SU1401403A1 - Анализатор сто чей волны - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области радиоизмерительной техники. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  коэф. сто чей волны. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию 2, исследуемую линию 3, блок 4 обработки и программного управлени , блок 5 ввода-вывода информации. В устр-во введены лазер 6, четвертьволнова  пластинка 7, расщепители 8 и 10 оптического пучка, блок 9 сканировани  оптическим пучком, отражающее зеркало 11, источник 12 питани , системы 13 и 15 коллимирую- щих линз, удлинитель 14 оптического пути, фотоприеьшики 16 и 17, вычитающий блок 18, пороговый блок 19. Устр- во может работать в двух режимах: калибровки и измерени . В режиме ка-, либровки .к измерительной линии подключаетс  эталонна  лини . Распределение высокочастотного напр жени  вдоль измерительной линии 2 при подключении эталонной считаетс  известным . В режиме измерени  к измерительной линии 2 подключаетс  исследуема  лини  3. Процесс измерени  распределени  напр жени  вдоль измерительной линии не отличаетс  от аналогичного процесса в.режиме калибровки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л

Description

4i

О

СО

Изобретение относитс  к радиоизме- рктельной технике и может быть ис Пользовано дл  измерени  распределени  интенсивности электрического пол  в СВЧ-трактах, определени  уровн  согласовани , КСВ и полных сопротивлений .

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  коэффициента сто чей волны.

На чертеже представлена структурна  электрическа  блокгсхема анализатора сто чей волны.

Анализатор сто чей волны содержит СВЧ-генератор 1, измерительную 2 и исследуемую 3 линии, управл ющий блок в виде блока 4 обработки и программного управлени  и блока 5 ввода- вывода информации, лазер 6, чет- вертьволновую пластинку 7, первый расщепитель 8 оптического пучка, блок 9 сканировани  оптическим пучком, второй расщепитель 10 оптического пучка, отражающее зеркало 11, источник 12 питани , первую систему 13 коллимиру- ющих линз, удлинитель 14 оптического пути, вторую систему 15 коллимирующих линз, первый 16 и втрой 17 фотоприемники , вычитающий 18 и пороговый 19 блоки и блок 20 регистрации сдвига интерфер енционной картины.

Анализатор может работать в двух режимах: калибровки и измррени .

Назначение, режима калибровки - установка отражающего зеркала 11 параллельно электродам измерительной линии 2 на рассто нии, равном 1

9k(N.+ т), где Л - длина волны СВЧ- сигнала, и коррекци  погрещностей, св занных с неидеальностью отражающей поверхности зеркала и электродов измерительной линии.

В режиме калибровки к измерительной линии вместо исследуемой подклю

чаетс  эталонна  лини . Распределение высокочастотного напр жени  вйоль измерительной линии при подключении эталонной считаетс  известным. Лазер 6 генер1 рует высокостабильный сигнал ,в оптическом диапазоне частот с линейной пол ризацией. После прохождени  четвертьволновой пластинки 7 луч света имеет круговую пол ризацию.

Далее, гфоход  через первый расще- пите.пь 8, световой пучок раздел етс  на два пучка с взаимно ортогональной пол ризацией. Световой пучок.с первого расщепител  8 поступает на блок 9 сканировани , проходит через второй расщепитель 10 и измерительную линию 2, выполненную в микрополосковом исполнении , диэлектриком которой  вл етс  среда, обладающа  квадратичным электрооптическим эффектом (например, кристалл группы перовскитов).

Проход  через электрооптический кристалл, на котором выполнена измерительна  лини  2, луч света взаимодействует с электрическим полем измерительной линии в данном ее сечении и приобретает фазовый сдвиг, определ емый выражением

4- K,msin2 ,

где К, - константа преобразовател ; и - напр жение на. линии 2 в данном сечении.

Далее луч света поступает на отражающее зеркало 11 и возвращаетс  в ту же точку измерительной линии 2. Если отражающее зеркало 11 расположено от измерительной линии 2 на рассто нии (N 4- -), где Л - длина о

волны СВЧ сигнала, а ,1,2,3,..,, то суммарный фазовьй сдвиг за два прохода кристалла измерительной линии светом (туда и обратно) равен

г

5

0

,.2ТГ.

