RU2071176C1 - Direct amplification receiver - Google Patents
Direct amplification receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071176C1 RU2071176C1 SU5063478A RU2071176C1 RU 2071176 C1 RU2071176 C1 RU 2071176C1 SU 5063478 A SU5063478 A SU 5063478A RU 2071176 C1 RU2071176 C1 RU 2071176C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- eff
- resonant
- strip
- segment
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как приемник немодулированных электромагнитных полей, в частности, для индикации и экологического контроля излучения промышленных и бытовых источников микроволновой энергии, используемых при термообработке различных веществ, в том числе и пищевых в домашних условиях. The invention relates to microwave technology and can be used as a receiver of unmodulated electromagnetic fields, in particular, for indicating and environmental monitoring of radiation from industrial and domestic microwave energy sources used in the heat treatment of various substances, including food at home.
Промышленные и бытовые источники микроволновой энергии имеют выходные уровни мощности от 0,5 кВт до сотен киловатт непрерывной мощности и работают на разрешенных к применению для этих целей фиксированных частотах fo (длинах волн λo), например, fo 2450 МГц (λo 12,24 см), fo 915 МГц (λo 32,79 см) и других. Ширина полосы частот, отведенная для каждого диапазона, ограничена величиной ±0,5 от средней частоты.Industrial and domestic microwave energy sources have output power levels from 0.5 kW to hundreds of kilowatts of continuous power and operate at fixed frequencies f o (wavelengths λ o ) allowed for use for this purpose, for example, f o 2450 MHz (
Известны различные типы приемников прямого усиления [1 и 2]
При приеме слабых немодулированных сигналов для их измерения и регистрации требуется усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления. Усилители постоянного тока обладают дрейфом нуля, который увеличивается с ростом коэффициента усиления. Это приводит к флуктуации показаний индикатора. Указанный недостаток преодолевается введением модуляции в измеряемый сигнал в самом приемнике. Это позволяет оперировать с сигналом переменного напряжения и применять усилители со значительными коэффициентами усиления.Various types of direct gain receivers are known [1 and 2]
When receiving weak unmodulated signals for their measurement and registration requires a DC amplifier with a large gain. DC amplifiers have zero drift, which increases with increasing gain. This leads to fluctuations in the indicator readings. This drawback is overcome by introducing modulation into the measured signal in the receiver itself. This allows you to operate with an AC voltage signal and use amplifiers with significant amplification factors.
Как правило, модуляция производится с помощью специального модулятора, располагаемого после антенны в фидерном тракте [3 и 4]
Основным преимуществом приемников прямого усиления является их простота, а значит, и малые габариты, масса, энергопотребление и стоимость. Эти качества являются определяющими при разработках бытовых дозиметров микроволнового излучения СВЧ-печей.As a rule, modulation is performed using a special modulator located after the antenna in the feeder path [3 and 4]
The main advantage of direct amplification receivers is their simplicity, which means their small size, weight, power consumption and cost. These qualities are decisive in the development of household microwave radiation dosimeters for microwave ovens.
Из известных приемников прямого усиления наиболее близким к изобретению по технической сущности является антирадар [5] Этот приемник-антирадар (фиг. 1) имеет антенну, модулятор, детектор, усилитель низкой частоты, устройство вывода информации (прототип). Of the known direct amplification receivers, the closest to the invention in technical essence is a radar detector [5] This radar detector (Fig. 1) has an antenna, modulator, detector, low-frequency amplifier, information output device (prototype).
В приемнике-прототипе используется волноводная антенна, и работает он в коротковолновой части сантиметрового диапазона. The prototype receiver uses a waveguide antenna, and it operates in the shortwave part of the centimeter range.
Приемники прямого усиления дозиметры микроволновые должны принимать сигнал на промышленных частотах (например, 2450 МГц, λo 12,24 см и 915 МГц, λo 32,78 см), при этом использование волноводной антенны в приемнике-дозиметре приведет к существенно большим габаритам, напрямую связанным с большей длиной волны. Таким образом, прямое применение конструкции приемника-прототипа для микроволнового дозиметра приведет к неприемлемому увеличению габаритов дозиметра в диапазоне фиксированных частот 2450 МГц и 915 МГц.Direct amplification receivers microwave dosimeters must receive a signal at industrial frequencies (for example, 2450 MHz, λ o 12.24 cm and 915 MHz, λ o 32.78 cm), while the use of a waveguide antenna in the receiver-dosimeter will lead to significantly larger dimensions, directly related to a longer wavelength. Thus, the direct application of the design of the prototype receiver for a microwave dosimeter will lead to an unacceptable increase in the dimensions of the dosimeter in the fixed frequency range 2450 MHz and 915 MHz.
