RU2520537C2 - Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation - Google Patents

Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2520537C2
RU2520537C2 RU2012140974/28A RU2012140974A RU2520537C2 RU 2520537 C2 RU2520537 C2 RU 2520537C2 RU 2012140974/28 A RU2012140974/28 A RU 2012140974/28A RU 2012140974 A RU2012140974 A RU 2012140974A RU 2520537 C2 RU2520537 C2 RU 2520537C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
resonance
oscillation
resonant
Prior art date
Application number
RU2012140974/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012140974A (en
Inventor
Геннадий Александрович Морозов
Олег Геннадьевич Морозов
Анвар Айратович Талипов
Айдар Ревкатович Насыбуллин
Альберт Султанович Шакиров
Владимир Геннадьевич Куприянов
Олег Александрович Степущенко
Рустем Разяпович Самигуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2012140974/28A priority Critical patent/RU2520537C2/en
Publication of RU2012140974A publication Critical patent/RU2012140974A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2520537C2 publication Critical patent/RU2520537C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention is related to the equipment for resonance radiotechnical measurements. The method involves generation of probing oscillation, its supply to the input and receipt from the output of a resonance structure, tuning of probing oscillation frequency in the measurement range corresponding to the resonance structure frequency band, registration of changes in its parameters according to which resonance frequency, resonance amplitude and Q-factor of the resonance structure are defined. The probing oscillation at the resonance structure is formed as double-frequency one with two components of equal amplitude with average frequency and initial difference frequency being less than or equal to the resonance structure frequency band. The resonance frequency of the resonance structure is measured at the time point when the modulation factor of the waveform envelope for beat signals between the probing oscillation components at the resonance structure output reaches the value 1, the resonance frequency is measured as equal to the value of the average frequency. The resonance amplitude of the resonance structure and the Q-factor of the resonance structure are calculated. Afterwards the initial difference frequency is changed with the average frequency of the probing oscillation remaining the same. Then the amplitude of the waveform envelope for beat signals between the probing oscillation components at the resonance structure output is measured. The device comprises a frequency tuned generator 1, a commutator 2, a detector 3 connected to a controller 4 for control and measurement of resonance structure characteristics, as well as sequentially connected units: the first transmission line 5, a resonance structure 6 and the second transmission line 7; the first commutator 2 output is connected to the input of the first transmission line 5, its second input - to the output of the second transmission line 7, and its second output - to the input of the detector 3. The frequency tuned generator 1, commutator 2 and controller 4 for control and measurement of resonance structure characteristics are fitted by control inputs/outputs combined into a control bus 8. A converter 9 of single-frequency oscillation to a double-frequency one is additionally introduced, the detector 3 is made as a detector of the envelope; the single-to-double frequency oscillation converter 9 is fitted by control inputs/outputs connected to the control bus 8, its input is connected to the output of the frequency tuned generator 1 and its output - to the first input of the commutator 2.
EFFECT: increased sensitivity and accuracy of measurements.
2 cl, 2 dwg

Description

Техническое решение относится к способам резонансных радиотехнических измерений и устройствам для их осуществления, в частности к способам измерения характеристик резонансных структур и устройствам для их осуществления, таких как резонансная частота, амплитуда и добротность, которые затем используются для вычисления и мониторинга комплексной диэлектрической проницаемости различных материалов, например, в ходе технологических процессов отверждения термореактивных полимеров. Базовым элементом устройств, реализующих указанные способы измерений, является планарный, линейный или объемный резонансный датчик, у которого меняется резонансная частота, амплитуда и добротность, как после его заполнения полимером, так и в силу приобретения полимером в ходе технологического процесса отверждения новых физико-химических свойств и соответствующего изменения его электрофизических характеристик.The technical solution relates to methods for resonant radio engineering measurements and devices for their implementation, in particular to methods for measuring the characteristics of resonant structures and devices for their implementation, such as resonant frequency, amplitude and quality factor, which are then used to calculate and monitor the complex permittivity of various materials, for example, in the process of curing thermosetting polymers. The basic element of devices that implement these measurement methods is a planar, linear or volume resonance sensor, which changes the resonant frequency, amplitude and quality factor, both after filling it with polymer, and due to the polymer acquiring new physicochemical properties during the process and corresponding changes in its electrophysical characteristics.

Известен способ для измерения характеристик резонансных структур (см. M.S.Venkatesh, G.S.V.Ranghatan. An overview of dielectric properties measuring techniques. Canadian Biosystems Engineering, v.47, 2005, pp.7.15-7.30), заключающийся в том, что подают одночастотное зондирующее колебание, изменяемое по определенному закону в диапазоне измерений с выхода векторного или скалярного анализатора цепей на вход резонансной структуры, и принимают его на входе векторного или скалярного анализатора цепей отраженным от или прошедшим через резонансную структуру, регистрируют изменения параметров зондирующего колебания, по которым определяют резонансные частоту fp, амплитуду UP и добротность Q резонансной структуры.A known method for measuring the characteristics of resonant structures (see MSVenkatesh, GSVRanghatan. An overview of dielectric properties measuring techniques. Canadian Biosystems Engineering, v.47, 2005, pp.7.15-7.30), which provides a single-frequency probing oscillation, variable according to a certain law, in the measurement range from the output of the vector or scalar network analyzer to the input of the resonant structure, and take it at the input of the vector or scalar network analyzer reflected from or passed through the resonant structure, record changes in the parameters of the probe ring anija, which determine the resonant frequency f p, U P amplitude and quality factor Q of the resonant structure.

Устройство, реализующее данный способ, содержит последовательно соединенные скалярный или векторный анализатор цепей, первую линию передачи, резонансную структуру и опционально при измерениях на прохождение вторую линию передачи, при этом выход второй линии передачи подключен к входу скалярного или векторного анализатора цепей.A device that implements this method comprises a scalar or vector network analyzer connected in series, a first transmission line, a resonant structure, and optionally, a second transmission line, when measuring the passage, while the output of the second transmission line is connected to the input of a scalar or vector network analyzer.

Недостатком указанных способа и устройства является необходимость проведения измерений во всей полосе частот измерений, а не только резонансной структуры, или при использовании специального программного обеспечения в полосе частот, необходимой для определения добротности, использования сложных дорогостоящих скалярного или векторного анализатора цепей и широкополосных пик-детекторов мощности СВЧ диапазона. Это приводит к тому, что подобные устройства преимущественно являются лабораторными. Спектральное измерение мощности характеризуется малым отношением сигнал/шум, обусловленным как широкой полосой и гомодинным характером приема выходного колебания резонансной структуры, так и наличием интенсивных шумов пик-детектора низкочастотной природы. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения характеристик резонансных структур и снижению их точности в целом.The disadvantage of these methods and devices is the need for measurements in the entire frequency band of the measurements, and not just the resonant structure, or when using special software in the frequency band necessary to determine the Q factor, the use of complex expensive scalar or vector network analyzers and broadband peak power detectors Microwave range. This leads to the fact that such devices are mainly laboratory. The spectral measurement of power is characterized by a small signal to noise ratio, due to both the wide band and the homodyne nature of the reception of the output oscillations of the resonant structure, as well as the presence of intense noise of a low-frequency peak detector. All this leads to the appearance of additional sources of errors in measuring the characteristics of resonant structures and a decrease in their accuracy as a whole.

