RU20587U1 - Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа свч-элементов - Google Patents

Abstract

Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и измерительную симметричную микрополосковую линию, выполненную на подложке из диэлектрика, обладающего электрооптическим эффектом, вдоль которой размещены датчики, каждый из которых включает разветвитель света, сумматор света и фотоприемник, а также источник смещения, соединенный с проводниками измерительной линии, причем вход каждого датчика оптически связан с лазером через делитель света, датчики через фотоприемники подключены к коммутатору, соединенному со входом аналого-цифрового преобразователя, связанного через блок обработки программного управления с входом блока ввода-вывода информации и управляющим входом коммутатора, отличающееся тем, что, между выходами датчиков и входами коммутатора включены амплитудные детекторы, при этом выходы фотоприемников подключены к входам амплитудных детекторов, а выходы амплитудных детекторов подключены к коммутатору.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТРАЖЕНИЯ СИГНАЛА ОТ ВХОДА СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ Полезная модель относится к измерительной технике сверхвысоких частот и может быть использована для измерения комплексного козффициента отражения и коэффициента стоячей волны в СВЧ-тракге. Известны устройства для измерения параметров отражения сигнала на основе измерительной линии с одним или несколькими зондами Стариков В. Д. Методы измерений на СВЧ с применением измерительных линий. М., Сов.радио,1972. Основным недостатком подобных устройств, олределяющим точность измерения, является влияние измерительных зондов на распределение злекгромагнитного поля в измерительной линии. Кроме того, точность измерения зависит от уровня мощности СВЧ-сигнала и от неидентичности хараю-еристик измерительных зондов ввиду разброса параметров полупроводниковых диодов. Известны измерители коэффициента отражения, в которых в качестве подложек измерительных линий используются среды, обладающие зле1сгрооптическим эффектом Авторское свидетельство № 1328766, опубл. 07.08.87. Это позволяет использовать оптические зонды, не вносящие неоднородностей в измеряемый тракт. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство Авторское свидетельство , олубл. 15.06.92., состоящее из последовательно соединенных СВЧ-генератора, измерительной линии, выполненной в виде отрезка симметричной микрополосковой линии с оптическими датчиками вдоль нее, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, блока обработки и профаммного управления, блока ввода-вывода информации, лазера, делителя света и источника смещения. Каждый из датчиков содержит разветвитель света, часть микрополосковой линии, сумматор света и фотоприемник. Отличительной особенностью устройства-прототипа является использование для измерения струкгуры электромагнитного поля в измерительной линии оптических датчиков в виде интерферометров Маха-Цандера. При помощи блока обработки и программного управления производятся вычисление напряженности электрического поля в различных сечениях измерительной линии (точках расположения датчиков) и последующие вычисления параметров отражения СВЧ-сигнапа. Недостатком устройствас 01 к 27/26

прототипа явпяется недостаточно высокая чувствительность устройства. Информация об амплитуде поля в сечении измерительной линии заключена в амплитуде переменной составляющей интенсивности света, падающего на чувствительную площадку фотоприемника оптического датчика. При преобразовании модулированного по интенсивности света в электрический сигнал переменная составляющая интенсивности

. проявляет себя в том случае, когда модуляционная характеристика датчика асимметрична относительно рабочей точки, соответствующей постоянной составляющей засветки фотоприемника. Установка рабочей точки датчика выполняется источником смещения. Однако наивьюшая крутизна модуляционной хара1стеристики, соответствующая максимальной чувствительности датчика соответствует области, где модуляционная характеристика симметрична относительно рабочей точки. В устройстве-прототипе для детектирования переменной составляющей интенсивности света рабочая точка устанавливается источником смещения в области модуляционной характеристики с меньшей крутизной, но большей асимметрией.

Задачей полезной модели является увеличение чувствительности измерений.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов, содержащем последовательно соединенные СВЧ-генератор и измерительную линию, выполненную на подложке из диэлектрика, обладающего электрооптическим эффектом, вдоль которого размещены датчики, а также источник смещения, соединенный с проводниками измерительной линии, причем вход каждого из датчиков оптически связан с пазером через делитель света, выходом датчика является выход фотоприемника, который через коммутатор подключен к входу аналогоцифрового преобразователя, связанного через блок обработки и профаммного управления с входом блока ввода-вывода информации и управляющим входом коммутатора, между выходами оптических датчиков и входами коммутатора вкпючены амплитудные детекторы. При этом выходы фотоприемников подключены к входам амплитудных детекторов, а выходы амплитудных детекторов подключены к коммутатору, подключенному к входу аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию 2, источник 3 смещения, лазер 4, делитель 5 света, коммутатор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, блок 8 обработки и профаммного управления, блок 9 ввода-вывода информации и датчики 10,

каждый из которых содержит разветвитель 11 света, сумматор 12 света и фотоприемник 13, амплитудный детектор 14. Делитель 5 света предназначен для пространственного разделения луча лазера на несколько лучей по количеству датчиков. Разветвитель 11 света предназначен для формирования двух равных по интенсивности световых лучей из одного луча, поступающего на вход каждого из датчиков 10. Сумматор 12 света предназначен дпя реализации интерференции двух световых пучей, прошедших через сечение измерительной

