ДЕТЕКТОР СВЧ-ПОЛЯ Российский патент 1995 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к средствам регистрации СВЧ-поля.

Известны детекторы СВЧ-поля, содержащие антенну, к выходу которой подключен волновод, содержащий детекторный и модулирующий элементы, при этом выход детекторного элемента через малошумящий усилительный блок подключен к блоку обработки сигнала [1, 2]
Недостатком указанных конструкций является то, что регистрация СВЧ-поля осуществляется недостаточно эффективно, зачастую регистрируется момент наличия СВЧ-поля либо по результатам значительной выборки, либо после прохождения значительной части сигналов, что не является оптимальным.

Наиболее близким к заявленному является детектор СВЧ-поля, содержащий антенну, к выходу которой подключен волновод, в котором установлены детекторный и модулирующий элементы, при этом выход детекторного элемента через малошумящий усилительный блок подключен к первому входу амплитудного синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом модулирующего элемента, а управляющий вход соединен с опорным генератором прямоугольных импульсов, который соединен с модулирующим элементом, выход амплитудного детектора соединен с входом интегратора-компаратора, ключ управления, соединенный с пьезоизлучателем, индикатор оповещения [3]
Данное устройство позволяет регистрировать СВЧ-поле достаточно точно и так же достаточно точно определять момент наличия данного поля, однако фиксация этого момента определяется с некоторой задержкой, неточностью, что приводит к необходимости вводить дополнительные элементы, позволяющие исключить это.

Целью изобретения является повышение достоверности и точности при визуализации и регистрации момента появления СВЧ-поля, а также повышение эксплуатационных параметров устройства.

Данная цель достигается тем, что в детектор введен управляемый генератор, включенный между входом интегратора-компаратора и входом ключа управления, управляющий вход которого соединен с опорным генератором прямоугольных импульсов, при этом индикатор оповещения подключен к выходу управляемого генератора.

Усилительная ячейка малошумящего усилительного блока выполнена на малошумящем операционном усилителе, выход которого через RC-цепь связан с входом однокаскадного транзисторного усилителя.

Анализ патентной и технологической литературы показал, что заявляемый детектор, соответствует критерию "новизна".

Поскольку заявленное устройство изготовлено из известных элементов и имеется потребность в данном устройстве, то оно соответствует критерию "промышленная применимость".

А так как в результате использования данного технического решения проявляется его новое свойство, а именно повышается точность регистрации СВЧ-поля, расширяются эксплуатационные параметры устройства, то оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Детектор СВЧ-поля содержит опорный генератор 1 прямоугольных импульсов на элементах DD1.1. DD1.2, инверторы 2, 3 на элементах DD1.3, DD1.4, ключи управления 4, 5 на элементах DD2.1 и DD2.2, связанные с пьезоизлучателем 6, управляемый генератор 7, связанный с индикатором оповещения 8, цепь индикации 9, связанную с цепью питания 10, которая имеет цепь подавления помех, защиты от подключения с обратной полярностью, перенапряжений и т.д. волновод 12, в котором установлены модулирующий 11 и детекторный элементы 13 и с которым связана антенна 14, малошумящий усилительный блок, подключенный к выходу детекторного элемента 13 и выполненный в виде малошумящего операционного усилителя 15 типа КР 538УНЗА, RC-цепочки 16 и транзисторного усилителя 17, резистивный узел 18 компенсационного подавления наводок модулирующего напряжения на резисторах R8-R12, связанный с входом амплитудного синхронного детектора 19, 20 на элементах DD2.3, DD2.4, выходом подключенного к входу интегратора-компаратора 21. Элементы DD2 выполнены на ключах типа К176КТ1.

Детектор СВЧ-поля работает следующим образом.

Детектирование поступающего СВЧ-сигнала происходит в волноводе 12. Так как задняя стенка волновода 12 для СВЧ-сигнала является короткозамкнутой, то в волноводе 12 устанавливается режим стоячей волны. Детекторный элемент (диод) 13 установлен на расстоянии полуволны от задней стенки волновода 12 в узле минимума СВЧ-поля. Если с определенной частотой электрически перемещать заднюю стенку на четверть волны и обратно, то диод 13 будет попадать в узел пучности СВЧ-поля. Частота, выделяемая на диоде 13 переменного напряжения, будет равна частоте перемещения задней стенки. Эта частота выбрана в довольно низком диапазоне частот. Для реализации такого перемещения в волноводе 12 установлен модулирующий элемент (диод) 11 на расстоянии четверти волны. Открывая или закрывая модулирующим напряжением диод 11, получаем короткозамкнутую для СВЧ-поля стенку. Таким образом, воздействующий на диод 11 непрерывный СВЧ-сигнал от источника излучения модулируется диодом 11. Сигнал модуляции выделяется диодом 13 для последующего усиления. Сигнал модуляции выделяется диодом 13 для последующего усиления. Резистор R2 задает начальное смещение диода 13.