Прототипом изобретения - способа и устройства является способ для измерения характеристик резонансных структур (см. Патент США №6617861 B1 «Устройство и метод для измерения и мониторинга комплексной диэлектрической проницаемости материалов», 324/637, МПК 8 G01R 27/04, 09.09.2003), способ заключается в том, что генерируют одночастотное зондирующее колебание, подают его на вход и принимают с выхода резонансной структуры, перестраивают частоту зондирующего колебания в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры, регистрируют изменения его параметров, по которым определяют резонансные частоту fp, амплитуду UP и добротность Q резонансной структуры.The prototype of the invention - the method and the device is a method for measuring the characteristics of resonant structures (see US Patent No. 6,617,861 B1 "Device and method for measuring and monitoring the complex dielectric constant of materials", 324/637, IPC 8 G01R 27/04, 09/09/2003) , the method consists in generating a single-frequency sounding oscillation, applying it to the input and receiving from the output of the resonant structure, tuning the frequency of the sounding oscillation in the measurement range corresponding to the frequency band of the resonant structure, Changes of its parameters, which determine the resonant frequency f p, U P amplitude and quality factor Q of the resonant structure.

Устройство для реализации описанного выше способа, выбранное в качестве прототипа, содержит перестраиваемый по частоте генератор, соединенный с коммутатором, детектор, соединенный с контроллером управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи, резонансную структуру и вторую линию передачи, при этом первый выход коммутатора подключен к входу первой линии передачи, его второй вход к выходу второй линии передачи, а второй выход к входу детектора, перестраиваемый по частоте генератор, коммутатор, детектор и контроллер управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управленияA device for implementing the method described above, selected as a prototype, contains a frequency-tunable generator connected to a switch, a detector connected to a controller for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures, as well as a first transmission line, a resonant structure, and a second transmission line connected in series this, the first output of the switch is connected to the input of the first transmission line, its second input to the output of the second transmission line, and the second output to the detector input, tunable by the hour OTE generator, a switch, a detector controller and the control and measurement characteristics have resonance structures I / O interface, combined in a control bus

Данный способ измерения характеристик резонансных структур и устройство для его осуществления имеют недостаточную чувствительность и точность измерений. Данный способ и устройство используют менее сложное оборудование, применимое в условиях производства. Однако и в этом случае используется широкополосный детектор мощности СВЧ-диапазона. Поэтому недостатком указанного устройства также является то, что спектральное измерение мощности характеризуется малым отношением сигнал/шум, обусловленным как широкой полосой и гомодинным характером приема выходного колебания резонансной структуры, так и наличием интенсивных шумов пик-детектора низкочастотной природы и низкочастотных помех, вызванных флуктуациями мощности генератора и возможных помех на подводящих к резонансной структуре линиях передачи. Все это приводит к снижению чувствительности измерений, появлению дополнительных источников погрешностей измерения характеристик резонансных структур и снижению их точности в целом.This method of measuring the characteristics of resonant structures and a device for its implementation have insufficient sensitivity and measurement accuracy. This method and device use less sophisticated equipment applicable in the production environment. However, in this case, a broadband microwave power detector is also used. Therefore, the disadvantage of this device is also that the spectral measurement of power is characterized by a small signal to noise ratio, due to both the wide band and the homodyne nature of the reception of the output oscillation of the resonant structure, and the presence of intense noise of the peak detector of low-frequency nature and low-frequency noise caused by fluctuations in the power of the generator and possible interference on transmission lines leading to the resonant structure. All this leads to a decrease in the sensitivity of measurements, the emergence of additional sources of measurement errors of the characteristics of resonant structures and a decrease in their accuracy in general.

Решаемая техническая задача заключается в повышении чувствительности и точности измерений.The technical problem to be solved is to increase the sensitivity and accuracy of measurements.

Решаемая техническая задача в способе для измерения характеристик резонансных структур, заключающемся в том, что генерируют зондирующее колебание, подают его на вход и принимают с выхода резонансной структуры, перестраивают частоту зондирующего колебания в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры, регистрируют изменения его параметров, по которым определяют резонансные частоту fp, амплитуду Up и добротность Q резонансной структуры, достигается тем, что зондирующее колебание на входе резонансной структуры формируют двухчастотным с двумя составляющими равной амплитуды соответственно на частотах f11 и f12 со средней частотой fC=(f11+f12)/2 и начальной разностной частотой ΔfP1=f11-f12, меньшей или равной полосе пропускания резонансной структуры, перестраивают среднюю частоту fC зондирующего колебания, причем в ходе перестройки начальную разностную частоту ΔfP1 оставляют неизменной, регистрируют изменение средней частоты зондирующего колебания fC=(f11+f12)/2 и параллельно измеряют коэффициент модуляции m огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры, по достижении коэффициентом модуляции значения m=1 измеряют резонансную частоту fP резонансной структуры, как равную значению средней частоты fC в данный момент времени, и измеряют соответствующую ему амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания U1 на выходе резонансной структуры, далее не меняя средней частоты fC зондирующего колебания, изменяют начальную разностную частоту ΔfP1 на определенную величину 2Δf, так что значения частот составляющих зондирующего колебания становятся равны соответственно f21=f11-Δf и f22=f12+Δf, а значение разностной частоты ΔfP2=ΔfP1+2Δf не превышает полосы пропускания резонансной структуры, после чего измеряют амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания U2 на выходе резонансной структуры, вычисляют резонансную амплитуду UP резонансной структуры по выражениюThe technical problem to be solved in the method for measuring the characteristics of resonant structures, which consists in generating a sounding oscillation, supplying it to the input and receiving from the output of the resonant structure, tuning the frequency of the sounding vibration in the measurement range corresponding to the frequency band of the resonant structure, recording changes in its parameters, which determine the resonant frequency f p , the amplitude U p and the quality factor Q of the resonant structure, is achieved by the fact that the probe oscillation at the input of the resonant structure The circuit breakers form two-frequency with two components of equal amplitude, respectively, at frequencies f 11 and f 12 with an average frequency f C = (f 11 + f 12 ) / 2 and an initial difference frequency Δf P1 = f 11 -f 12 less than or equal to the resonant passband structures, they tune the average frequency f C of the probe oscillation, and during the tuning, the initial difference frequency Δf P1 is left unchanged, the change in the average frequency of the probe oscillation f C = (f 11 + f 12 ) / 2 is recorded and the modulation coefficient m of the envelope of the beat signal between constitute probing the oscillations at the output of the resonant structure, when the modulation coefficient reaches m = 1, measure the resonance frequency f P of the resonant structure as equal to the average frequency f C at a given time, and measure the corresponding envelope amplitude of the beat signal between the components of the probing vibration U 1 at the output of the resonant structure, without further changing the average frequency f C of the probe oscillation, the initial difference frequency Δf P1 is changed by a certain value 2Δf, so that the frequency values are their probing oscillations become equal to f 21 = f 11 -Δf and f 22 = f 12 + Δf, respectively, and the difference frequency value Δf P2 = Δf P1 + 2Δf does not exceed the passband of the resonant structure, after which the amplitude of the beat signal envelope between the probing components is measured oscillations U 2 at the output of the resonant structure, calculate the resonant amplitude U P of the resonant structure by the expression

