RU2548392C1 - Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway - Google Patents
Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548392C1 RU2548392C1 RU2013155511/28A RU2013155511A RU2548392C1 RU 2548392 C1 RU2548392 C1 RU 2548392C1 RU 2013155511/28 A RU2013155511/28 A RU 2013155511/28A RU 2013155511 A RU2013155511 A RU 2013155511A RU 2548392 C1 RU2548392 C1 RU 2548392C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- absorber
- direct
- quasi
- reflected
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для ответвления из высокочастотного сверхразмерного зеркального квазиоптического тракта части как прямой, так и отраженной от нагрузки микроволновой мощности бегущих волн, распространяющихся по линии в противоположных направлениях. Изобретение позволяет проводить измерения в широком диапазоне мощностей (1-500 кВт средней мощности) при длительностях импульса до 1-100 миллисекунд и частоте излучения от 30 ГГц до 80 ГГц.The invention relates to microwave technology and is intended for branching from a high-frequency oversized mirror quasi-optical path of a part of both the direct and the traveling power reflected from the microwave load propagating along the line in opposite directions. The invention allows measurements in a wide range of powers (1-500 kW average power) with pulse durations of up to 1-100 milliseconds and a radiation frequency of 30 GHz to 80 GHz.
Известны устройства для ответвления и регистрации СВЧ мощности в квазиоптических трактах (RU №2079144, RU №1786560, SU №1814115).Known devices for branching and recording microwave power in quasi-optical paths (RU No. 2079144, RU No. 1786560, SU No. 1814115).
Известны устройства для ответвления и регистрации мощности в СВЧ системах миллиметрового диапазона (RU №2327262, RU №2121736, US 7683734).Known devices for branching and recording power in microwave systems of the millimeter range (RU No. 2227262, RU No. 2121736, US 7683734).
Известные устройства не работают при мощностях более 1 кВт при длительностях импульса 1-100 мс в широком диапазоне миллиметровых волн.Known devices do not work at powers of more than 1 kW with pulse durations of 1-100 ms in a wide range of millimeter waves.
Известно устройство для ответвления и регистрации, содержащее корпус с системой регистрации, установленной на нижней и верхней стенках, и делителем пучка, размещенным внутри корпуса (RU 2079144 С2, 10.05.1997).A device for branching and registration is known, comprising a housing with a registration system installed on the lower and upper walls and a beam splitter located inside the housing (RU 2079144 C2, 05/10/1997).
В известном патенте используются металлодиэлектрические волноводы и направленный делитель мощности с диэлектрической пластиной, смещенной относительно диагонали, или поляризационный делитель мощности, что не позволяет использование больших средних мощностей СВЧ.The known patent uses metal-dielectric waveguides and a directional power divider with a dielectric plate offset relative to the diagonal, or a polarizing power divider, which does not allow the use of large average microwave powers.
Задача предлагаемого изобретения - создание устройства для ответвления и регистрации прямой и отраженной мощности в квазиоптическом тракте большой мощности в диапазоне частот 30-80 ГГц.The objective of the invention is the creation of a device for branching and recording direct and reflected power in a quasi-optical path of high power in the frequency range 30-80 GHz.
Высокий уровень микроволнового излучения представляет специфические требования к диагностической аппаратуре, предназначенной для измерений временной эволюции мощности как прямого, так и отраженного излучения. Во избежание электрических разрядов в областях высоких напряженностей поля необходимо прежде всего отсутствие контактов металла с диэлектриками. Защиту регистрирующей аппаратуры от рассеянного излучения необходимо выполнять с помощью поглощающих экранов.A high level of microwave radiation presents specific requirements for diagnostic equipment designed to measure the temporal evolution of power of both direct and reflected radiation. In order to avoid electric discharges in areas of high field strengths, it is necessary, first of all, the absence of metal contacts with dielectrics. Protection of the recording equipment from scattered radiation must be carried out using absorbing screens.
Одновременно должны быть выполнены требования к микроволновым измерениям в квазиоптических пучках: отсутствие влияния отдельных каналов друг на друга, слабое влияние процесса измерения на характеристики изучаемых пучков, широкий динамический диапазон входного сигнала.At the same time, the requirements for microwave measurements in quasi-optical beams must be fulfilled: the absence of the influence of individual channels on each other, the weak influence of the measurement process on the characteristics of the studied beams, and a wide dynamic range of the input signal.
Эти условия могут быть выполнены при использовании квазиоптического ответвителя микроволнового излучения с делительной пластинкой, имеющей низкий (1%) коэффициент отражения, поглощающими стенками с низким коэффициентом отражения (-30-1…-403 дБ) и коллиматором с поглощающими стенками.These conditions can be fulfilled by using a quasi-optical microwave coupler with a dividing plate having a low (1%) reflection coefficient, absorbing walls with a low reflection coefficient (-30 -1 ... -40 3 dB) and a collimator with absorbing walls.