Кроме того, антенна приемника-прототипа является достаточно широкополосным устройством, поэтому антенна принимает, а приемник усиливает и индицирует сигналы не только на рабочей частоте, а в широкой полосе антенны, в том числе на частотах, кратных частоте полезного сигнала, что, конечно, искажает показания приемника-дозиметра. In addition, the antenna of the receiver-prototype is a fairly broadband device, so the antenna receives, and the receiver amplifies and displays signals not only at the operating frequency, but in a wide band of the antenna, including frequencies that are multiples of the frequency of the useful signal, which, of course, distorts indications of the dosimeter receiver.
Указанные недостатки устраняются тем, что в предполагаемом изобретении антенна выполнена в виде резонансного отрезка полосковой линии передачи длиной, равной эф/п, где п 2, 4,
Величина λэф связана с длиной волны в свободном пространстве λo, излучаемой источником микроволновой энергии, соотношением [6]
где λo длина волны в свободном пространстве;
λэф длина волны в полосковом волноводе;
εэф эффективная диэлектрическая проницаемость диэлектрика подложки.These disadvantages are eliminated by the fact that in the proposed invention, the antenna is made in the form of a resonant segment of a strip transmission line with a length equal to ef / n, where
The value of λ eff associated with the wavelength in free space λ o emitted by the microwave energy source, the ratio [6]
where λ o the wavelength in free space;
λ eff wavelength in the strip waveguide;
ε eff is the effective dielectric constant of the dielectric of the substrate.
где ε диэлектрическая проницаемость подложки;
d толщина подложки;
w ширина полоска.
where ε is the dielectric constant of the substrate;
d thickness of the substrate;
w strip width.
Таким образом, этот отрезок полосковой линии является резонансной антенной, т. е. выполняет одновременно две функции: антенны и избирательного входного резонансного контура. В результате будет получено два полезных эффекта настройка антенны только на рабочую длину волны (узкополосная настройка) и повышение чувствительности приемника с помощью входного резонансного контура. Thus, this segment of the strip line is a resonant antenna, i.e., it simultaneously performs two functions: an antenna and a selective input resonant circuit. As a result, two beneficial effects will be obtained by tuning the antenna only to the operating wavelength (narrow-band tuning) and increasing the sensitivity of the receiver using the input resonant circuit.
В полосковую резонансную антенну между токонесущими и экранными проводниками, встроены модуляторные диоды, к которым подключен выход модулятора, при этом элемент связи полосковой резонансной антенны с детекторным диодом выполнен в виде введенного отрезка полосковой линии, который располагается на расстоянии l от полосковой резонансной антенны, обеспечивающем оптимальную электромагнитную связь антенны с детектором. Опытным путем определено: 0,001λэф<l<0,01λэф
Затем низкочастотный сигнал с детектора поступает в усилитель низкой частоты и далее на индикаторное устройство вывода информации. На фиг. 2 показано одно из возможных устройств приемника прямого усиления.Modular diodes are connected to the strip resonant antenna between the current-carrying and screen conductors, to which the modulator output is connected, while the coupling element of the strip resonant antenna with the detector diode is made in the form of an inserted segment of the strip line, which is located at a distance l from the strip resonant antenna, which ensures optimal electromagnetic coupling of the antenna to the detector. Empirically determined: 0.001λ eff <l <0.01λ eff
Then the low-frequency signal from the detector enters the low-frequency amplifier and then to the indicator information output device. In FIG. 2 shows one of the possible direct gain receiver devices.