,2

,U2sinZ Y t+K,U2sinM- -t+|) . ,

K,U2 (1)

Таким образом, только при установке зеркала на рассто нии (N+-) выо

шедший из диэлектрика измерительной линии 2 луч имеет сдвиг фазы необыкновенного луча, пропорциональный квадрату амплитуды СВЧ-напр жени  в данном сечении линии и не завис щий от времени. При всех остальных положени х зеркала фазова  модул ци  имеет временную зависимость. В режиме калибровки, перемеща  отражающее зеркало 11 относительно измерительной линии 2, добиваютс  исчезновени  СВЧ- модул ции отраженного луча. В момент исчезновени  паразитной СВЧ-модул ции рассто ние от отражающего зеркала 11 до измерительной линии 2 равно 1

Л(Н+|).

Откалибровав предварительно пере- мещагаций отражающее зеркало 11 механизм , можно грубо измер ть частоту

СВЧ-сигнала. Кроме фазового сдвига, пропорционального квадрату напр жени  СВЧ-сигнала в данном сечении линии 2, световой луч приобретает суммарный посто нный фазовый сдвигц 90 дл  получени  круговой пол ризации при нулевом СВЧ-напр жении за счет выбора рабочей точки при помощи источника 12 питани  (смещени ). Это необходимо дл  уменьшени  паразитной амплитудной модул ции в выходном сигнале устройства .

о

Сдвиг фазы на 90 можно получить не только за счет напр жени , прило- женного к электродам измерительной линии 2, но и за счет установки пленочного пол ризатора между измерительной линией 2 и отражающим зеркалом 11.

После двойного прохождени  кристалла измерительной линии 2 световой пучок снова поступает на второй расщепитель 10, который отдел ет из светового пучка ортогональную компонен- ту, получившую суммарный фазовый сдвиг q , и направл ет ее на первый оптический вход блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины 20 - nepBjTo систему 13 коллимирующик линз, формирующих плоский когерентный оптический пучок, поступан дий на фотоприемники 16 и 17. .

с выхода первого расщепител  8, получивщий набег фазы в удлинителе 14 оптического пути, поступает на второй оптический вход блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины - вторую систему 15 коллимирую- щих линз, преобразуетс  ею в плоский когерентный оптический пучок и также поступает на фотоприемники 16 и 17. В плоскости фотоприемников таким образом образуетс  интерференционна  .картина в виде интерференционных по- лос. Положение светлых и темньрс полос интерференционной картины.зависит от разности сдвига фаз световых колебаний в опорном световом пучке, поступающем с первого расщепител  8 через удлинитель 14 оптического пути и вторую систему 15 коллимирующих линз, и в измерительном световом пучке, дважды прошедшем измерительную линию 2, второй расщепитель 10 и первую систе- му 13 коллимирующих линз.

Как показано вьше, фазовый сдвиг световых колебаний в измерительном световом пучке зависит от квадрата

напр жени  в том сечении измерительной линии, через которое он дважды проходит. При изменении этого напр жени  измен етс  сдвиг фаз во втором пучке, а значит сдвигаетс  интерференционна  картина. Сдвиг интерференционной картины фиксируетс  фотоприемниками 16 и 17.

Если рассто ние между фотоприемниками 16 и 17 выбрано равным половине периода интерференционной картины, то один из них регистрирует максимум интерференционной картины, а другой минимум. Токи фотоприемников 16 и 17 поступают на вход вычитающего блока 18, который обеспечивает при выбранном рассто нии между фотоприемниками подавление фоновой засветки фотоприемников и выделение тока, пропорционально перепаду интенсивностей максимумов и минимумов интерференционных полос при сдвиге интерференционной картины.

Пороговый блок 19 имеет фиксированный порог, определ емый щумами фотоприемников, и формирует на выходе пр моугольные импульсы, каждый из которых соответствует сдвигу интерференционной картины на один период. Выход порогового блока 19  вл етс  выходом блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины. Блок 4 обработки и программного управлени  подсчитывает число импульсов с выхо- да порогового блока 19 за фиксированные интервалы времени, что позвол ет определить сдвиг интерференционной картины как функцию сдвига фазы световых колебаний в измерительном пучке , т.е. в конечно счете как функцию напр жени  в том сечении измерительной линии 2, через которое он проходит .