Техническим результатом изобретения является возможность регистрировать временную эволюцию мощности излучения в квазиоптическом пучке при модуляции мощности в диапазоне частот 10-1…103 кГц. Необходимо иметь широкий динамический диапазон изменения мощности падающего СВЧ излучения от 0,1 до 0,5 МВт. Для этого решены следующие задачи:The technical result of the invention is the ability to record the temporal evolution of the radiation power in a quasi-optical beam with modulation of power in the frequency range 10 -1 ... 10 3 kHz. It is necessary to have a wide dynamic range of variation in the power of the incident microwave radiation from 0.1 to 0.5 MW. For this, the following tasks were solved:
- определение баланса мощностей - поступающей в нагрузку мощности, отраженной мощности;- determination of the balance of power - incoming power to the load, reflected power;
- определение спектрального состава излучения;- determination of the spectral composition of radiation;
- подавление фоновых сигналов при регистрации полезных.- suppression of background signals during the registration of useful ones.
С учетом сформулированных выше задач было учтено наличие в квазиоптическом тракте неоднородностей, на которых пучок может испытывать отражение и попадать в приемные каналы.In view of the tasks formulated above, the presence of inhomogeneities in the quasi-optical path was taken into account, in which the beam can undergo reflection and enter the receiving channels.
Помехозащищенность регистрирующих детекторных датчиков, усилителей, кабельных соединений и линий связи обеспечивалась использованием экранов из поглощающей резины. Такой подход создает более надежную защиту, чем подавление просачивающегося рассеянного излучения с помощью отражающих металлических экранов, в которых неизбежны щели, через которые происходит проникновение микроволнового сигнала.The noise immunity of recording detector sensors, amplifiers, cable connections and communication lines was ensured by the use of screens made of absorbing rubber. This approach creates a more reliable protection than suppressing leaky scattered radiation with the help of reflective metal screens, in which gaps through which the microwave signal penetrates are inevitable.
Технический результат достигается тем, что устройство для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом зеркальном тракте содержит корпус с цилиндрами, установленными на нижней и верхней стенках, и делитель пучка, размещенный внутри корпуса, при этом стенки корпуса покрыты слоями профилированного поглотителя, а внутри цилиндров установлены коллиматоры из профилированного поглотителя, в конце каждого коллиматора закреплены детекторные головки, каждая из которых состоит из волновода, соответствующего рабочей частоте, и детектора, перед которым установлена диафрагма, причем перед волноводом размещен дополнительный поглотитель в виде конуса, в вершине которого выполнено отверстие с возможностью изменения диаметра, а перед входной диафрагмой регистратора прямой мощности размещена поляризационная сетка.The technical result is achieved by the fact that the device for branching and recording direct and reflected microwave power in a quasi-optical mirror path contains a housing with cylinders mounted on the lower and upper walls, and a beam splitter located inside the housing, while the walls of the housing are covered with layers of a profiled absorber, and inside the cylinders are installed collimators from a profiled absorber; at the end of each collimator, detector heads are fixed, each of which consists of a waveguide, respectively vuyuschego operating frequency, and the detector, in front of which a diaphragm, which is placed in front of the waveguide additional absorber as a cone, the vertex of which an aperture to vary the diameter and to the input power line recorder diaphragm arranged polarizing grid.
Корпус и цилиндры могут быть выполнены из оргстекла.The body and cylinders can be made of plexiglass.
Делитель пучка может быть выполнен из слабоотражающей и слабопоглощающей пластинки, которая отражает малую (~0,01…0,03) часть мощности.The beam splitter can be made of a weakly reflecting and weakly absorbing plate, which reflects a small (~ 0.01 ... 0.03) part of the power.
Поглотитель и коллиматор могут быть выполнены из поглощающего материала с коэффициентом поглощения 30-40 дБ в используемом диапазоне частот.The absorber and collimator can be made of absorbing material with an absorption coefficient of 30-40 dB in the frequency range used.
Диафрагма модет быть выполнена из металлической фольги с отверстием диаметром ≤0,2 мм.The diaphragm can be made of metal foil with an opening with a diameter of ≤0.2 mm.
На чертеже представлена схема предложенного устройства.The drawing shows a diagram of the proposed device.