Полосковая антенна выполнена в виде полуволнового резонансного отрезка полосковой линии 1 со встроенным в него модуляторным диодом 6, причем модуляторный диод 6 располагается на расстоянии λэф/3 от одного из концов резонатора 1 между токонесущим и экранными проводниками, при этом элемент связи 8 полоскового резонатора 1 с детектором 3 выполнен в виде отрезка полосковой линии и располагается перпендикулярно продольной оси резонансного отрезка 1 на расстоянии λэф/3 от того же конца отрезка 1, т. е. у модуляторного диода 6.The strip antenna is made in the form of a half-wave resonance segment of
Полосковый элемент связи расположен с зазором относительно своего торца на таком расстоянии от боковой стороны полосковой антенны l, чтобы обеспечить оптимальную, называемую также критической, связь антенны и детектора, которая характеризуется режимом согласования электромагнитной волны, передаваемой от антенны к детектору, т. е. коэффициент стоячей волны напряжения в тракте от антенны до детектора близок к единице. Опытным путем величина определена: 0,001λэф<l<0,01λэф.. На практике надо учитывать влияние элемента связи на резонансную частоту полосковой антенны емкостная связь потребует некоторого укорочения длины антенны относительно расчетной λэф/2..The strip communication element is located with a gap relative to its end at such a distance from the lateral side of the strip antenna l to provide optimal, also called critical, coupling of the antenna and detector, which is characterized by the mode of matching of the electromagnetic wave transmitted from the antenna to the detector, i.e., the coefficient a standing wave of voltage in the path from the antenna to the detector is close to unity. Empirically, the value is determined: 0.001λ eff <l <0.01λ eff .. In practice, it is necessary to take into account the influence of the coupling element on the resonant frequency of the strip antenna capacitive coupling will require some shortening of the antenna length relative to the calculated λ eff / 2 ..
Ненагруженная добростность Qo полосковой антенны в дециметровом диапазоне длин волн, как правило, находится в пределах 100 200 единиц [6] При оптимальной связи с детектором нагруженная добротность Qн предлагаемой полосковой резонансной антенны находится в пределах ±0,5 - 1,0 обеспечивая перекрытие необходимого диапазона частот вокруг разрешенной для промышленного применения конкретной частоты fo
Полосковая антенны модуляторным диодом разделена на два отрезка. Резонансные длины волн этих отрезков будут равны
Как видно, резонансные длины волн четвертьволновых резонаторов 9 и 10 существенно отличаются от резонансной длины волны антенны как полного полуволнового резонатора 1. Таким образом, резонансные частоты полосковых резонаторов 9 и 10 не будут кратны частоте fo измеряемого сигнала. Это ослабляет влияние помех с частотой, кратной частоте измеряемого сигнала. К тому же элемент связи размещен у модуляторного диода, где в моменты подачи модулирующего напряжения электромагнитные поля резонаторов равны нулю.Unloaded Q o dobrostnost stripline antenna in the UHF range of wavelengths, typically located within 100 to 200 units [6] In connection with an optimal detector loaded Q n Q proposed stripline resonant antenna is within ± 0.5 - 1.0 ensuring overlap the necessary frequency range around the specific frequency f o allowed for industrial use
The strip antenna with a modulator diode is divided into two segments. The resonant wavelengths of these segments will be equal
As can be seen, the resonant wavelengths of the quarter-
На фиг. 3 показано устройство приемника прямого усиления, которое более предпочтительно для применения в длинноволновом диапазоне (например, на fo 915 МГц), так как продольные габариты антенны в этом случае уменьшаются вдвое по сравнению с первым вариантом.In FIG. 3 shows a direct gain receiver device, which is more preferable for use in the long wavelength range (for example, at f o 915 MHz), since the longitudinal dimensions of the antenna in this case are halved compared to the first embodiment.
В этом случае полосковая резонансная антенна 1 выполнена в виде отрезка полосковой линии длиной, равной четверти эффективной длины волны λэф в полоске со встроенным модуляторным диодом 6 у одного из концов резонансной полосковой антенны.In this case, the
Модуляторный диод гальванически связан с токонесущим и экранным проводником 7 резонатора и подключен к выходу модулятора. Элемент связи 8 резонансной полосковой антенны с детектором выполнен в виде отрезка полосковой линии и располагается соосно с поперечной осью антенны, делящей ее по длине пополам, с зазором на расстоянии от нее, обеспечивающем оптимальную связь антенны с детектором. The modulator diode is galvanically connected to the current-carrying and
Элемент связи в этом случае внесет дополнительную емкость в четвертьволновый резонатор, что вынудит на практике укоротить длину полосковой антенны относительно расчетной λэф/4 (что полезно для длинноволнового диапазона с точки зрения уменьшения габаритов прибора).In this case, the coupling element will add additional capacitance to the quarter-wave resonator, which will force in practice to shorten the length of the strip antenna relative to the calculated λ eff / 4 (which is useful for the long-wave range from the point of view of reducing the dimensions of the device).
Приемник прямого усиления (схема на фиг. 2) работает следующим образом. The direct gain receiver (circuit in FIG. 2) operates as follows.