После установки отражающего зеркала 11 на требуемом рассто нии относительно электродов измерительной линии 2 с второго выхода блока 4 обработки и программного управлени  на электрический вход блока 9 сканировани  по,- даетс  управл ющее напр жение, измен ющеес  по линейному закону. В результате этого измерительный оптический пучок с оптического выхода блока 9 сканировани  начинает сканирование вдоль электродов, нанесенных на электрооптический кристалл.измерительной линии 2, Это приводит к тому, что фа- зовьй сдвиг, получаемьй измерительным

оптическим пучком, поступающим HS фотоприемники 16 и 17 чррез первую систему 13 коллимирующих линз, про- порционален квадрату,напр жени  в том сечении измерительной линии, через которое в данный момент проходит луч.

Из-за изменени  фазового сдвига измерительного пучка при сканировани его вдоль измерительной линии 2 инг терференционна  картина в плоскости фотоприемников 16 и 17 сдвигаетс  относительно картины, котора  получаетс , когда луч проходит в начальном сечении линии. Сдвиг интерференцион ной картины относительно ее положени ,которое получаетс , когда луч проходит через начальное сечение ли

ю 014036

ровани  измерительного луча. По результатам этого сравнени , в пам ть блока А обработки и программного уп- равлени  занос тс  дл  р да характерных сечений измерительной линии 2 поправочные коэффициенты, которые учитывают неоднородности электрооптического кристалла измерительной линии 2, отражающего зеркала 11 и других возможных источников погрешности измерени  распределени  напр женности пол  в измерительной линии.

В режиме измерени  к измерительной линии 2 подключаетс  исследуема  лини  3.

Процесс измерени  распределени  напр жени  вдоль измерительной линии не отличаетс  от аналогичного процес15

НИИ, фиксируетс  с помощью фотоприем- 20 са в режиме калибровки. При сканиро25

30

НИКОВ 16 и 17, вычитающего 18 и порогового 19 блоков и блока 4 обработки и программного управлени , как описано выше.

Использу  полученную информацию, котора  пропорциональна приращению квадрата интенсивности СВЧ-пол  в , данном сечении измерительной линии по сравнению с соседним, блок 4 обработки и программного управлени  по известным алгоритмам фактически восстанавливает функцию квадрата распределени  интенсивности СВЧгпол  по .модулю ее первой производной в конечных приращени х. Алгоритм обработки таким gg образом должен восстанавливать знак приращений на основании информации о форме первой производной этой функции.

Смена знака приращений происходит, когда перва  производна  распределени  интенсивности СВЧ-сигнала проходит минимум, что равносильно минимальному числу подсчитанных ш- пульсов за интервал усреднени .

С помощью блока 4 обработки программного управлени  или автоматически возможно изменение скорости сканиро-. вани , а также компенсаци  нелинейности скорости перемещени  лазерного луча вдоль измерительной линии.

В режиме калибровки Е измерительной линии 2 вместо исследуемой линии 3 подключена эталонна  лини , дл  которой известно распределение СВЧ-нап р жени  вдоль измерительной линии 2, В блоке .4 обработки и программного управлени  производитс  сравнение теоретического распределени  с реальным , полученным по результатам сканивании измерительного луча вдоль измерительной линии 2 с помощью блока 9 сканировани  измерительный световой пучок получает фазовьш сдвиг, пропорциональный квадрату напр жени  в каждом сечении измерительной линии 2.

Изменение фазового сдвига измерительного пучка в соответствии с распределением электрического пол  в линии приводит к смене положений светлых и темных полос интерференции, возникающей между опорным и измери- тельньим пучками в плоскости фотоприемников 16 и 17. Сдвиг картины фиксируетс  блоком 4 обработки и программного управлени , которьй восстанавливает распределение напр жени  и производит по нему определение коэффициента сто чей волны в измерительной линии 2.

Блок 4 отработки и программного управлени  совместно с блоком ввода- вывода информации может индицировать данные измерени  в виде параметров . СВЧ-пол  в цифровой форме и распределение интенсивности пол  в графической форме.

Формул-а изобретени 

Т. Анализатор сто чей волны,содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний измерительную и исследуемую линии, управл ющий блок отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности измерени  gg коэффициента сто чей волны, измерительна  лини  выполнена микрополоско- вой, подложка которой выполнена из электрооп ического диэлектрика с уп- равл ющгши электродами, к которым

40

50

5

0

g

вании измерительного луча вдоль измерительной линии 2 с помощью блока 9 сканировани  измерительный световой пучок получает фазовьш сдвиг, пропорциональный квадрату напр жени  в каждом сечении измерительной линии 2.

