RU2049339C1

RU2049339C1 - Microwave field detector

Info

Publication number: RU2049339C1
Application number: RU93055768A
Authority: RU
Inventors: Ю.Э. Герзанич; В.Ю. Герзанич
Original assignee: Холдинговая промышленно-финансовая компания "Старая Москва"
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: microwave field recording facilities. SUBSTANCE: detecting and modulating components of microwave field detector are mounted in waveguide. Modulating component periodically turns on in presence of microwave field, this causing periodic arrival of signal at detecting component. Detecting of this signal occurs in step with modulation of modulating component. EFFECT: facilitated discrimination of present signal and its effective recording. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к средствам регистрации СВЧ-поля. The invention relates to electronics, and in particular to means for registering a microwave field.

Известны детекторы СВЧ-поля, содержащие антенну, к выходу которой подключен волновод, содержащий детекторный и модулирующий элементы, при этом выход детекторного элемента через малошумящий усилительный блок подключен к блоку обработки сигнала [1, 2]
Недостатком указанных конструкций является то, что регистрация СВЧ-поля осуществляется недостаточно эффективно, зачастую регистрируется момент наличия СВЧ-поля либо по результатам значительной выборки, либо после прохождения значительной части сигналов, что не является оптимальным.Known microwave field detectors containing an antenna, the output of which is connected to a waveguide containing the detector and modulating elements, while the output of the detector element through a low-noise amplifier unit is connected to the signal processing unit [1, 2]
The disadvantage of these designs is that the registration of the microwave field is not efficient enough, often the moment of the presence of the microwave field is recorded either by the results of a significant sample, or after passing a significant part of the signals, which is not optimal.

Наиболее близким к заявленному является детектор СВЧ-поля, содержащий антенну, к выходу которой подключен волновод, в котором установлены детекторный и модулирующий элементы, при этом выход детекторного элемента через малошумящий усилительный блок подключен к первому входу амплитудного синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом модулирующего элемента, а управляющий вход соединен с опорным генератором прямоугольных импульсов, который соединен с модулирующим элементом, выход амплитудного детектора соединен с входом интегратора-компаратора, ключ управления, соединенный с пьезоизлучателем, индикатор оповещения [3]
Данное устройство позволяет регистрировать СВЧ-поле достаточно точно и так же достаточно точно определять момент наличия данного поля, однако фиксация этого момента определяется с некоторой задержкой, неточностью, что приводит к необходимости вводить дополнительные элементы, позволяющие исключить это.Closest to the claimed one is a microwave field detector containing an antenna, to the output of which a waveguide is connected, in which the detector and modulating elements are installed, while the output of the detector element is connected through the low-noise amplifier block to the first input of the amplitude synchronous detector, the second input of which is connected to the output modulating element, and the control input is connected to a reference rectangular pulse generator, which is connected to the modulating element, the output of the amplitude detector is connected to the input m integrator comparator, a control switch connected to the piezo, warning indicator [3]
This device allows you to register the microwave field accurately enough and accurately determine the moment of the presence of this field, however, fixing this moment is determined with some delay, inaccuracy, which leads to the need to introduce additional elements to eliminate this.

Целью изобретения является повышение достоверности и точности при визуализации и регистрации момента появления СВЧ-поля, а также повышение эксплуатационных параметров устройства. The aim of the invention is to increase the reliability and accuracy in the visualization and registration of the moment of occurrence of the microwave field, as well as improving the operational parameters of the device.

Данная цель достигается тем, что в детектор введен управляемый генератор, включенный между входом интегратора-компаратора и входом ключа управления, управляющий вход которого соединен с опорным генератором прямоугольных импульсов, при этом индикатор оповещения подключен к выходу управляемого генератора. This goal is achieved by the fact that a controlled generator is inserted into the detector, which is connected between the input of the integrator-comparator and the input of the control key, the control input of which is connected to the reference rectangular pulse generator, while the warning indicator is connected to the output of the controlled generator.

Усилительная ячейка малошумящего усилительного блока выполнена на малошумящем операционном усилителе, выход которого через RC-цепь связан с входом однокаскадного транзисторного усилителя. The amplification cell of the low-noise amplifier block is made on a low-noise operational amplifier, the output of which through the RC circuit is connected to the input of a single-stage transistor amplifier.

Анализ патентной и технологической литературы показал, что заявляемый детектор, соответствует критерию "новизна". The analysis of patent and technological literature showed that the inventive detector meets the criterion of "novelty."

