УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ СВЧ Российский патент 1996 года по МПК G01R21/07 H01P1/218 

Изобретение относится к области СВЧ измерительной техники и может быть использовано в миллиметровом и КВЧ диапазонах длин волн для допускового контроля уровня мощности излучения активных приборов СВЧ в радиолокации и электронной технике.

Известно устройство для частотно-селективного преобразования мощности СВЧ-колебаний дециметрового и сантиметрового диапазона длин волн на основе гиромагнитного преобразователя (ГП), работающего в режиме кроссумножения, описанное в [1] Модуляция ГП и съем преобразованного сигнала осуществляются с помощью микрокатушки, окружающей гиромагнитный резонатор.

Однако с ростом частоты снижается коэффициент преобразования и работа этого устройства в мм- и КВЧ-диапазонах длин волн не эффективна.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для частотно-селективного преобразования и измерения мощности СВЧ [2] состоящее из каскадно-соединенных гиромагнитного преобразователя проходящей мощности, аттенюатора и кристаллического (полупроводникового) детектора. К высокочастотному входу ГП подключается модулятор, обеспечивающий режим кроссумножения. Съем преобразованного сигнала осуществляется с выхода кристаллического детектора. Однако амплитуда преобразованного сигнала зависит от мощности входного сигнала СВЧ на заданной частоте, что не обеспечивает допусковый контроль, а при продвижении в миллиметровую и КВЧ-область длин волн чувствительность и избирательность устройства снижаются.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, обеспечении оперативного частотно-селективного допускового контроля уровня мощности СВЧ, в том числе миллиметрового и КВЧ-диапазона длин волн при возможности преобразования и измерения мощности.

Эта задача решается тем, что в известное устройство для частотно-селективного преобразования мощности СВЧ, содержащее модулирующий гиромагнитный преобразователь, с СВЧ выходом которого последовательно соединены аттенюатор и СВЧ-детектор, введен усилительный блок, вход которого соединен с выходом СВЧ-детектора, а выход подключен к высокочастотному входу модулирующего гиромагнитного преобразователя.

Кроме того, СВЧ-детектор выполнен в виде демодулирующего гиромагнитного преобразователя.

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство содержит модулирующий гиромагнитный преобразователь 1, с СВЧ-выходом которого последовательно соединены аттенюатор 2 и СВЧ-детектор 3 (например, кристаллический или демодулирующий гиромагнитный преобразователь), узкополосный усилительный блок 4, выход которого подключен к высокочастотному входу гиромагнитного преобразователя 1, а вход блока 4 соединен с выходом СВЧ-детектора 3, блок индикации 5 (осциллограф или вольтметр), подключенный, например, к выходу СВЧ-детектора 3.

Предлагаемый частотно-селективный преобразователь мощности СВЧ работает следующим образом.

Исследуемый СВЧ-сигнал, частота которого попадает на склон резонансной кривой гиромагнитного преобразователя 1, модулируется им, ослабляется до необходимого уровня аттенюатором 2, детектируется СВЧ-детектором 3. Продетектированный сигнал имеет спектр, составляющие которого являются гармониками частоты модуляции гиромагнитного преобразователя 1, амплитуды гармоник пропорциональны мощности исследуемого СВЧ-сигнала. Одна из гармоник, например первая, как самая интенсивная выделяется и усиливается узкополосным блоком 4, поступает на высокочастотный вход гиромагнитного преобразователя 1 и модулирует резонансную частоту его гиромагнитного резонатора.

Если мощность исследуемого сигнала СВЧ на частоте настройки гиромагнитного преобразователя 1 превосходит установленный нормативами контроля пороговый уровень, который задается с помощью аттенюатора 2, то в устройстве возбуждается высокочастотная генерация на частоте настройки ускополосного усилительного блока 4 при соблюдении условий баланса фаз и амплитуд. Если же мощность СВЧ-сигнала меньше порогового уровня, то генерация отсутствует. Блок индикации 5 регистрирует сигнал генерации, несущий информацию о входном сигнале СВЧ.

Уровень мощности сигнала СВЧ, превосходящего заданный пороговый уровень, не влияет на амплитуду сигнала генерации в кольце обратной связи, образовавшегося за счет включения усилительного блока 4 на выходе СВЧ-детектора 3 и входе модулирующего гиромагнитного преобразователя 1. Амплитуда сигнала, наблюдаемого на блоке индикации 5, постоянна. Измерение мощности сигнала СВЧ осуществляется путем измерения ширины зоны генерации, образуемой при перестройке гиромагнитного преобразователя 1 по частоте (ширина зоны пропорциональна мощности сигнала).

На его СВЧ-вход поступает сигнал СВЧ с частотой f_свч, а на ВЧ-вход модуляция с частотой f_мод. За счет стабильных нелинейных явлений в феррите при ферромагнитном резонансе в спектре огибающей СВЧ-сигнала на выходе ГП имеются гармоники частоты модуляции nf_мод, n 1, 2, 3, Амплитуды гармоник пропорциональны интенсивности входного СВЧ колебания на резонансной частоте ГП.

Далее эти гармоники ослабляются аттенюатором, детектируются детектором и с помощью узкополосного усилительного блока выделяется и усиливается одна из гармоник модуляции, например первая. Полученное колебание поступает на ВЧ-вход ГП в качестве сигнала модуляции за счет обратной связи. Осуществляется самомодуляция.