Изменение фазового сдвига измерительного пучка в соответствии с распределением электрического пол  в линии приводит к смене положений светлых и темных полос интерференции, возникающей между опорным и измери- тельньим пучками в плоскости фотоприемников 16 и 17. Сдвиг картины фиксируетс  блоком 4 обработки и программного управлени , которьй восстанавливает распределение напр жени  и производит по нему определение коэффициента сто чей волны в измерительной линии 2.

Блок 4 отработки и программного управлени  совместно с блоком ввода- вывода информации может индицировать данные измерени  в виде параметров . СВЧ-пол  в цифровой форме и распределение интенсивности пол  в графической форме.

Формул-а изобретени 

Т. Анализатор сто чей волны,содер. жащий последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний измерительную и исследуемую линии, управл ющий блок, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности измерени  g коэффициента сто чей волны, измерительна  лини  выполнена микрополоско- вой, подложка которой выполнена из электрооп ического диэлектрика с уп- равл ющгши электродами, к которым

0

0

подсоединен выход введенного источника питани , плоскость подложки измерительной линии перпендикул рна плоскости отражающего экрана, введены лазер , оптически соединенный через четвертьволновую пластинку с первым расщепителем оптического пучка, первый выход которого оптически соединен с оптическим входом блока сканировани , а второй выход через удлинитель оптического пути оптически соединен с первым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, оптический выход блока сканировани  оптически соединен с вторым расщепителем оптического пучюа, первый выход которого через подложку измерительной., линии оптически соединен с введенным отражающим зеркалом, плоскость котог- рого параллельна управл ющим электродам , второй выход второго расщепител  оптического пучка оптически соединен с вторым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, выход которого присоединен к входу управл ющего блока, выход которого соединен с электрическим входом блока сканировани , рассто ние измерительной линии до отражающего зеркала,выбрано равным (N + 1/8) j где ТУ - длина СВЧ-волны, N - любое целое положит, тельное число.

2. Анализатор поп.1, чающийс  тем, что блок регистрации сдвига интерференционной картины выполнен в виде двух систем коллимирукнцих линз, оптически св занных с первым и вторым входами блока регистрации сдвига интерференционной картины соответственно, выход каждой из которых оптически соединен с входами первого и второго фотоприемников , расположенных иа рассто нии друг от друга, равном половине периода интерференционной картины, выход которых соединен с первым и вторьм входлми блока вычитани , выход которого присоединен к входу порогового блока, выход которого  вл етс  выходом блока регистрации интерференционной картины.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Анализатор стоячей волны,содер-.

   50 жащий последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний измерительную и исследуемую линии, управляющий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения 55 коэффициента стоячей волны, измерительная линия выполнена микрополосковой, подложка которой выполнена из электрооптического диэлектрика с управляющими электродами, к которым подсоединен выход введенного источника питания, плоскость подложки измерительной линии перпендикулярна плоскости отражающего экрана, введены ла- ’ зер, оптически соединенный через четвертьволновую пластинку с первым расщепителем оптического пучка, первый выход которого оптически соединен с оптическим входом блока сканирования, ю а второй выход через удлинитель оптического пути оптически соединен с первым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, оптический выход блока сканирования опти-}5 чески соединен с вторым расщепителем оптического пучка, первый выход которого через подложку измерительной., линии оптически соединен с введенным отражающим зеркалом, плоскость кото?. 20 рого параллельна управляющим электродам, второй выход второго расщепителя оптического пучка оптически соединен с вторым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, вы-25 ход которого присоединен к входу управляющего блока, выход которого сое динен с электрическим входом блока сканирования, расстояние измерительной линии до отражающего зеркала,выбрано равным l=A(N⁺1/8)_f где А - длина СВЧ-волны, N - любое целое положит., тельное число.
2. 2. Анализатор поп.1,отли”чающийся тем, что блок регистрации сдвига интерференционной картины выполнен в виде двух систем коллимирующих линз, оптически связанных с первым и вторым входами блока регистрации сдвига интерференционной картины соответственно, выход каждой из которых оптически соединен с входами первого и второго фотоприемников, расположенных иа расстоянии друг от друга, равном половине периода интерференционной картины, выход которых соединен с первым и вторьн входами блока вычитания, выход которого присоединен к входу порогового блока, выход которого является выходом блока регистрации интерференционной картины.

   Составитель В.Рабинович Редактор П.Гереши Техред Й.Верес. Корректор В.Бутяга Заказ 2781/45 Тираж 772 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4