линии 2. Фотоприемник 13 предназначен для преобразования интенсивности светового луча на выходе сумматора 12 света в электрический сигнал. Амплитудный детектор 14 предназначен для преобразования амплитуды переменной составляющей злектрического сигаала на выходе фотоприемника 13 в постоянное напряжение. Источник 3 смещения предназначен для установки рабочей точки на модуляционной характеристике интерферометра в области максимальной крутизны. Устройство работает в двух режимах режиме калибровки и режиме измерения. В режиме калибровки к измерительной линии 2 вместо исследуемого элемента подключается эталонная короткозамкнутая линия. Сигнал СВЧ-генератора 1 поступает на вход измерительной линии 2 и далее на эталонную линию. В результате интерференции падающей и отраженной волн СВЧ-сигнала в измерительной линии устанавливается режим стоячей волны с известным распределением напряженности электрического поля вдоль линии. Лазер 4 генерирует высокостабильный оптический сигнал с линейной поляризацией. С выхода делителя 5 света световые лучи подаются на входы каждого из датчиков 10. В разветвителе 11 света происходит разделение луча на два равных по интенсивности линейно поляризованных световых луча, которые проходят через поперечное сечение измерительной линии сверху и снизу относительно среднего электрода измерительной линии 2 и поступают на входы сумматора света. В результате взаимодействия световых лучей с электрическим полем световые лучи в плечах интерферометра попучают фазовые сдвиги, равные по модулю, но противоположные по знаку, причем величина этих сдвигов пропорциональна амплитуде поля СВЧ-сигнала в данном сечении измерительной линии. В результате последующей интерференции световых лучей в сумматоре t2 света происходит модуляция света по интенсивности. Далее модулированный свет подается на вход фотоприемника 13, где происходит преобразование модулированного по интенсивности света в электрический сигнал. Изменение тока фотоприемника 13 под действием электрического поля в измерительной линии 2 описывается выражением

I 0,5kФJ l-mcosж(U-U)/U;,., где / - ток фотоприемника; k - коэффициент чувствительности фотоприемника; Гкоэффициент, учитывающий потери света в датчике; Uji/z -полуволновое напряжение; U напряжение на электродах линии; С/см - напряжение смещения; m - коэффициент глубины модуляции света в датчике; Фо- интенсивность света. В режиме стоячей волны напряжение . в любом сечении линии изменяется по закону u(t) Unfosoat, где о - частота СВЧ-сигнала; Urn - амплитуда напряжения в данном сечении линии.

Крутизна модуляционной характеристики максимальна в области, где cosji(UUcu), что соответствует выбору В результате, постоянная составляющая тока фотоприемника будет равна 0,5/сФо, а перемена составляющая будет равна /rjcos ft/mCOSu)(42. Сигнал с выхода фотоприемника 13 подается на амплитудный

детектор 14, выделяющий амплитуду переменной составляющей фототока фотоприемника. Сигнал с выхода амплитудного детектора 14 подается на коммутатор 6, при помощи которого осуществляется подключение датчиков к входу аналого-цифрового преобразователя 7, преобразующего сигнал фотоприемника 13 в цифровой код. Блок 8 обработки и программного управления осуществляет управление коммутатором 6 и производит регистрацию кода сигнала с катедого из датчиков 10. Таким образом, может бьпь получена информация о распределении напряжения вдоль измерительной линии 2 в точках установки датчиков 10. Эта информация сохраняется в памяти блока 8 обработки и программного управления в течение всего цикпа измерений. В режиме измерения к измерительной линии 2 подключается исследуемый СВЧ-элемент. Процесс измерения распределения напряжения вдоль измерительной линии не отличается от аналогичного процесса в режиме калибровки. В результате измерений в блоке 8 обработки и программного управления запоминаются значения напряжения вдоль измерительной линии 2 в точках расположения датчиков 10. По этим значениям рассчитываются комплексный коэффициент отражения. Коэффициент стоячей волны и комплексное сопротивление исследуемого элемента на заданной частоте при помощи методов, используемых в технике измерений обычными измерительными линиями. В качестве диэлектрика измерительной линии могут бьп-ь использованы кристаллы ниобата лития LiNbO3 танталата лития 11ТаОз, сульфида цинка ZnS и другие. Делитель 5 света может бьп-ь выполнен в виде отрезков волоконно-оптического кабеля, собранных на одном конце в жгут, либо в виде системы зеркал с различными коэффициентами пропускания и отражения. Разветвитель 11 света и сумматор 12 света представляют собой симметричные трехдецибельные Y-разветвители и могут бьпь выполнены путем помещения оптических неоднородностей (зеркал и оптических сред с различными коэффициентами преломления) на пути светового луча, входящего в датчик. Эти устройства могут быть выполнены непосредственно в диэлектрической среде измерительной линии 2, например, путем придания специальной формы боковой фани диэлектрика измерительной линии, введения неоднородностей по коэффициенту преломления на грани и т.д. В этом случае измерительная линия 2 конструктивно объединяется с делителем 11 и сумматором 12. Тип фотоприемника зависит от длины волны используемого лазера. В качестве амплитудных детекторов используются детекторные секции на основе полупроводниковых детекторных диодов СВЧ. Остальные блоки устройства являются стандартными для радиоэлектронных и оптоэлектронных устройств. Использование предлагаемого устройства по сравнению с устройствомпрототипом позволяет производить измерения при более низких уровнях мощности возбуждающего генератора.

Claims (1)

1. Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и измерительную симметричную микрополосковую линию, выполненную на подложке из диэлектрика, обладающего электрооптическим эффектом, вдоль которой размещены датчики, каждый из которых включает разветвитель света, сумматор света и фотоприемник, а также источник смещения, соединенный с проводниками измерительной линии, причем вход каждого датчика оптически связан с лазером через делитель света, датчики через фотоприемники подключены к коммутатору, соединенному со входом аналого-цифрового преобразователя, связанного через блок обработки программного управления с входом блока ввода-вывода информации и управляющим входом коммутатора, отличающееся тем, что, между выходами датчиков и входами коммутатора включены амплитудные детекторы, при этом выходы фотоприемников подключены к входам амплитудных детекторов, а выходы амплитудных детекторов подключены к коммутатору.