Предположим, что в начальный момент времени модуляторный диод 6 выключен, и его сопротивление велико, т. е. его влиянием на резонансную антенну можно пренебречь, тогда электрическая длина антенны 1 будет равна λэф/2. Электромагнитная СВЧ-волна возбуждает в антенне 1 колебания, амплитуда которых зависит от нагруженной добротности резонаторной антенны. Часть электромагнитной энергии из антенны 1 через элемент связи 8 подводится к СВЧ-детектору 3, на выходе которого появляется напряжение.Suppose that at the initial moment of time, the
Когда с модулятора на модуляторный диод 6 поступит включающее напряжение, сопротивление модуляторного диода 6 станет близким нулю, т. е. в полосковой антенне в этом месте появляется короткозамкнутая "стенка", и резонатор 1 будет разделен на два четвертьволновых резонатора 9 и 10. Элемент связи 8 оказывается в области нулевого электрического поля четвертьволновых резонансных отрезков линий передач 9 и 10. При этом сигнал в элемент связи 8 не проходит, не подводится к детектору 3, и на выходе детектора напряжение станет равно нулю. Достигается 100-ная амплитудная модуляция сигнала, принимаемого от источника микроволновой энергии. When the switching voltage arrives from the modulator to the
Приемник (схема на фиг. 3) работает следующим образом. The receiver (circuit in Fig. 3) works as follows.
Предположим, что в начальный момент времени модуляторный диод 6 выключен, и его сопротивление велико, т. е. его влиянием на резонансную антенну можно пренебречь. Антенна имеет длину λэф/4, поэтому при выключенном модуляторном диоде она может резонировать только как полуволновая антенна на длине волны в 2 раза короче длины волны полезного сигнала, к тому же в этом случае элемент связи детектора с антенной окажется в области нулевого электрического поля.Suppose that at the initial moment of time, the
Когда же с модулятора на модуляторный диод поступит включающее электрическое напряжение, сопротивление модуляторного диода станет близким к нулю и конец полосковой антенны будет короткозамкнутым на землю, антенна превратится в резонансную с длиной волны λэф/4.When the switching voltage is supplied from the modulator to the modulator diode, the resistance of the modulator diode becomes close to zero and the end of the strip antenna is shorted to ground, the antenna will become resonant with a wavelength of λeff / 4.
Сигнал с длиной волны λo будет приниматься.A signal with a wavelength of λ o will be received.
Элемент связи детектора с антенной окажется в области электрического поля для такого сигнала. The coupling element of the detector with the antenna will be in the region of the electric field for such a signal.
Таким образом, дозиметр принимает сигналы с длиной волны λo только при включенном модуляторном диоде.Thus, the dosimeter receives signals with a wavelength of λ o only when the modulator diode is on.
Затем в обоих случаях для приемников (схемы на фиг. 2 и 3) низкочастотный сигнал с детектора поступает на усилитель 4 и далее на устройство вывода информации 5 дозиметра. Устройство вывода информации 5 может быть применено, например, на линейке светодиодов, управляемых компараторами напряжения. Then, in both cases, for receivers (circuits in Figs. 2 and 3), the low-frequency signal from the detector is fed to amplifier 4 and then to the
В зависимости от величины усиленного сигнала, т. е. в зависимости от измеряемой дозиметром мощности излучения промышленных и бытовых источников микроволновой энергии, компараторы зажигают определенные светодиоды, характеризующие конкретные величины измеренной микроволновой энергии. Depending on the magnitude of the amplified signal, i.e., depending on the radiation power measured by the dosimeter from industrial and domestic microwave energy sources, the comparators light certain LEDs that characterize the specific values of the measured microwave energy.
Для бытовых условий (для контроля паразитного излучения микроволновых печей) можно проградуировать светодиоды дозиметра на такие уровни излучения:
на уpовень, существенно меньший санитарных норм;
на уровень, равный санитарной норме;
на уровень, превышающий санитарную норму на 50 100
на уровень опасного для здоровья людей излучения (больше нормы в 3 5 раз).For domestic conditions (to control the parasitic radiation of microwave ovens), you can calibrate the dosimeter's LEDs to such radiation levels:
at a level significantly lower than sanitary standards;
at a level equal to the sanitary norm;
to a level exceeding the sanitary norm by 50 100
to the level of radiation hazardous to human health (3-5 times more than the norm).
Практически возможно изготовить микроволновый дозиметр, работающий на нескольких существенно отличающихся промышленных частотах. It is practically possible to make a microwave dosimeter operating at several significantly different industrial frequencies.
Для этого полосковые резонансные антенны с модуляторными диодами могут быть выполнены как комбинации вышеописанных полуволновых и четвертьволновых резонаторов, настроенных благодаря соответствующему выбору их длин и расположения нескольких модуляторных диодов. For this, strip resonant antennas with modulator diodes can be made as combinations of the above-described half-wave and quarter-wave resonators, tuned due to the appropriate choice of their lengths and the location of several modulator diodes.