Для ответвления и регистрации прямой и отраженной мощности был разработан специальный квазиоптический ответвитель. Его конструкция основана на применении делительной слабоотражающей и слабопоглощающей пластинки, которая отражает часть мощности (~0,01…0,03) квазиоптического пучка в регистрирующую систему. При использовании делительной пластинки возможны два варианта измерений. В первом можно регистрировать всю отраженную от пластинки мощность. Во втором регистрируется мощность только определенной части отраженного пучка, выделенная с помощью диафрагм и коллиматора. При измерении прямой мощности СВЧ необходимо избежать попадания в канал регистрации отраженного излучения. При измерении коэффициента отражения рассеянного назад излучения необходимо устранить или учесть отражения от элементов квазиоптического тракта, включая нагрузку, и от элементов квазиоптического ответвителя. Важно также контролировать «просачивание» сигнала прямой мощности в канал регистрации отраженного сигнала.A special quasi-optical coupler has been developed for branching and recording direct and reflected power. Its design is based on the use of a dividing weakly reflecting and weakly absorbing plate, which reflects part of the power (~ 0.01 ... 0.03) of a quasi-optical beam into the recording system. When using a dividing plate, two measurement options are possible. In the first one, all the power reflected from the plate can be recorded. In the second, the power of only a certain part of the reflected beam, extracted with the help of diaphragms and a collimator, is recorded. When measuring the direct microwave power, it is necessary to avoid reflected radiation entering the recording channel. When measuring the reflection coefficient of backscattered radiation, it is necessary to eliminate or take into account reflections from the elements of the quasi-optical path, including the load, and from the elements of the quasi-optical coupler. It is also important to control the “leakage” of the direct power signal into the reflected signal recording channel.
Устройство (ответвитель) состоит из корпуса 2, изготовленного из оргстекла. В его боковых стенках прорезаны щели для делителя 3 пучка, в качестве которого использованы или слюдяные (мусковит) пластинки толщиной 50…70 мкм, или тефлоновая пленка различной толщины. Часть падающего излучения 1, отразившись от делителя пучка 3, попадает через коллиматор с диафрагмой 5 для регистрации на детектор 6. Верхняя и нижняя стенки корпуса 2 ответвителя покрыты слоями профилированного поглотителя 4 поглощающей резины, профилированной конусами с коэффициентом поглощения около 30-40 дБ в используемом диапазоне частот. На верхней и нижней стенках устройства закреплены два цилиндра 11 и 12 из оргстекла, внутри которых вставлены коллиматоры 5 из той же профилированной поглощающей резины. Конусы на поглощающей резине в центре верхней и нижней стенок срезаны до основания. В конце каждого коллиматора с диафрагмой 5 закреплены детекторные головки 6 и 7, каждая из которых состоит из отрезка стандартного прямоугольного волновода, соответствующего рабочей частоте, и стандартного детектора. Перед детектором помещается диафрагма из металлической фольги с отверстием диаметром ≤0,2 мм. В конце коллиматоров перед волноводом располагается дополнительный поглотитель: конусы из поглощающей резины, в вершине которых образовано отверстие. Изменением диаметра отверстия регулируется ослабление принимаемого сигнала.The device (coupler) consists of a housing 2 made of plexiglass. Slits for the beam splitter 3 were cut through in its side walls, either mica (muscovite) plates with a thickness of 50 ... 70 μm or a teflon film of various thicknesses were used. Part of the incident radiation 1, reflected from the beam splitter 3, passes through a collimator with a diaphragm 5 for registration to the detector 6. The upper and lower walls of the coupler body 2 are covered with layers of a profiled absorber 4 of absorbing rubber, profiled with cones with an absorption coefficient of about 30-40 dB in the used frequency range. On the upper and lower walls of the device are fixed two cylinders 11 and 12 of plexiglass, inside of which are inserted collimators 5 of the same profiled absorbing rubber. The cones on the absorbing rubber in the center of the upper and lower walls are cut to the base. At the end of each collimator with a diaphragm 5, detector heads 6 and 7 are fixed, each of which consists of a segment of a standard rectangular waveguide corresponding to the operating frequency, and a standard detector. A metal foil diaphragm with a hole of diameter ≤0.2 mm is placed in front of the detector. At the end of the collimators in front of the waveguide is an additional absorber: cones of absorbing rubber, at the apex of which a hole is formed. By changing the diameter of the hole, the attenuation of the received signal is regulated.