Модулирующий гиромагнитный преобразователь 1 может быть выполнен на основе гиромагнитного резонатора, как описано в [3] и работает в режиме кроссумножения, т. е. с модуляцией резонансной частоты резонатора. СВЧ-детектор 3 выполняется в виде демодулирующего гиромагнитного преобразователя, аналогично модулирующему, но он работает в режиме резонансного детектирования (без модуляции резонансной частоты гиромагнитного резонатора).

Введение в схему преобразователя узкополосного усилительного блока и обратной связи приводит к повышению чувствительности и избирательности устройства. Узкополосный блок навязывает определенную частоту модуляции гиромагнитному преобразователю. Амплитуда модуляции является собственной для исследуемого сигнала СВЧ, т.е. зависит только от его мощности и не зависит от мощности прочих сигналов в тракте СВЧ. Это обеспечивает повышение чувствительности и избирательности устройства. Выбором оптимальной частоты и амплитуды модуляции можно добиться максимального коэффициента преобразования устройства.

Выполнение СВЧ-детектора 3 в виде демодулирующего гиромагнитного преобразователя позволяет расширить динамический диапазон устройства в область больших мощностей. Это связано с тем, что гиромагнитный преобразователь является частотно-селективным устройством и не критичен к перегрузкам по мощности в отличие от кристаллического детектора. Если в тракте СВЧ присутствует много сигналов, то все они, за исключением сигнала, попадающего в полосу преобразования устройства, проходят без изменения на кристаллический детектор, мощности сигналов суммируются и могут перегружать кристаллический детектор, при этом работоспособность устройства обеспечивается смещением рабочей точки кристаллического детектора с помощью управляющего напряжения.

Демодулирующий гиромагнитный преобразователь детектирует только сигнал на полезной частоте, а перегрузки по мощности вне его полосы преобразования на его работу практически не влияют. Кроме того, гиромагнитный преобразователь обладает более равномерной частотной характеристикой (его коэффициент преобразования практически не зависит от частоты в рабочем диапазоне частот в достаточно хорошо согласованном тракте СВЧ).

Применение гиромагнитных преобразователей, выполненных на основе гексаферритовых монокристаллических резонаторов, позволяет расширить рабочий диапазон частот устройства в миллиметровую и КВЧ-область.

Возможность технической реализации заявляемого устройства и получения технического результата подтверждены экспериментально на макете преобразователя в 8-мм диапазоне длин волн. Гиромагнитный преобразователь выполнен на основе гексаферритового резонатора, обладающего шириной линии ФМР 100 МГц и поглощающего 10 дБ при ФМР, помещенного в прямоугольный волновод в точку с круговой поляризацией СВЧ-магнитного поля на диэлектрической подложке (пенопласт) и окруженного спиральной микрокатушкой, на которую поступал сигнал модуляции 10 кГц за счет кольца обратной связи с узкополосным блоком в виде селективного микровольтметра В6-9. Получена возможность устойчиво регистрировать и осуществлять допусковый контроль мощности свыше 10^-8 Вт/МГц при динамическом диапазоне устройства 40 дБ.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки
1. Измеритель спектральной плотности мощности панорамный ИСПМ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Мг 2.747.001 ТО. С. 11 - 14.

2. Измерители параметров СВЧ-сигналов на монокристаллах ферритов /В.Ф. Балаков и др. // Труды МЭИ N 464. М. МЭИ, 1980. С. 49 50 (прототип).

3. Использование гиромагнитных эффектов в монокристаллах ферритов для измерения параметров электромагнитных сигналов /В.Ф.Балаков и др. // V Междунар. конф. по гиромагнитной электронике и электродинамике. Тез. докладов. Т.З. 8 14 окт. 1980. М. 1980. С. 86, 91.

Изобретение относится к области СВЧ измерительной техники и обеспечивает оперативный частотно-селективный допусковый контроль уровня мощности СВЧ. Устройство содержит модулирующий гиромагнитный преобразователь 1, с СВЧ-выходом которого последовательно соединены аттенюатор 2 и СВЧ-детектор 3, узкополосный усилительный блок 4, выход которого подключен к высокочастотному входу гиромагнитного преобразователя 1, а вход блока 4 соединен с выходом СВЧ-детектора 3. Исследуемый СВЧ сигнал, частота которого попадает на склон резонансной кривой преобразователя 1, модулируется им, ослабляется анттенюатором 2, детектируется СВЧ-детектором 3. Одна из гармоник выделяется и усиливается блоком 4, поступает на вход преобразователя 1 и модулирует резонансную частоту его гиромагнитного резонатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для частотно-селективного преобразования мощности СВЧ, содержащее модулирующий гиромагнитный преобразователь, имеющий СВЧ и ВЧ входы и СВЧ выход, к которому последовательно подсоединены аттенюатор и СВЧ детектор, отличающееся тем, что в него введен узкополосный усилительный блок, вход которого соединен с выходом СВЧ детектора, а выход подключен к ВЧ входу модулирующего гиромагнитного преобразователя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что СВЧ детектор выполнен в виде демодулирующего гиромагнитного преобразователя.