U P = ( χ 2 U 1 2 U 2 2 ) / ( χ 2 1 ) ,

Figure 00000001
U P = ( χ 2 U one 2 - U 2 2 ) / ( χ 2 - one ) ,
Figure 00000001

где χ=U2ΔfP2/U1ΔfP1,where χ = U 2 Δf P2 / U 1 Δf P1 ,

и добротность Q резонансной структуры по выражениюand quality factor Q of the resonance structure as

Q = f p Δ f P i ( U P / U i ) 2 1 ,

Figure 00000002
Q = f p Δ f P i ( U P / U i ) 2 - one ,
Figure 00000002

где i равно 1 или 2.where i is 1 or 2.

Решаемая техническая задача в устройстве для измерения характеристик резонансных структур, содержащем перестраиваемый по частоте генератор, коммутатор, детектор, соединенный с контроллером управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи, резонансную структуру и вторую линию передачи, причем первый выход коммутатора подключен к входу первой линии передачи, его второй вход к выходу второй линии передачи, а второй выход к входу детектора, при этом перестраиваемый по частоте генератор, коммутатор и контроллер управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления, достигается тем, что в него дополнительно введен преобразователь одночастотного колебания в двухчастотное, а детектор выполнен как детектор огибающей, при этом преобразователь одночастотного колебания в двухчастотное имеет входы/выходы управления, подключенные к шине управления, его вход подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора, а выход к первому входу коммутатора.The technical problem to be solved is a device for measuring the characteristics of resonant structures, comprising a frequency-tunable generator, a switch, a detector connected to a controller for measuring and measuring the characteristics of resonant structures, as well as series-connected the first transmission line, the resonant structure and the second transmission line, the first output of the switch connected to the input of the first transmission line, its second input to the output of the second transmission line, and the second output to the input of the detector, while tunable by h In this case, the generator, the switch and the controller for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures have control inputs / outputs integrated in the control bus, it is achieved by the fact that a single-frequency to two-frequency oscillation converter is additionally introduced into it, and the detector is designed as an envelope detector, while the single-frequency oscillation converter dual-frequency has control inputs / outputs connected to the control bus, its input is connected to the output of a frequency-tunable generator, and the output to the first input mutator.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the device.

На фиг.2 изображена зависимость коэффициента модуляции огибающей биений сигналов зондирующего колебания, полученного на выходе преобразователя одночастотного колебания в двухчастотное, прошедшего через или отраженного от резонансной структуры и зарегистрированного на выходе детектора, от обобщенной расстройки полосы пропускания резонансной структуры.Figure 2 shows the dependence of the modulation coefficient of the beat envelope of the sounding vibration signals received at the output of the single-frequency to two-frequency vibration converter, transmitted through or reflected from the resonant structure and detected at the detector output, from the generalized detuning of the passband of the resonant structure.

Устройство для измерения характеристик резонансных структур (фиг.1) содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2, детектор 3, соединенный с контроллером 4 управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи 5, резонансную структуру 6 и вторую линию передачи 7, причем первый выход коммутатора 2 подключен к входу первой линии передачи 5, его второй вход к выходу второй линии передачи 7, а второй выход к входу детектора 3. Перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2 и контроллер 4 управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления 8. В устройство дополнительно введен преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное, детектор 3 выполнен как детектор огибающей, при этом преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное имеет входы/выходы управления, подключенные к шине управления 8, его вход подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора 1, а выход к первому входу коммутатора 2.A device for measuring the characteristics of resonant structures (Fig. 1) comprises a frequency-tunable generator 1, a switch 2, a detector 3 connected to a controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures, as well as a first transmission line 5, a resonant structure 6 and a second line connected in series transmission 7, and the first output of the switch 2 is connected to the input of the first transmission line 5, its second input to the output of the second transmission line 7, and the second output to the input of the detector 3. Frequency-tunable generator 1, comm the tator 2 and the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures have control inputs / outputs integrated in the control bus 8. The device is additionally equipped with a single-frequency to dual-frequency converter 9, the detector 3 is designed as an envelope detector, and the single-frequency to two-frequency converter 9 control inputs / outputs connected to control bus 8, its input is connected to the output of frequency-tunable generator 1, and the output to the first input of switch 2.

На фиг.1 штриховыми линиями условно показаны первая 5 и вторая 7 линии передачи, выполненные на основе коаксиального кабеля. Соединения между перестраиваемым по частоте генератором 1, преобразователем 9 одночастотного колебания в двухчастотное, коммутатором 2 и детектором 3 также показаны штриховыми линиями, поскольку имеют отношения к СВЧ-блокам. Тип используемых соединений (полосковый, коаксиальный, волноводный и т.д.) условно не показан, поскольку они могут быть выполнены в любом исполнении, в том числе и интегральном при интегральном объединении всех блоков устройства для измерения характеристик резонансных структур. Все блоки имеют систему электропитания, которая на структурной схеме устройства не показана.1, the first 5 and second 7 transmission lines, made on the basis of a coaxial cable, are conventionally shown in dashed lines. The connections between the frequency-tunable generator 1, the single-frequency to dual-frequency converter 9, the switch 2 and the detector 3 are also shown by dashed lines, since they are related to microwave blocks. The type of compounds used (strip, coaxial, waveguide, etc.) is not conventionally shown, since they can be performed in any design, including integral, with the integral combination of all units of the device for measuring the characteristics of resonant structures. All units have a power supply system, which is not shown in the structural diagram of the device.