Для регистрации отраженного (рассеянного назад) СВЧ излучения 10 была использована схема гомодинного детектирования. Опорный сигнал 9 создавался с помощью отражения от поляризационной сетки 8 (прозрачность 99%), которая помещалась на поглощающих конусах ответвителя перед входной диафрагмой канала регистрации прямой мощности. Нити сетки ориентированы перпендикулярно электрическому вектору отраженной от делительной пластины волны, чтобы не вызывать (в пределах ошибок измерений) ни появления сигнала в канале регистрации отраженного излучения, ни изменения сигнала прямой мощности. Вращение сетки 8 вокруг перпендикулярной к ее плоскости оси (оси коллиматоров) на углы 10…30° приводит к появлению опорного сигнала в канале регистрации отраженного излучения.To register the reflected (backscattered) microwave radiation 10, a homodyne detection scheme was used. The reference signal 9 was created by reflection from the polarization grid 8 (transparency 99%), which was placed on the absorbing cones of the coupler in front of the input diaphragm of the direct power recording channel. The filaments of the grid are oriented perpendicular to the electric vector of the wave reflected from the dividing plate so as not to cause (within the limits of measurement errors) either the appearance of a signal in the reflected radiation registration channel or a change in the direct power signal. The rotation of the grid 8 around an axis perpendicular to its plane (collimator axis) by angles 10 ... 30 ° leads to the appearance of a reference signal in the channel for recording reflected radiation.
Технический результат достигается только в пределах указанных выше соотношений, что подтверждается проведенными экспериментами.The technical result is achieved only within the above ratios, which is confirmed by the experiments.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155511/28A RU2548392C1 (en) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155511/28A RU2548392C1 (en) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2548392C1 true RU2548392C1 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013155511/28A RU2548392C1 (en) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2548392C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3649934A (en) * | 1970-07-17 | 1972-03-14 | Us Navy | Quasi-optical low-pass absorption type filtering system |
| RU2079144C1 (en) * | 1994-07-14 | 1997-05-10 | Владимир Николаевич Аплеталин | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections |
| US6876272B2 (en) * | 2001-10-23 | 2005-04-05 | Wavestream Wireless Technologies | Reflection-mode, quasi-optical grid array wave-guiding system |
| RU2327262C2 (en) * | 2006-03-02 | 2008-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга | Microwave coupler |
-
2013
- 2013-12-13 RU RU2013155511/28A patent/RU2548392C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3649934A (en) * | 1970-07-17 | 1972-03-14 | Us Navy | Quasi-optical low-pass absorption type filtering system |
| RU2079144C1 (en) * | 1994-07-14 | 1997-05-10 | Владимир Николаевич Аплеталин | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections |
| US6876272B2 (en) * | 2001-10-23 | 2005-04-05 | Wavestream Wireless Technologies | Reflection-mode, quasi-optical grid array wave-guiding system |
| RU2327262C2 (en) * | 2006-03-02 | 2008-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга | Microwave coupler |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2144080C (en) | Electric field sensor | |
| US10237765B1 (en) | Passive intermodulation (PIM) measuring instrument and method of measuring PIM | |
| CN106093599B (en) | Optical probe and electromagnetic field measuring equipment and measuring method thereof | |
| CN111007526B (en) | System and method for suppressing optical noise of continuous wave all-fiber coherent Doppler laser speed measurement radar | |
| US3851244A (en) | Microwave moisture measuring apparatus | |
| CN108089217B (en) | X-ray detector based on Michelson interferometer | |
| RU2548392C1 (en) | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway | |
| US11073414B2 (en) | Optical fiber detection device for detecting discharge fault of high-voltage bushing | |
| RU2370752C1 (en) | Device for measuring distribution of size and concentration of nanoparticles in liquids and gases | |
| Bin et al. | First operations with the new Collective Thomson Scattering diagnostic on the Frascati Tokamak Upgrade device | |
| US10637567B1 (en) | Compact passive intermodulation (PIM) measuring instrument | |
| CN114698218A (en) | Seven-channel microwave interferometer measuring method for transient plasma electron density distribution | |
| CN114019534A (en) | Wind measuring radar | |
| CN208443765U (en) | Semiconductor transient state X-ray nonlinear optical effect test device | |
| Strait et al. | Microwave magnetic-field measurements by a modulated scattering technique | |
| RU2352952C1 (en) | Single-antenna measuring gauge of polarised matrix | |
| CN207263419U (en) | A kind of Cable's Fault detecting system based on Rayleigh scattering technology | |
| Owda et al. | Active millimeter-wave radar for sensing and imaging through dressing materials | |
| KR20150144949A (en) | Shielding Effectiveness measurement to optimize seperation distance between transmitting antenna and EMP shielding facility | |
| Togo et al. | Universal optical electric-field sensor covering frequencies from 10 to 100 GHz | |
| CN110793445A (en) | Multi-channel synchronous absolute distance measuring method and device based on all-fiber frequency domain interference | |
| Gjessing | Determination of permittivity variations in the troposphere by scatter-propagation methods | |
| CN112147423B (en) | Method for testing polarization isolation of metal wire grid | |
| Koohestani et al. | Design of an O-mode frequency modulated reflectometry system for the measurement of Alborz Tokamak plasma density profile | |
| CN104570362A (en) | Dual-channel optical beam shrinking device with attenuation function |