УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВЕТВЛЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПРЯМОЙ И ОТРАЖЕННОЙ МИКРОВОЛНОВОЙ МОЩНОСТИ В КВАЗИОПТИЧЕСКОМ ТРАКТЕ Российский патент 2015 года по МПК G01R27/00 

Описание патента на изобретение RU2548392C1

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.

Известны устройства для ответвления и регистрации СВЧ мощности в квазиоптических трактах (RU №2079144, RU №1786560, SU №1814115).

Известны устройства для ответвления и регистрации мощности в СВЧ системах миллиметрового диапазона (RU №2327262, RU №2121736, US 7683734).

Известные устройства не работают при мощностях более 1 кВт при длительностях импульса 1-100 мс в широком диапазоне миллиметровых волн.

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).

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.

Задача предлагаемого изобретения - создание устройства для ответвления и регистрации прямой и отраженной мощности в квазиоптическом тракте большой мощности в диапазоне частот 30-80 ГГц.

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.

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.

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.

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:

- определение баланса мощностей - поступающей в нагрузку мощности, отраженной мощности;

- определение спектрального состава излучения;

- подавление фоновых сигналов при регистрации полезных.

С учетом сформулированных выше задач было учтено наличие в квазиоптическом тракте неоднородностей, на которых пучок может испытывать отражение и попадать в приемные каналы.

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.

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.

Корпус и цилиндры могут быть выполнены из оргстекла.

Делитель пучка может быть выполнен из слабоотражающей и слабопоглощающей пластинки, которая отражает малую (~0,01…0,03) часть мощности.

Поглотитель и коллиматор могут быть выполнены из поглощающего материала с коэффициентом поглощения 30-40 дБ в используемом диапазоне частот.

Диафрагма модет быть выполнена из металлической фольги с отверстием диаметром ≤0,2 мм.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

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.

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.

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.

Технический результат достигается только в пределах указанных выше соотношений, что подтверждается проведенными экспериментами.

Похожие патенты RU2548392C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ В КВАЗИОПТИЧЕСКОМ ТРАКТЕ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Аплеталин Владимир Николаевич
  • Зубов Александр Сергеевич
  • Казанцев Юрий Николаевич
  • Солосин Владимир Сергеевич
RU2079144C1
Способ обеззараживания воздуха широкополосным микроволновым излучением и устройство для его осуществления 2023
  • Минеев Кирилл Владимирович
  • Розенталь Роман Маркович
RU2812606C1
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ПРИМЕРЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЧ-УСТРОЙСТВ 2006
  • Гусинский Александр Владимирович
  • Кострикин Анатолий Михайлович
  • Толочко Татьяна Константиновна
RU2379699C2
МИКРОВОЛНОВЫЙ ОДНОКАНАЛЬНЫЙ РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТР С ВОЛНОВЕДУЩИМ ЗОНДИРУЮЩИМ ТРАКТОМ 2013
  • Орехов Юрий Иванович
  • Марков Александр Викторович
  • Корнев Николай Сергеевич
  • Михайлов Анатолий Леонидович
  • Родионов Алексей Вячеславович
  • Хворостин Владимир Николаевич
RU2569581C2
ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ОСАЖДЕНИЯ АЛМАЗНЫХ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 2009
  • Вихарев Анатолий Леонтьевич
  • Горбачев Алексей Михайлович
  • Денисов Григорий Геннадьевич
  • Соболев Дмитрий Игоревич
RU2416677C1
МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ И СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЕЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 2003
  • Столяров О.И.
RU2253193C2
Способ передачи электромагнитной энергии по квазиоптическому тракту на сверхразмерных круглых волноводах 1990
  • Лебедюк Игорь Иосифович
  • Шевченко Юрий Дмитриевич
SU1786560A1
Устройство для допускового контроля КСВ 1989
  • Кориневский Лев Аркадьевич
  • Хацанский Вилен Михайлович
SU1741085A1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Черняков Г.М.
  • Балашов А.Ф.
  • Кудрицкий В.Д.
RU2098016C1
СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 2009
  • Баранов Павел Георгиевич
  • Бабунц Роман Андреевич
  • Бадалян Андрей Гагикович
  • Романов Николай Георгиевич
RU2411529C1

Реферат патента 2015 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВЕТВЛЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПРЯМОЙ И ОТРАЖЕННОЙ МИКРОВОЛНОВОЙ МОЩНОСТИ В КВАЗИОПТИЧЕСКОМ ТРАКТЕ

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом зеркальном тракте большой мощности (1-500 кВт) при длительности импульса СВЧ 1-100 мс, в диапазоне частот 30-80 ГГц. Устройство 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. Технический результат заключается в возможности измерения и определения баланса мощностей - поступающей в нагрузку мощности, отраженной мощности, а также определении спектрального состава отраженного излучения при подавлении фоновых сигналов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 548 392 C1

1. Устройство для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом зеркальном тракте, характеризующееся тем, что 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.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что корпус и цилиндры выполнены из оргстекла.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что делитель пучка выполнен из слабоотражающей и слабопоглощающей пластинки, которая отражает малую (~0,01…0,03) часть мощности.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что поглотитель и коллиматор выполнены из поглощающего материала с коэффициентом поглощения 30-40 дБ в используемом диапазоне частот.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что диафрагма выполнена из металлической фольги с отверстием диаметром ≤0,2 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2548392C1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ В КВАЗИОПТИЧЕСКОМ ТРАКТЕ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Аплеталин Владимир Николаевич
  • Зубов Александр Сергеевич
  • Казанцев Юрий Николаевич
  • Солосин Владимир Сергеевич
RU2079144C1
Водноводный ответвитель 1990
  • Косаковский Игорь Герасимович
SU1814115A1
СВЧ-ОТВЕТВИТЕЛЬ 2006
  • Евсеев Николай Владимирович
  • Ландсберг Иван Леонович
  • Смирнов Владимир Васильевич
RU2327262C2
US 6876272 B2, 05.04.2005
US 3649934 A, 14.03.1972

RU 2 548 392 C1

Авторы

Батанов Герман Михайлович

Колик Леонид Викторович

Харчев Николай Константинович

Борзосеков Валентин Дмитриевич

Кончеков Евгений Михайлович

Степахин Владимир Дмитриевич

Гусейн-Заде Намик Гусейнага Оглы

Тараканова Елена Николаевна

Даты

2015-04-20Публикация

2013-12-13Подача