На фиг. 4 показан вариант многочастотного приемника-дозиметра. In FIG. 4 shows an embodiment of a multi-frequency receiver-dosimeter.
Выбор рабочей частоты осуществляется переключателем модулятора 11. The choice of the operating frequency is carried out by the switch of the
Авторами изготовлен приемник прямого усиления микроволновый дозиметр на частоту fo 2459 МГц. Благодаря внедренному согласно настоящего предполагаемого изобретения устройству уменьшены габариты приемника прямого усиления микроволнового дозиметра до 100 х 60 х 40 мм, повышена помехоустойчивость за счет уменьшения влияния помехи, кратной частоте полезного сигнала при чувствительности 2 мкВт/см2 на рабочей длине волны и массе 150 г.The authors made a direct gain receiver microwave dosimeter at a frequency f o 2459 MHz. Thanks to the device implemented according to the present invention, the dimensions of the direct amplification receiver of the microwave dosimeter are reduced to 100 x 60 x 40 mm, the noise immunity is increased by reducing the influence of interference, a multiple of the useful signal frequency at a sensitivity of 2 μW / cm 2 at an operating wavelength and mass of 150 g.
В настоящее время ведется подготовка производства микроволнового дозиметра с целью выпуска для контроля излучения бытовых микроволновых печей. Currently, preparations are underway for the production of a microwave dosimeter with the goal of releasing radiation from household microwave ovens to control the radiation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5063478 RU2071176C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Direct amplification receiver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5063478 RU2071176C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Direct amplification receiver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2071176C1 true RU2071176C1 (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=21613893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5063478 RU2071176C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Direct amplification receiver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2071176C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006115426A1 (en) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Mikhail Iraklievich Spiridonov | Method for controlling biological processes and a device for carrying out said method |
-
1992
- 1992-09-28 RU SU5063478 patent/RU2071176C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Смогилев К.А. Радиоприемники СВЧ.- М.: Воениздат, 1967. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры.-М.: Наука, 1973. Левитский С.М., Кошевая С.В. Вакуумная и твердотельная электроника СВЧ.- Киев: Вища школа, 1986. Авторское свидетельство СССР N 1483398, кл. C 01 P 29/08, 1989. Кучеренко Д., Крутов А. Антирадар.- Авторевю, N 5 (7), 1991. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны.- М.: Радио и связь, 1986. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006115426A1 (en) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Mikhail Iraklievich Spiridonov | Method for controlling biological processes and a device for carrying out said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6270825B2 (en) | Intermodulation sensor platform based on mechanical resonator | |
| CA2149267C (en) | Electric field sensor | |
| ATE220461T1 (en) | IMPEDANCE MEASUREMENT DEVICE FOR RESONANCE STRUCTURE | |
| US4016506A (en) | Dielectric waveguide oscillator | |
| US4431965A (en) | Microwave radiation monitor | |
| RU2071176C1 (en) | Direct amplification receiver | |
| Volino et al. | Resonant helices and their application to magnetic resonance | |
| US2681434A (en) | Frequency meter | |
| US4424483A (en) | Microwave radiation monitor | |
| Spector | An investigation of periodic rod structures for Yagi aerials | |
| US3670328A (en) | Tunnel diode movement detector | |
| JP2021153234A (en) | Proximity sensor | |
| RU2350973C1 (en) | Shf detector | |
| RU2065171C1 (en) | Detector unit for superhigh-frequency radiation indicator | |
| Rajeswart et al. | Design and optimization of various coupling micro strip ring resonators | |
| RU202440U1 (en) | Selective RF Electromagnetic Radiation Meter | |
| Elkhazmi et al. | A power and efficiency measurement technique for active patch antennas | |
| Kumar | An integrated antenna-mixer for compact microwave sensors | |
| US3513390A (en) | Method of microwave rectification and mixing using piezoelectric media | |
| SU1775843A1 (en) | Microwave detector | |
| Shiping et al. | Calibration method and device of surface current probe | |
| JP3021857U (en) | Shortened vertical and horizontal antenna matching device | |
| Sani et al. | A super-heterodyne passive 35 GHz millimeter-wave imaging system for detecting hidden objects | |
| SU1109675A1 (en) | Device for calibrating magnetic aerials | |
| RU2096791C1 (en) | Device for measurement of characteristics of dielectric materials |