Поскольку заявленное устройство изготовлено из известных элементов и имеется потребность в данном устройстве, то оно соответствует критерию "промышленная применимость". Since the claimed device is made of known elements and there is a need for this device, it meets the criterion of "industrial applicability".

А так как в результате использования данного технического решения проявляется его новое свойство, а именно повышается точность регистрации СВЧ-поля, расширяются эксплуатационные параметры устройства, то оно соответствует критерию "изобретательский уровень". And since the use of this technical solution reveals its new property, namely, the accuracy of registration of the microwave field increases, the operating parameters of the device expand, it meets the criterion of "inventive step".

На чертеже представлена принципиальная схема устройства. The drawing shows a schematic diagram of a device.

Детектор СВЧ-поля содержит опорный генератор 1 прямоугольных импульсов на элементах DD1.1. DD1.2, инверторы 2, 3 на элементах DD1.3, DD1.4, ключи управления 4, 5 на элементах DD2.1 и DD2.2, связанные с пьезоизлучателем 6, управляемый генератор 7, связанный с индикатором оповещения 8, цепь индикации 9, связанную с цепью питания 10, которая имеет цепь подавления помех, защиты от подключения с обратной полярностью, перенапряжений и т.д. волновод 12, в котором установлены модулирующий 11 и детекторный элементы 13 и с которым связана антенна 14, малошумящий усилительный блок, подключенный к выходу детекторного элемента 13 и выполненный в виде малошумящего операционного усилителя 15 типа КР 538УНЗА, RC-цепочки 16 и транзисторного усилителя 17, резистивный узел 18 компенсационного подавления наводок модулирующего напряжения на резисторах R8-R12, связанный с входом амплитудного синхронного детектора 19, 20 на элементах DD2.3, DD2.4, выходом подключенного к входу интегратора-компаратора 21. Элементы DD2 выполнены на ключах типа К176КТ1. The microwave field detector contains a reference generator 1 of rectangular pulses on the elements DD1.1. DD1.2, inverters 2, 3 on the elements DD1.3, DD1.4, control keys 4, 5 on the elements DD2.1 and DD2.2, connected to the piezo-emitter 6, a controlled generator 7, associated with the warning indicator 8, an indication circuit 9, connected to a power circuit 10, which has a noise suppression circuit, reverse polarity protection, overvoltage, etc. the waveguide 12, in which the modulating 11 and the detector elements 13 are installed and with which the antenna 14 is connected, a low-noise amplifier block connected to the output of the detector element 13 and made in the form of a low-noise operational amplifier 15 of the KR 538 UNZA type, an RC circuit 16 and a transistor amplifier 17, the resistive node 18 of the compensation suppression of inductions of modulating voltage across the resistors R8-R12, connected to the input of the amplitude synchronous detector 19, 20 on the elements DD2.3, DD2.4, the output connected to the input of the integrator-comparator 21. Eleme DD2 you performed on the type of key K176KT1.

Детектор СВЧ-поля работает следующим образом. The microwave field detector operates as follows.

Детектирование поступающего СВЧ-сигнала происходит в волноводе 12. Так как задняя стенка волновода 12 для СВЧ-сигнала является короткозамкнутой, то в волноводе 12 устанавливается режим стоячей волны. Детекторный элемент (диод) 13 установлен на расстоянии полуволны от задней стенки волновода 12 в узле минимума СВЧ-поля. Если с определенной частотой электрически перемещать заднюю стенку на четверть волны и обратно, то диод 13 будет попадать в узел пучности СВЧ-поля. Частота, выделяемая на диоде 13 переменного напряжения, будет равна частоте перемещения задней стенки. Эта частота выбрана в довольно низком диапазоне частот. Для реализации такого перемещения в волноводе 12 установлен модулирующий элемент (диод) 11 на расстоянии четверти волны. Открывая или закрывая модулирующим напряжением диод 11, получаем короткозамкнутую для СВЧ-поля стенку. Таким образом, воздействующий на диод 11 непрерывный СВЧ-сигнал от источника излучения модулируется диодом 11. Сигнал модуляции выделяется диодом 13 для последующего усиления. Сигнал модуляции выделяется диодом 13 для последующего усиления. Резистор R2 задает начальное смещение диода 13. Detection of the incoming microwave signal occurs in the waveguide 12. Since the rear wall of the waveguide 12 for the microwave signal is short-circuited, a standing wave mode is established in the waveguide 12. The detector element (diode) 13 is installed at a half-wave distance from the rear wall of the waveguide 12 at the minimum node of the microwave field. If, at a certain frequency, the back wall is electrically moved a quarter wave and back, then the diode 13 will fall into the node of the antinode of the microwave field. The frequency allocated to the diode 13 of the alternating voltage will be equal to the frequency of movement of the rear wall. This frequency is selected in a fairly low frequency range. To implement such a movement, a modulating element (diode) 11 is installed in the waveguide 12 at a quarter-wave distance. Opening or closing the diode 11 with modulating voltage, we obtain a wall short-circuited for the microwave field. Thus, the continuous microwave signal from the radiation source acting on the diode 11 is modulated by the diode 11. The modulation signal is extracted by the diode 13 for subsequent amplification. The modulation signal is allocated by the diode 13 for subsequent amplification. The resistor R2 sets the initial bias of the diode 13.