На фиг.2 изображена зависимость коэффициента модуляции огибающей биений сигналов зондирующего колебания, полученного на выходе преобразователя 9 одночастотного колебания в двухчастотное, прошедшего через или отраженного от резонансной структуры 6 и зарегистрированного на выходе детектора 3, от обобщенной расстройки полосы пропускания резонансной структуры 6.Figure 2 shows the dependence of the modulation coefficient of the beat envelope of the sounding oscillation signals received at the output of the single-frequency to dual-frequency oscillation transducer 9, passed through or reflected from the resonant structure 6 and registered at the output of the detector 3, on the generalized detuning of the passband of the resonant structure 6.

Зондирующее колебание в предлагаемом устройстве в отличие от зондирующего колебания в существующих устройствах и прототипе является двухчастотным. Изображенная на фиг.2 зависимость представлена для случая зондирования резонансной структуры 6 двухчастотным колебанием с разностной частотой, меньшей или равной ширине ее полосы пропускания. Характерной точкой является точка нулевой обобщенной расстройки, которая соответствует равенству средней частоты зондирующего колебания резонансной частоте резонансной структуры 6. В этом случае амплитуды составляющих зондирующего колебания равны, а коэффициент модуляции огибающей сигнала биений компонент зондирующего колебания на разностной частоте на выходе детектора 3 будет равен единице. Этот факт используется для принятия решения об определении резонансной частоты.The sounding oscillation in the proposed device, in contrast to the sounding oscillation in existing devices and the prototype is dual-frequency. The dependence depicted in FIG. 2 is presented for the case of sensing the resonant structure 6 with a two-frequency oscillation with a difference frequency less than or equal to the width of its passband. A characteristic point is the point of zero generalized detuning, which corresponds to the equality of the average frequency of the probe vibration to the resonant frequency of the resonance structure 6. In this case, the amplitudes of the components of the probe vibration are equal, and the modulation coefficient of the envelope of the beat signal of the components of the probe vibration at the difference frequency at the output of detector 3 will be unity. This fact is used to decide on the determination of the resonant frequency.

Рассмотрим осуществление способа измерения характеристик резонансных структур и работу устройства для его осуществления.Consider the implementation of the method for measuring the characteristics of resonant structures and the operation of the device for its implementation.

В контроллере 4 управления и измерения характеристик резонансных структур заложена программа, реализующая алгоритм управления работой отдельных блоков устройства, и алгоритм измерения характеристик резонансных структур, которые представлены в приложениях 1 и 2 к данной заявке. Для измерения характеристик резонансных структур с помощью перестраиваемого по частоте генератора 1 генерируют исходное одночастотное колебание, которое преобразуют в зондирующее колебание в преобразователе 9 одночастотного колебания в двухчастотное.The controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures contains a program that implements an algorithm for controlling the operation of individual units of the device and an algorithm for measuring the characteristics of resonant structures, which are presented in Appendixes 1 and 2 to this application. To measure the characteristics of resonant structures using a frequency-tunable generator 1, an initial single-frequency oscillation is generated, which is converted into a sounding oscillation in a single-frequency oscillation transducer 9 in a two-frequency oscillation.

Для этого с контроллера 4 управления и измерения характеристик резонансных структур через шину управления 8 подается команда управления параметрами генерации перестраиваемого по частоте генератора 1 и преобразования в преобразователе 9 одночастотного колебания в двухчастотное. Алгоритм управления контроллером 4 управления и измерения характеристик резонансных структур работой отдельных блоков устройства через шину управления 8 представлен в Приложении 1.To this end, from the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures through the control bus 8, a command is sent to control the parameters of the generation of the frequency-tunable generator 1 and converting the single-frequency oscillation into a two-frequency oscillation in the converter 9. The algorithm for controlling the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures by the operation of the individual units of the device via the control bus 8 is presented in Appendix 1.

В соответствии с поданной командой зондирующее колебание в преобразователе 9 одночастотного колебания в двухчастотное формируют двухчастотным, состоящим из двух одночастотных сигналов равной амплитуды соответственно на частотах f11 и f12. Для его формирования в перестраиваемом по частоте генераторе 1 генерируют среднюю частоту равную fC=(f11+f12)/2. Средняя частота поступает в преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное, в котором по полученной команде задают начальную разностную частоту между формируемыми составляющими двухчастотного зондирующего колебания ΔfP1=f11-f12, как правило, меньшую или равную ширине полосы пропускания резонансной структуры 6, при этом сама средняя частота подавляется.In accordance with the command, the sounding oscillation in the transducer 9 of the single-frequency oscillations in the two-frequency form double-frequency, consisting of two single-frequency signals of equal amplitude, respectively, at frequencies f 11 and f 12 . For its formation in a frequency-tunable generator 1, an average frequency equal to f C = (f 11 + f 12 ) / 2 is generated. The average frequency enters the transducer 9 of a single-frequency oscillation into a two-frequency one, in which, according to the received command, the initial difference frequency between the generated components of the two-frequency probing oscillation Δf P1 = f 11 -f 12 is set , which is usually less than or equal to the bandwidth of the resonant structure 6, while the middle frequency itself is suppressed.

Затем передают зондирующее колебание к резонансной структуре 6 через коммутатор 2 и первую линию передачи 5. В зондирующем колебании, проходящем через резонансную структуру 6, происходит изменение амплитуд составляющих зондирующего колебания, они становятся не равными в зависимости от взаимного положения его средней частоты и резонансной частоты резонансной структуры 6.Then the probe oscillation is transmitted to the resonant structure 6 through the switch 2 and the first transmission line 5. In the probe oscillation passing through the resonant structure 6, the amplitudes of the components of the probe oscillation change, they become unequal depending on the relative position of its average frequency and the resonant resonant frequency structures 6.

Далее принимают зондирующее колебание после воздействия на резонансную структуру 6 на детекторе 3. При этом возможна реализация двух режимов приема в зависимости от типа резонансной структуры 6, приспособленной для работы на отражение или пропускание. При работе на отражение в соответствии с алгоритмом управления по шине управления 8 включают коммутатор 2 с контроллера 4 управления и измерения характеристик резонансных структур в режим «циркулятора», так что отраженное от резонансной структуры 6 выходное двухчастотное колебание через первую линию передачи 5 и первый выход коммутатора 2 поступает на второй выход коммутатора 2 и далее на детектор 3. При работе на пропускание в соответствии с алгоритмом управления по шине управления 8 включают коммутатор 2 с контроллера 4 управления и измерения характеристик резонансных структур в режим «двойного Т-моста», так что прошедшее через резонансную структуру 6 выходное двухчастотное колебание через вторую линию передачи 5 и второй вход коммутатора 2 поступает на второй выход коммутатора 2 и далее на детектор 3.Next, a sounding oscillation is taken after the resonant structure 6 is exposed to the detector 3. In this case, two reception modes can be realized depending on the type of the resonant structure 6 adapted to operate on reflection or transmission. When working on reflection in accordance with the control algorithm on the control bus 8, switch 2 is switched on from the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures into the "circulator" mode, so that the output two-frequency oscillation reflected from the resonant structure 6 through the first transmission line 5 and the first output of the switch 2 is fed to the second output of switch 2 and then to detector 3. When transmitting in accordance with the control algorithm on control bus 8, switch 2 is turned on from controller 4 of control and Nia characteristics of resonant structures in mode "magic tee", so that passed through the resonant structure of two-frequency oscillation output 6 through the second transmission line 5 and the second input of the switch 2 is supplied to the second output of the switch 2 and further to the detector 3.

