microwave voltage and power on the first pair of microwave diodes, and therefore, the fraction of its current in the total when the duty cycle is large (large amplitude of the microwave voltage).

Развязка резисторами 7 и 12 обеспечивает также уменьшение реактивной составляющей входного сопротивления подключенных к согласованному резистору 15 обеих пар СВЧ-диодов с их индуктивностями и резко меняющимися емкостями переходов при работе на низкочастотные нагрузочные резисторы 19, 20, т.е. обеспечивает минимизацию коэффициента отражения Г (3). Decoupling with resistors 7 and 12 also provides a decrease in the reactive component of the input resistance connected to the matched resistor 15 of both pairs of microwave diodes with their inductances and sharply changing capacitances of the transitions when working with low-frequency load resistors 19, 20, i.e. provides minimization of the reflection coefficient G (3).

Резисторы 7, 12 также существенно уменьшают добротность последовательной резонансной цепи СВЧ-диодов, позволяя достичь равномерности коэффициента передачи СВЧ-напряжения от согласованного СВЧ-резистора 15 до p-n-перехода полупроводникового диода. Resistors 7, 12 also significantly reduce the quality factor of the serial resonant circuit of the microwave diodes, making it possible to achieve uniformity of the microwave voltage transfer coefficient from the matched microwave resistor 15 to the pn junction of the semiconductor diode.

Таким образом, наличие резисторов 15, 7, 12, обеспечивая работу схемы детектора 4 в широком диапазоне длительностей и скважностей, одновременно обеспечивает возможность сохранения малой зависимости от скважности и длительности в широком диапазоне СВЧ-частот. Thus, the presence of resistors 15, 7, 12, ensuring the operation of the detector circuit 4 in a wide range of durations and duty cycle, at the same time provides the ability to maintain a small dependence on duty cycle and duration in a wide range of microwave frequencies.

Кроме того, применение согласованного резистора 15 позволяет "сжать" динамический диапазон амплитуд СВЧ-напряжения на СВЧ-детекторе при широком динамическом диапазоне по СВЧ-мощности на входе устройства (до 25-39 дБ) и при этом повысить надежность за счет уменьшения максимальных амплитуд на СВЧ-детекторе 4. In addition, the use of a matched resistor 15 allows you to "compress" the dynamic range of amplitudes of the microwave voltage at the microwave detector with a wide dynamic range of microwave power at the input of the device (up to 25-39 dB) and at the same time increase reliability by reducing the maximum amplitudes by Microwave detector 4.

Ограничительные диоды 16 и 17 в сочетании со схемой удвоения также существенно повышают надежность устройства, защищая диоды обеих пар от обратного напряжения при высоких уровнях входного СВЧ-сигнала. Limit diodes 16 and 17 in combination with the doubling circuit also significantly increase the reliability of the device, protecting the diodes of both pairs from reverse voltage at high levels of the input microwave signal.

Светоизлучающий полупроводниковый диод 23, подключенный параллельно измерительному прибору, имеет падение напряжения, соответствующее порогу зажигания, больше, чем падение напряжения на измерительном приборе при предельном по шкале прибора измеряемом параметре. Тем самым при уровнях СВЧ-мощности, опасных для человека, обеспечивается световая индикация с сохранением малой зависимости от скважности, длительности и частоты СВЧ-сигнала. A light-emitting semiconductor diode 23, connected in parallel with the measuring device, has a voltage drop corresponding to the ignition threshold, greater than the voltage drop across the measuring device when the measured parameter is extreme on the scale of the device. Thus, at microwave power levels dangerous to humans, a light indication is provided while maintaining a small dependence on the duty cycle, duration and frequency of the microwave signal.

Применение широкополосных антенн (спиральных, рупорных, логопериодических, многовибраторных) позволяет существенно расширить диапазон СВЧ-частот устройства. Устройство позволяет производить оценку уровня СВЧ-полей широкого класса СВЧ-установок. The use of broadband antennas (helical, horn, log-periodic, multivibrator) allows you to significantly expand the range of microwave frequencies of the device. The device allows you to evaluate the level of microwave fields of a wide class of microwave installations.