Низкочастотный сигнал прямоугольной формы с амплитудой, сравнимой с собственными шумами диода 13, подается на вход малошумящего усилителя 15 с большим коэффициентом усиления. Далее полезный сигнал и шумы усиливаются и симметрируются на транзисторном усилителе 17 до уровня, необходимого для нормальной работы амплитудного синхронного детектора 19, 20 на элементах DD2.3, DD2.4, С7, С8. При отсутствии на входе СВЧ-сигнала не детектор 19, 20 воздействует напряжение шумов и он находится в статическом режиме ожидания. При этом напряжение шумов поочередно и равномерно заражает С7 и С8 через ключи DD2.3, DD2.4, работой которых управляют прямоугольные импульсы, сдвинутые по фазе на 180^о от импульсов опорного генератора 1, эти импульсы так же подаются через ограничивающий ток резистор R10 на модулирующий элемент (диод) 12. На элементах R8-R12 собран узел 18 компенсационного подавления наводок модулирующего напряжения и регулировки порога срабатывания устройства при определенном уровне СВЧ-сигнала на входе устройства.A rectangular low-frequency signal with an amplitude comparable to the intrinsic noise of the diode 13 is fed to the input of a low-noise amplifier 15 with a high gain. Next, the useful signal and noise are amplified and balanced on the transistor amplifier 17 to the level necessary for the normal operation of the amplitude synchronous detector 19, 20 on the elements DD2.3, DD2.4, C7, C8. If there is no microwave signal at the input, the detector 19, 20 is affected by the noise voltage and is in static standby mode. In this case, the noise voltage alternately and uniformly infects C7 and C8 through the keys DD2.3, DD2.4, the operation of which is controlled by rectangular pulses 180 ^o phase-shifted from the pulses of the reference generator 1, these pulses are also fed through a current-limiting resistor R10 to modulating element (diode) 12. On the elements R8-R12 assembled node 18 compensation suppression of interference modulating voltage and adjust the threshold of the device at a certain level of the microwave signal at the input of the device.

Исполнительный ключевой элемент 21 выполняет функцию интегратора-компаратора с очень высоким входным сопротивлением. В исходном состоянии на выходе элемента 21 удерживается высокий уровень логическая единица, которая через диод VD4 затормаживает генератор 7 на DD1.5 и DD1.6. Индикатор 8 не горит, ключ DD2.1 и DD2.2 подключения пьезоизлучателя 6 к дополнительным инверторам DD1.3 и DD1.4 опорного генератора закрыты. The Executive key element 21 performs the function of an integrator-comparator with a very high input impedance. In the initial state, at the output of element 21, a high logic unit is held, which, through the diode VD4, inhibits the generator 7 on DD1.5 and DD1.6. Indicator 8 is off, the key DD2.1 and DD2.2 connecting the piezoelectric transducer 6 to the additional inverters DD1.3 and DD1.4 of the reference generator are closed.