На выходе детектора 3 образуется сигнал, соответствующий огибающей биений двух составляющих выходного двухчастотного колебания, отраженного от или прошедшего через резонансную структуру 6.At the output of detector 3, a signal is generated corresponding to the envelope of the beats of two components of the output two-frequency oscillation reflected from or transmitted through the resonant structure 6.

Далее в соответствии с алгоритмом управления подают команду по шине управления 8 с контроллера 4 управления и измерения характеристик резонансных структур на перестраиваемый по частоте генератор 1 для перестройки средней частоты зондирующего двухчастотного колебания с заданным шагом в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры 6, и на преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное для сохранения постоянной в ходе перестройки разностной частоту ΔfP1.Then, in accordance with the control algorithm, a command is sent via the control bus 8 from the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures to a frequency-tunable generator 1 for tuning the average frequency of the probing two-frequency oscillations with a given step in the measurement range corresponding to the frequency band of the resonant structure 6, and a converter 9 of a single-frequency oscillation into a double-frequency to keep the difference frequency Δf P1 constant during tuning.

В ходе перестройки в контроллере 4 управления и измерения характеристик резонансных структур регистрируют изменение средней частоты зондирующего колебания fC=(f11+f12)/2 и измеряют коэффициент модуляции m его огибающей на выходе детектора 3, по достижении которым значения m=1 (фиг.2) определяют резонансную частоту fP резонансной структуры 6, как равную значению средней частоты fC в данный момент времени и измеряют соответствующую ему амплитуду огибающей зондирующего колебания U1 на выходе резонансной структуры 6. Алгоритм измерений характеристик резонансных структур в контроллере 4 управления и измерения представлен в Приложении 2.During tuning, in the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures, a change in the average frequency of the probe oscillation f C = (f 11 + f 12 ) / 2 is recorded and the modulation coefficient m of its envelope at the output of the detector 3 is measured, after which the value m = 1 ( 2) define the resonance frequency f P of the resonance structure 6, as a value equal to the average frequency f C in the given time and its corresponding measured amplitude of the envelope of oscillations of the probing U 1 at the output of the resonant structure 6. measurement algorithm character tic resonant structures in the controller 4 and the measurement is presented in Appendix 2.

На фиг.2 изображена зависимость коэффициента модуляции огибающей биений сигналов зондирующего колебания, полученного на выходе преобразователя 9 одночастотного колебания в двухчастотное, прошедшего через или отраженного от резонансной структуры 6 и зарегистрированного на выходе детектора 3, от обобщенной расстройки полосы пропускания резонансной структуры 6 для случая подачи на нее двухчастотного зондирующего колебания с разностной частотой, меньшей или равной ширине указанной полосы пропускания.Figure 2 shows the dependence of the modulation coefficient of the beat envelope of the sounding oscillation signals received at the output of the single-frequency to dual-frequency oscillation transducer 9, passed through or reflected from the resonant structure 6 and registered at the output of the detector 3, on the generalized detuning of the passband of the resonant structure 6 for the case of supply on it a two-frequency sounding oscillation with a difference frequency less than or equal to the width of the specified passband.

Характерной точкой является точка нулевой обобщенной расстройки, которая соответствует равенству средней частоты зондирующего колебания резонансной частоте резонансной структуры 6. В этом случае амплитуды составляющих зондирующего колебания становятся вновь равными, а коэффициент модуляции огибающей сигнала биений компонент зондирующего колебания на разностной частоте на выходе детектора 3 будет равен единице. Этот факт используют для принятия решения об определении резонансной частоты fP резонансной структуры 6.A characteristic point is the point of zero generalized detuning, which corresponds to the equality of the average frequency of the probe vibration to the resonant frequency of the resonance structure 6. In this case, the amplitudes of the components of the probe vibration become again equal, and the modulation coefficient of the envelope of the beat signal of the probe vibration components at the differential frequency at the output of detector 3 will be equal to unit. This fact is used to decide on the determination of the resonant frequency f P of the resonant structure 6.

В данный момент в соответствии с алгоритмом управления подают команду по шине управления 8 с контроллера 4 управления и измерения характеристик резонансных структур на перестраиваемый по частоте генератор 1 для остановки изменения средней частоты fC зондирующего колебания, и на преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное для изменения начальной разностной частоты ΔfP1 на определенную величину 2Δf, так что значения частот составляющих зондирующего колебания становятся равны соответственно f21=f11-Δf и f22=f12+Δf, а второе значение разностной частоты ΔfP2=ΔfP1+2Δf не превышает полосы пропускания резонансной структуры. После выполнения команды в соответствии с алгоритмом измерений в контроллере 4 управления и измерения характеристик резонансных структур фиксируют амплитуду огибающей сигнала биений компонент зондирующего колебания U2 на выходе детектора 3.At the moment, in accordance with the control algorithm, a command is sent via the control bus 8 from the controller 4 for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures to a frequency-tunable generator 1 to stop the change in the average frequency f C of the probe oscillation, and to a converter 9 of a single-frequency oscillation in a two-frequency oscillation to change the initial the difference frequency Δf P1 by a certain amount of 2Δf, so that the frequencies of the components of the probe oscillations become equal to f 21 = f 11 -Δf and f 22 = f 12 + Δf, respectively, and the second value The difference frequency Δf P2 = Δf P1 + 2Δf does not exceed the passband of the resonance structure. After executing the command in accordance with the measurement algorithm in the control controller 4 and measuring the characteristics of the resonant structures, the amplitude of the envelope of the beat signal of the components of the probe oscillation U 2 is recorded at the output of the detector 3.