Испытания макета данной конструкции с применением СВЧ-полупроводниковых диодов типа 2А202 в первой паре и 3А112 во второй паре дали следующие результаты: уровни поля, оцениваемые по прибору, 5-50 мкВт/см2; уровень индикации светодиодов 200-300 мкВт/см2; диапазон длительностей СВЧ-импульсов 0,1-500 мкс; диапазон скважностей 1-200; диапазон СВЧ-частот (для данной конструкции) 2600-3200 мГц; неравномерность показаний (по уровню 25 мкВт/см2) не превышает ±2 дБ в указанных диапазонах.Tests of the layout of this design using microwave semiconductor diodes of type 2A202 in the first pair and 3A112 in the second pair gave the following results: field levels estimated by the device, 5-50 μW / cm 2 ; LED indication level 200-300 μW / cm 2 ; microwave pulse duration range 0.1-500 μs; the range of wells 1-200; microwave frequency range (for this design) 2600-3200 MHz; non-uniformity of readings (at a level of 25 μW / cm 2 ) does not exceed ± 2 dB in the indicated ranges.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ СВЧ-ПОЛЯ, содержащее антенну, две пары детекторных диодов, первые разноименные электроды детекторных диодов каждой пары соединены между собой, а вторые соединены с первыми обкладками двух фильтрующих конденсаторов, вторые обкладки которых соединены между собой и подключены к первому выводу антенны, последовательно соединенные первый резистор и конденсатор, образующие первую интегрирующую цепь, вход которой подключен к точке соединения электрода одного из детекторных диодов и первой обкладки одного из фильтрующих конденсаторов одной пары, второй резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения одноименного электрода детекторного диода и первой обкладки одного из фильтрующих конденсаторов другой пары, и измерительный пассивный прибор, отличающееся тем, что введены третий и четвертый резисторы, одни из выводов которых соединены с вторым выводом антенны, а другой вывод каждого подключен к точке соединения первых разноименных электродов детекторных диодов соответствующей пары, пятый резистор, который включен между выводами антенны, и первый и второй ограничительные диоды, включенные в прямом направлении параллельно фильтрующим конденсаторам соответствующей пары детекторных диодов, второй вывод второго резистора подключен к точке соединения первого резистора и конденсатора и образует с ним вторую интегрирующую цепь, к выходу которой подключен пассивный измерительный прибор, при этом первый ограничительный диод включен параллельно входу первой интегрирующей цепи, а второй ограничительный диод включен параллельно входу второй интегрирующей цепи и величина потенциального барьера детекторных диодов одной пары превышает величину потенциального барьера детекторных диодов другой пары. 1. DEVICE FOR EVALUATING A MICROWAVE FIELD LEVEL, comprising an antenna, two pairs of detector diodes, the first unlike electrodes of the detector diodes of each pair are interconnected, and the second are connected to the first plates of two filter capacitors, the second plates of which are connected to each other and connected to the first output antennas connected in series with the first resistor and capacitor, forming the first integrating circuit, the input of which is connected to the connection point of the electrode of one of the detector diodes and the first lining of one of the phi capacitors of one pair, a second resistor, the first output of which is connected to the connection point of the same electrode of the detector diode and the first lining of one of the filter capacitors of the other pair, and a passive measuring device, characterized in that the third and fourth resistors are introduced, one of the terminals of which is connected to the second terminal of the antenna, and the other terminal of each is connected to the connection point of the first opposite electrodes of the detector diodes of the corresponding pair, the fifth resistor, which is connected between the terminals antennas, and the first and second limiting diodes, connected in the forward direction parallel to the filtering capacitors of the corresponding pair of detector diodes, the second output of the second resistor is connected to the connection point of the first resistor and capacitor and forms a second integrating circuit with which the passive measuring device is connected, at the first limiting diode is connected parallel to the input of the first integrating circuit, and the second limiting diode is connected parallel to the input of the second integrating circuit and a potential barrier diodes of one pair of detector exceeds the potential barrier of the detector diodes of the other pair. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно измерительному пассивному прибору включен светоизлучающий полупроводниковый диод. 2. The device according to claim 1, characterized in that a light emitting semiconductor diode is connected in parallel with the measuring passive device.
RU93020716A 1993-04-21 1993-04-21 Device for evaluation of microwave field level RU2044325C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93020716A RU2044325C1 (en) 1993-04-21 1993-04-21 Device for evaluation of microwave field level

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93020716A RU2044325C1 (en) 1993-04-21 1993-04-21 Device for evaluation of microwave field level

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2044325C1 true RU2044325C1 (en) 1995-09-20
RU93020716A RU93020716A (en) 1996-01-10

Family

ID=20140653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93020716A RU2044325C1 (en) 1993-04-21 1993-04-21 Device for evaluation of microwave field level

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2044325C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648290C1 (en) * 2016-11-29 2018-03-23 Евгений Михайлович Онищенко Device for measuring specific absorbed power of microwave electromagnetic emission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4647849, кл. G 01R 23/04, 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648290C1 (en) * 2016-11-29 2018-03-23 Евгений Михайлович Онищенко Device for measuring specific absorbed power of microwave electromagnetic emission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9244104B2 (en) Detecting a dielectric article
US5486815A (en) Moisture detection circuit
EP3592209B1 (en) Measuring a property in a body
WO1992011529A1 (en) Material monitoring device
Kumaoka et al. Development of space charge measurement system with high positionalal resolution using pulsed electro acoustic method
US4044303A (en) Microwave radiation detector
RU2044325C1 (en) Device for evaluation of microwave field level
US4752730A (en) Radiation monitor diode detector with constant efficiency for both CW and pulsed signals
US6184695B1 (en) Diagnostic circuit for potentiometric sensors
US5248934A (en) Method and apparatus for converting a conventional DC multimeter to an AC impedance meter
US3039013A (en) Electroluminescent electrical meter
JP2701343B2 (en) Optical fiber micro-current detector
JPS5818102A (en) Capacitive displacement gauge
Wang et al. The measurement method for corona discharge current under high-voltage environment
CN103163526A (en) Ultrasonic Doppler velocimeter
EP0257724A2 (en) Three-electrode sensor for phase comparison and pulse phase adjusting circuit for use with the sensor
RU2051476C1 (en) Method of and device for plasma diagnostics
US4192009A (en) Coulometric device for performing time integration
RU520U1 (en) Passive highly sensitive device for evaluating the level of the microwave field
US6259246B1 (en) Load sensing apparatus and method
RU93020716A (en) PASSIVE HIGHLY SENSITIVE DEVICE FOR INDIVIDUAL USE TO ASSESS THE LEVEL OF UHF-FIELD
SU1689763A1 (en) Radiation sensor
SU1441336A1 (en) Apparatus for monitoring the quality of contacts of electronic units
RU2016376C1 (en) Film thickness measuring device
EP3406187A1 (en) Measuring a property in a body