При поступлении СВЧ-сигнала на вход устройства в точке КТ1 на фоне шумов и помех появляется полезный сигнал прямоугольной формы с равной частотой и определенной фазой по отношению к модулирующему сигналу на диоде 11. Сигнал воздействует на С7, С8, накапливая за несколько периодов нижнее и верхнее значения полезного сигнала. Напряжение шумов и помех имеет случайную фазу и достигает уровня ниже порога срабатывания ключевого элемента 21. Разность потенциалов на С7, С8 при достижении порога срабатывания переводит ключевой элемент 21 в низкий уровень логический ноль, который запускает схему формирования звукового сигнала и включает индикатор оповещения 8. Исполнительная часть схемы вырабатывает прерывистый звуковой сигнал, который сопровождается миганием индикатора 8. Частоту мигания и повторения звуковых посылок определяет генератор 7. Тональность генератора зависит от частоты генератора 1. When the microwave signal arrives at the input of the device at the point KT1 against the background of noise and interference, a useful rectangular signal appears with an equal frequency and a certain phase with respect to the modulating signal on diode 11. The signal acts on C7, C8, accumulating lower and upper for several periods useful signal values. The voltage of noise and interference has a random phase and reaches a level below the threshold of the key element 21. The potential difference at C7, C8 when the threshold is reached, switches the key element 21 to low logic zero, which starts the sound signal generation circuit and turns on the warning indicator 8. Executive part of the circuit generates an intermittent sound signal, which is accompanied by a blinking indicator 8. The frequency of blinking and repetition of sound messages is determined by the generator 7. The tone generator Depends on the frequency of the generator 1.

Плавность нарастания и спада амплитуды звуковых колебаний обеспечивается подключением входов управления ключей 4 и 5 к выходу DD1.6. Для достижения максимального переменного напряжения на пьезоизлучателе 6 используются два ключа 4, 5. В режиме ожидания эти ключи полностью отключают излучатель 6 от DD1. Этим полностью устраняется эффект "подписк", который может возникать из-за прохождения сигнала от основного генератора 1 по имеющимся внутри DD1 гальваническим связям. The smoothness of the rise and fall of the amplitude of sound vibrations is provided by connecting the control inputs of keys 4 and 5 to the output DD1.6. To achieve the maximum alternating voltage at the piezo emitter 6, two keys 4, 5 are used. In standby mode, these keys completely disconnect the emitter 6 from DD1. This completely eliminates the effect of "subscription", which may occur due to the passage of the signal from the main generator 1 through the galvanic connections inside DD1.

Источник питания выполнен на VD5, C9, DA3 и С6 с цепями подавления помех, защиты от подключения с обратной полярностью, перенапряжений, коротких замыканий внутри устройства и цепи индикации включения в бортовую сеть на индикаторе 9. The power source is made on VD5, C9, DA3, and C6 with noise suppression circuits, protection against reverse polarity, overvoltage, short circuits inside the device, and an on-board power supply indication circuit on indicator 9.

Наличие в устройстве усилителя очень слабых сигналов, генераторов, формирователей требует особых мер при проектировании печатного монтажа, выбора точек подключения с цепи питания и т.д. The presence in the device of the amplifier of very weak signals, generators, shapers requires special measures when designing a printed circuit, selecting connection points from the power circuit, etc.

Рассмотренное схемотехническое решение позволяет достаточно просто с минимальным числом элементов разработать детектор СВЧ-поля, который не требует регулировок и элементов настройки. Устройство обладает хорошей повторяемостью и надежностью при эксплуатации. Чувствительность к СВЧ-сигналу в данном случае зависит только от качества подбора СВЧ-диодов. The considered circuitry solution allows quite simply with a minimum number of elements to develop a microwave field detector that does not require adjustments and tuning elements. The device has good repeatability and reliability in operation. The sensitivity to the microwave signal in this case depends only on the quality of the selection of microwave diodes.

Claims

1. A microwave field detector containing an antenna, to the output of which a waveguide is connected, in which the detector and modulating elements are installed, while the output of the detector element is connected through a low-noise amplifier block to the first input of the amplitude synchronous detector, the second input of which is connected to the output of the modulating element, and the control input of the amplitude synchronous detector is connected to the output of the reference rectangular pulse generator, which is connected to the output of the modulating element, the output of the amplitude synchronous the detector is connected to the output of the comparator integrator, a control key connected to the piezo emitter, an alert indicator, characterized in that a controlled generator is inserted, connected between the output of the integrator-comparator and the input of the control key, the control input of which is connected to the output of the reference square-wave generator, while the indicator alerts connected to the output of a controlled generator.

2. The detector according to claim 1, characterized in that the low-noise amplifier unit is made in the form of a low-noise operational amplifier, the output of which through an RC circuit is connected to the input of a single-stage transistor amplifier.