Далее в соответствии с алгоритмом измерений в контроллере 4 управления и измерения характеристик резонансных структур вычисляют резонансную амплитуду UP резонансной структуры 6 по выражениюFurther, in accordance with the measurement algorithm in the controller 4 of the control and measurement of the characteristics of the resonance structures, the resonance amplitude U P of the resonance structure 6 is calculated by the expression

U P = ( χ 2 U 1 2 U 2 2 ) / ( χ 2 1 ) ,

Figure 00000003
U P = ( χ 2 U one 2 - U 2 2 ) / ( χ 2 - one ) ,
Figure 00000003

где χ=U2ΔfP2/U1ΔfP1,where χ = U 2 Δf P2 / U 1 Δf P1 ,

добротность Q резонансной структуры 6 по выражениюquality factor Q of the resonance structure 6 in the expression

Q = f p Δ f P i ( U p / U i ) 2 1 ,

Figure 00000004
Q = f p Δ f P i ( U p / U i ) 2 - one ,
Figure 00000004

где i=1, 2.where i = 1, 2.

Таким образом, измеряя на выходе детектора 3:Thus, by measuring the output of the detector 3:

- коэффициент модуляции m огибающей сигнала биений компонент зондирующего колебания, отраженного от или прошедшего через резонансную структуру 6, определяют резонансную частоту fP при равенстве m=1;- the modulation coefficient m of the envelope of the beat signal of the components of the probe oscillation reflected from or passed through the resonant structure 6, determine the resonant frequency f P with the equality m = 1;

- амплитуды U1 и U2 огибающей сигнала биений компонент зондирующего колебания, отраженного от или прошедшего через резонансную структуру 6, определяют резонансную амплитуду UP при разных разностных частотах ΔfP1 и ΔfP2 и настройке на резонансную частоту fC=fP,- the amplitudes U 1 and U 2 of the envelope of the beat signal of the components of the probe vibration reflected from or passed through the resonant structure 6, determine the resonance amplitude U P at different difference frequencies Δf P1 and Δf P2 and tune to the resonant frequency f C = f P ,

далее вычисляют по полученным значениям добротность Q резонансной структуры 6.then, the Q factor of the resonance structure 6 is calculated from the obtained values.

Устройство для осуществления способа может быть реализовано с использованием различных типов резонансных структур 6, конкретный вид которых определяется в зависимости от решаемых задач и в свою очередь вид проводимых измерений: на отражение или на пропускание. Это могут быть полосковые, волноводные, плоскостные и объемные резонаторы и т.д.A device for implementing the method can be implemented using various types of resonant structures 6, the specific form of which is determined depending on the tasks to be solved and, in turn, the type of measurements taken: reflection or transmission. It can be strip, waveguide, planar and volume resonators, etc.

Устройство для осуществления способа измерения характеристик резонансных структур может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу в СВЧ-диапазоне 1-5 ГГц:A device for implementing the method for measuring the characteristics of resonant structures can be implemented on the following elements, designed to operate in the microwave range 1-5 GHz:

- перестраиваемый по частоте генератор 1 - генератор AD9914 фирмы Analog Devices;- frequency tunable generator 1 - AD9914 generator from Analog Devices;

- коммутатор 2 - управляемые циркуляторы, двойные Т-мосты или комбинированные устройства фирм Microwave Devices или ФГУП «Исток»;- Switch 2 - controlled circulators, dual T-bridges or combined devices of Microwave Devices or FSUE Istok;

- детектор 3 - детектор огибающей ADL5511 фирмы Analog Devices;- detector 3 - envelope detector ADL5511 from Analog Devices;

- контроллер 4 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;- controller 4 - microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;

- первая и вторая линии передачи 5, 7 - коаксиальные кабели типа РК, полосковые линии или отрезки волноводов в соответствии с полосой резонансной структуры;- the first and second transmission lines 5, 7 - coaxial cables of the type RK, strip lines or segments of waveguides in accordance with the band of the resonant structure;

- шина управления 8 - шины, реализующие передачу сигналов управления и данных по протоколам Modbus, RS и других;- control bus 8 - buses that implement the transmission of control signals and data via Modbus, RS and other protocols;

- преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное - N-канальный синтезатор частот ADF4156 фирмы Analog Devices.- Converter 9 single-frequency oscillations in two-frequency - N-channel frequency synthesizer ADF4156 company Analog Devices.

При реализации устройства для осуществления способа измерения характеристик резонансных структур все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле в интегральном исполнении.When implementing a device for implementing a method for measuring the characteristics of resonant structures, all of these blocks of generation, reception and processing of signals can be performed on a single chip in an integral design.

По сравнению с существующими способами (включая прототип) измерения характеристик резонансных полосковых и устройствами для их осуществления, линейных или объемных датчиков, которые характеризуются изменениями резонансной частоты, амплитуды и добротности в зависимости от изменения электрофизических параметров материалов, заполняющих датчик, в ходе технологических процессов обработки, например отверждения полимеров, предложенные способ и устройство с двухчастотным зондированием резонаторного датчика и измерением коэффициента модуляции и амплитуды огибающей биений зондирующей пары сигналов после отражения от или прохождения через резонаторный датчик с дальнейшим вычислением резонансных характеристик не требует:Compared with existing methods (including the prototype) for measuring the characteristics of resonant strip and devices for their implementation, linear or volume sensors, which are characterized by changes in the resonant frequency, amplitude and quality factor depending on changes in the electrophysical parameters of the materials filling the sensor during processing processes, for example, curing polymers, the proposed method and device with dual-frequency sounding of the resonator sensor and measuring the mode coefficient The variation and amplitude of the envelope of the beats of the probe pair of signals after reflection from or passing through the resonator sensor with further calculation of the resonance characteristics does not require:

во-первых, применения широкополосного приема, а позволяет обрабатывать сигнал на частоте биений компонент двухчастотного сигнала, равной разностной частоте между ними, что существенно сужает полосу пропускания приемной части устройства (с единиц ГГц до единиц МГц) и соответственно повышает отношение сигнал/шум измерений;firstly, the use of broadband reception, and allows you to process the signal at the beat frequency of the components of the two-frequency signal equal to the difference frequency between them, which significantly reduces the passband of the receiving part of the device (from units of GHz to units of MHz) and, accordingly, increases the signal-to-noise ratio of measurements;

во-вторых, применения пик-детектора с прямым детектированием, который характеризуется наличием сильной зависимости отношения сигнал шум от интенсивности шумов и других флуктуации, особенно в низкочастотной области, а использует детектор огибающей, полоса пропускания которого находится в области минимальных шумов приемной части устройства, что соответственно также повышает отношение сигнал/шум измерений и позволяет избежать влияния на точность измерения интенсивных низкочастотных флуктуации и помех.secondly, the use of a peak detector with direct detection, which is characterized by the strong dependence of the signal-to-noise ratio on the intensity of noise and other fluctuations, especially in the low-frequency region, and uses an envelope detector whose passband is in the region of the minimum noise of the receiving part of the device, which accordingly, it also increases the signal-to-noise ratio of the measurements and avoids the effect on the measurement accuracy of intense low-frequency fluctuations and interference.