Низкочастотный сигнал прямоугольной формы с амплитудой, сравнимой с собственными шумами диода 13, подается на вход малошумящего усилителя 15 с большим коэффициентом усиления. Далее полезный сигнал и шумы усиливаются и симметрируются на транзисторном усилителе 17 до уровня, необходимого для нормальной работы амплитудного синхронного детектора 19, 20 на элементах DD2.3, DD2.4, С7, С8. При отсутствии на входе СВЧ-сигнала не детектор 19, 20 воздействует напряжение шумов и он находится в статическом режиме ожидания. При этом напряжение шумов поочередно и равномерно заражает С7 и С8 через ключи DD2.3, DD2.4, работой которых управляют прямоугольные импульсы, сдвинутые по фазе на 180^о от импульсов опорного генератора 1, эти импульсы так же подаются через ограничивающий ток резистор R10 на модулирующий элемент (диод) 12. На элементах R8-R12 собран узел 18 компенсационного подавления наводок модулирующего напряжения и регулировки порога срабатывания устройства при определенном уровне СВЧ-сигнала на входе устройства.

Исполнительный ключевой элемент 21 выполняет функцию интегратора-компаратора с очень высоким входным сопротивлением. В исходном состоянии на выходе элемента 21 удерживается высокий уровень логическая единица, которая через диод VD4 затормаживает генератор 7 на DD1.5 и DD1.6. Индикатор 8 не горит, ключ DD2.1 и DD2.2 подключения пьезоизлучателя 6 к дополнительным инверторам DD1.3 и DD1.4 опорного генератора закрыты.

При поступлении СВЧ-сигнала на вход устройства в точке КТ1 на фоне шумов и помех появляется полезный сигнал прямоугольной формы с равной частотой и определенной фазой по отношению к модулирующему сигналу на диоде 11. Сигнал воздействует на С7, С8, накапливая за несколько периодов нижнее и верхнее значения полезного сигнала. Напряжение шумов и помех имеет случайную фазу и достигает уровня ниже порога срабатывания ключевого элемента 21. Разность потенциалов на С7, С8 при достижении порога срабатывания переводит ключевой элемент 21 в низкий уровень логический ноль, который запускает схему формирования звукового сигнала и включает индикатор оповещения 8. Исполнительная часть схемы вырабатывает прерывистый звуковой сигнал, который сопровождается миганием индикатора 8. Частоту мигания и повторения звуковых посылок определяет генератор 7. Тональность генератора зависит от частоты генератора 1.

Плавность нарастания и спада амплитуды звуковых колебаний обеспечивается подключением входов управления ключей 4 и 5 к выходу DD1.6. Для достижения максимального переменного напряжения на пьезоизлучателе 6 используются два ключа 4, 5. В режиме ожидания эти ключи полностью отключают излучатель 6 от DD1. Этим полностью устраняется эффект "подписк", который может возникать из-за прохождения сигнала от основного генератора 1 по имеющимся внутри DD1 гальваническим связям.

Источник питания выполнен на VD5, C9, DA3 и С6 с цепями подавления помех, защиты от подключения с обратной полярностью, перенапряжений, коротких замыканий внутри устройства и цепи индикации включения в бортовую сеть на индикаторе 9.

Наличие в устройстве усилителя очень слабых сигналов, генераторов, формирователей требует особых мер при проектировании печатного монтажа, выбора точек подключения с цепи питания и т.д.

Рассмотренное схемотехническое решение позволяет достаточно просто с минимальным числом элементов разработать детектор СВЧ-поля, который не требует регулировок и элементов настройки. Устройство обладает хорошей повторяемостью и надежностью при эксплуатации. Чувствительность к СВЧ-сигналу в данном случае зависит только от качества подбора СВЧ-диодов.

Использование: средства регистрации СВЧ-поля. Сущность изобретения: в детекторе СВЧ-поля детекторный и модулирующий элементы установлены в волноводе. При наличии СВЧ-поля модулирующий элемент периодически включается, что приводит к периодическому появлению сигнала на детекторном элементе. Детектирование данного сигнала осуществляется синхронно с модуляцией модулирующего элемента, что позволяет выделить присутствующий сигнал и эффективно зарегистрировать его. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ДЕТЕКТОР СВЧ-ПОЛЯ, содержащий антенну, к выходу которой подключен волновод, в котором установлены детекторный и модулирующий элементы, при этом выход детекторного элемента через малошумящий усилительный блок подключен к первому входу амплитудного синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом модулирующего элемента, а управляющий вход амплитудного синхронного детектора соединен с выходом опорного генератора прямоугольных импульсов, который соединен с выходом модулирующего элемента, выход амплитудного синхронного детектора соединен с выходом интегратора компаратора, ключ управления, соединенный с пьезоизлучателем, индикатор оповещения, отличающийся тем, что введен управляемый генератор, включенный между выходом интегратора-компаратора и входом ключа управления, управляющий вход которого соединен с выходом опорного генератора прямоугольных импульсов, при этом индикатор оповещения подключен к выходу управляемого генератора. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что малошумящий усилительный блок выполнен в виде малошумящего операционного усилителя, выход которого через RC-цепь связан с входом однокаскадного транзисторного усилителя.