При прямом детектировании собственные шумы детектора излучения превалируют над внешними и определяют пороговую мощность принимаемого сигнала. Выигрыш по отношению сигнал/шум можно вычислить с помощью следующего выраженияIn direct detection, the intrinsic noise of the radiation detector prevails over the external and determines the threshold power of the received signal. The signal-to-noise gain can be calculated using the following expression

G = 0 Δ f п п S ( f ) d f / Δ f P 2 Δ f п п Δ f P 2 + Δ f п п S ( f ) d f ,

Figure 00000005
G = 0 Δ f P P S ( f ) d f / Δ f P 2 - Δ f P P Δ f P 2 + Δ f P P S ( f ) d f ,
Figure 00000005

где S(f) - спектральная плотность шума детектора. При этом выигрыш будет определяться в основном различной природой и уровнем шумов в различных частотных диапазонах, несмотря на некоторое увеличение требуемой полосы пропускания. Для прямого детектирования диапазона {0, Δfпп} в пик-детекторе - это токовые шумы с распределением вида 1/f и другие мощные шумы и флуктуации низкочастотной природы, для диапазона {ΔfP2-Δfпп, ΔfP2+Δfпп} детектора огибающей - это дробовой шум малой интенсивности, где Δfпп - полоса пропускания детектора, необходимая для регистрации амплитуды зондирующего колебания после его взаимодействия с резонансной структурой. Для измерений в СВЧ-диапазоне выигрыш может составить 1-2 порядка.where S (f) is the spectral density of the noise of the detector. In this case, the gain will be determined mainly by the different nature and level of noise in different frequency ranges, despite a slight increase in the required bandwidth. For direct detection of the range {0, Δf pp } in the peak detector, these are current noises with a 1 / f distribution and other powerful noises and fluctuations of a low-frequency nature, for the range {ΔfP 2 -Δf pp , Δf P2 + Δf pp } of the envelope detector is the shot noise of low intensity, where Δf pp is the passband of the detector, which is necessary for recording the amplitude of the probe oscillation after its interaction with the resonant structure. For measurements in the microwave range, the gain can be 1-2 orders of magnitude.

Испытания способа измерения характеристик резонансных структур и опытного устройства для его осуществления были проведены в лаборатории НОЦ «НИЦ прикладной электродинамики» КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева на резонансных датчиках, выполненных на кабельных коаксиальных решетках Брэгга, изготовленных в НОЦ «Волоконно-оптические технологии» КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева, откалиброваны на векторных анализаторах цепей R&S FSH8, калибровка подтверждена на векторных анализаторах цепей R&S ZWA50 в лаборатории Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики (Самара), и показали, что использование двухчастотного зондирования резонансного датчика с измерением характеристик резонансных структур по огибающей биений компонент двухчастотного выходного сигнала позволило достичь отношения сигнал/шум измерений до 45 дБ и относительной погрешности измерения 0,01%. При этом погрешность измерения определялась в основном погрешностью АЦП контроллера при измерении амплитуды огибающей.Tests of a method for measuring the characteristics of resonant structures and an experimental device for its implementation were carried out in the laboratory of the REC “Research Center for Applied Electrodynamics” KNITU-KAI A.N. Tupolev on resonance sensors made on Bragg cable coaxial gratings made in the REC “Fiber-optic technologies” KNITU-KAI named after A.N. Tupolev, calibrated on R&S FSH8 vector network analyzers, calibration verified on R&S ZWA50 vector network analyzers in the laboratory of the Volga State University of Telecommunications and Informatics (Samara), and showed that the use of two-frequency sounding of a resonant sensor with measurement of the characteristics of resonant structures along the envelope the beats of the component of the two-frequency output signal made it possible to achieve a signal-to-noise ratio of measurements up to 45 dB and a relative measurement error of 0.01%. In this case, the measurement error was determined mainly by the error of the ADC controller when measuring the envelope amplitude.

Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - повышении чувствительности и точности устройств измерения характеристик резонансных структур.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - increasing the sensitivity and accuracy of devices for measuring the characteristics of resonant structures.

Claims (2)

1. Способ измерения характеристик резонансных структур заключающийся в том, что генерируют зондирующее колебание, подают его на вход и принимают с выхода резонансной структуры, перестраивают частоту зондирующего колебания в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры, регистрируют изменения его параметров, по которым определяют резонансные частоту fp, амплитуду Up и добротность Q резонансной структуры, отличающийся тем, что зондирующее колебание на входе резонансной структуры формируют двухчастотным с двумя составляющими равной амплитуды соответственно на частотах f11 и f12 со средней частотой fC=(f11+f12)/2 и начальной разностной частотой ΔfP1=f11-f12, меньшей или равной полосе пропускания резонансной структуры, перестраивают среднюю частоту fC зондирующего колебания, причем в ходе перестройки оставляют начальную разностную частоту ΔfP1 неизменной, регистрируют изменение средней частоты зондирующего колебания fC=(f11+f12)/2 и параллельно измеряют коэффициент модуляции m огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры, по достижении коэффициентом модуляции значения m=1 измеряют резонансную частоту fP резонансной структуры, как равную значению средней частоты fC в данный момент времени и измеряют соответствующую ему амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания U1 на выходе резонансной структуры, далее не меняя средней частоты fC зондирующего колебания, изменяют начальную разностную частоту ΔfP1 на определенную величину 2Δf, так что значения частот составляющих зондирующего колебания становятся равны соответственно f21=f11-Δf и f22=f12+Δf, а значение разностной частоты ΔfP2=ΔfP1+2Δf не превышает полосы пропускания резонансной структуры, после чего измеряют амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания U2 на выходе резонансной структуры, вычисляют резонансную амплитуду UP резонансной структуры по выражению
Figure 00000006
,
где χ=U2ΔfP2/U1ΔfP1, и добротность Q резонансной структуры по выражению
Figure 00000007
,
где i равно 1 или 2,
fp - резонансная частота,
Up - резонансная амплитуда,
Ui - амплитуда огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания,
ΔfPi - разностная частота.
1. The method of measuring the characteristics of resonant structures is that they generate a sounding oscillation, supply it to the input and receive from the output of the resonant structure, reconfigure the frequency of the sounding vibration in the measurement range corresponding to the frequency band of the resonant structure, register changes in its parameters, which determine the resonance frequency f p, U p the amplitude and quality factor Q of the resonant structure, characterized in that the probe oscillation at the resonant structure form the entrance to a two-frequency dd mja components of equal amplitude respectively at the frequencies f 11 and f 12 with a center frequency f C = (f 11 + f 12) / 2 and an initial difference frequency Δf P1 = f 11 -f 12 of less than or equal to the bandwidth of the resonant structure, an average rearrange the frequency f C of the probe oscillation, and during the tuning, the initial difference frequency Δf P1 is left unchanged, the change in the average frequency of the probe oscillation f C = (f 11 + f 12 ) / 2 is recorded and the modulation coefficient m of the envelope of the beat signal between the probe oscillation components Exit resonant structure for achieving the modulation value m = 1 was measured resonance frequency f P of the resonance structure factor as equal to the value of the mean frequency f C in the given time and measured its corresponding amplitude envelope of the beat signal between the components of the probe oscillations U 1 at the output of the resonant structure, more without changing an average frequency f C probe oscillation, change the initial difference frequency Δf P1 by a predetermined value 2Δf, so that the values of the frequency components of the probe oscillations become tsya are respectively f 21 = f 11 -Δf and f 22 = f 12 + Δf, and the value of the difference frequency Δf P2 = Δf P1 + 2Δf does not exceed the bandwidth of the resonant structure, and then measure the amplitude of the envelope of the beat signal components between the probe oscillations U 2 at the output of the resonance structure, calculate the resonance amplitude U P of the resonance structure by the expression
Figure 00000006
,
where χ = U 2 Δf P2 / U 1 Δf P1 , and the quality factor Q of the resonance structure according to the expression
Figure 00000007
,
where i is 1 or 2,
f p is the resonant frequency,
U p is the resonant amplitude,
U i - the amplitude of the envelope of the beat signal between the components of the probe oscillation,
Δf Pi is the difference frequency.
2. Устройство для измерения характеристик резонансных структур, содержащее перестраиваемый по частоте генератор, коммутатор, детектор, соединенный с контроллером управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи, резонансную структуру и вторую линию передачи, при чем первый выход коммутатора подключен к входу первой линии передачи, его второй вход к выходу второй линии передачи, а второй выход к входу детектора, при этом перестраиваемый по частоте генератор, коммутатор и контроллер управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления, отличающееся тем, что в него дополнительно введен преобразователь одночастотного колебания в двухчастотное, а детектор выполнен как детектор огибающей, при этом преобразователь одночастотного колебания в двухчастотное имеет входы/выходы управления, подключенные к шине управления, его вход подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора, а выход к первому входу коммутатора. 2. A device for measuring the characteristics of resonant structures, comprising a frequency-tunable generator, a switch, a detector connected to a controller for controlling and measuring the characteristics of resonant structures, as well as a series-connected first transmission line, a resonant structure and a second transmission line, wherein the first output of the switch is connected to the input of the first transmission line, its second input to the output of the second transmission line, and the second output to the input of the detector, while the frequency-tunable generator, switch and the controller for controlling and measuring the characteristics of the resonant structures have control inputs / outputs integrated into the control bus, characterized in that a single-frequency to two-frequency vibration converter is additionally inserted into it, and the detector is designed as an envelope detector, and the single-frequency to two-frequency vibration converter has inputs / control outputs connected to the control bus, its input is connected to the output of a frequency-tunable generator, and the output is to the first input of the switch.
RU2012140974/28A 2012-09-25 2012-09-25 Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation RU2520537C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140974/28A RU2520537C2 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140974/28A RU2520537C2 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012140974A RU2012140974A (en) 2014-03-27
RU2520537C2 true RU2520537C2 (en) 2014-06-27

Family

ID=50342914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012140974/28A RU2520537C2 (en) 2012-09-25 2012-09-25 Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2520537C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2062476C1 (en) * 1991-06-07 1996-06-20 Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики Method of measurement of dielectric permittivity of sheet dielectric
RU2088946C1 (en) * 1992-07-24 1997-08-27 Государственное научно-производственное предприятие "Исток" Gear measuring impedance of shf two-terminal device
US6617861B1 (en) * 2000-11-22 2003-09-09 National Research Development Corporation Apparatus and method for measuring and monitoring complexpermittivity of materials

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2062476C1 (en) * 1991-06-07 1996-06-20 Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики Method of measurement of dielectric permittivity of sheet dielectric
RU2088946C1 (en) * 1992-07-24 1997-08-27 Государственное научно-производственное предприятие "Исток" Gear measuring impedance of shf two-terminal device
US6617861B1 (en) * 2000-11-22 2003-09-09 National Research Development Corporation Apparatus and method for measuring and monitoring complexpermittivity of materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Мастеров Д.В. и др., "Измерение нелинейных резонансных структур", Письма в ЖТФ, 2009. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012140974A (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11287457B2 (en) System and method for measuring time-frequency characteristic of high-frequency electromagnetic signal
CN102782484B (en) Method and device for measuring basis weight and water content amount
CN106093598B (en) Electromagnetic signal characteristic measuring system and method
CN102003970A (en) Dynamic signal demodulation method for fiber laser sensor
CN113346948A (en) Ultralow phase noise detection technology based on millimeter wave signal generated by optical frequency comb
US10156615B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus, Q-value calculation method, and specific absorption rate management method
RU124812U1 (en) DEVICE FOR MEASURING RESONANCE STRUCTURE CHARACTERISTICS
RU2520537C2 (en) Method to measure resonance structure characteristics and device for its implementation
JP4465479B2 (en) Resonator and electron spin resonance spectrometer
RU2567441C1 (en) Digital measurement of electric magnitudes
RU2550593C1 (en) Method for measurement of characteristics of resonant structures and device for its implementation
RU141415U1 (en) DEVICE FOR MEASURING RESONANCE STRUCTURE CHARACTERISTICS
FI119744B (en) Method and instrument to measure microwaves
WO2014159803A1 (en) Detection processing for nqr system
RU2332676C1 (en) Snr meter
KR102154228B1 (en) Apparatus and method for measuring phase in microwave tomography system
RU2623710C1 (en) Method of determining the symmetrical optical structure (versions) central frequency and device for its implementation
US9921296B2 (en) System and method for testing frequency synthesizer
CN106936498A (en) A kind of signal analysis method based on ultra wide band phase noise measuring system
RU2161781C1 (en) Method of determining anisotropic liquid level in reservoir
RU2316775C1 (en) Method for measuring energy spectrum of narrowband space radio-frequency radiation
Morozov et al. Radio photonic systems for measurement of instantaneous radio frequency with amplitude-phase modulation of optical carrier
JP5928652B2 (en) Physical quantity measuring device, physical quantity measuring system
RU2661488C1 (en) Method of the distance measurement
CN212752265U (en) System for detecting Rayleigh scattering signal intensity by adopting EDFA (erbium doped fiber amplifier)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190926