СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ СВЧ ИМПУЛЬСОВ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2017 года по МПК G01R21/00 

Известен «Способ определения пиковой мощности СВЧ-радиоимпульсов» по а.с. 1133997, G01R 21/04 (приор. от 06.11.80 г.) В.К. Петренко, по которому измеряют среднюю мощность Рср СВЧ-радиоимпульсов (за период повторения импульсов), выделяют видеоимпульсы огибающей по мощности (с помощью детектора СВЧ), по которым формируют эталонные прямоугольные видеоимпульсы: изменяют и сравнивают их с реальным, произвольным по форме импульсом огибающей по мощности, добиваясь равенства амплитуд видеоимпульсов, после чего изменяют длительность эталонных прямоугольных импульсов, достигая равенства площадей видеоимпульсов, а затем измеренное значение Рср умножают на отношение периода повторения к длительности эквивалентного прямоугольного видеоимпульса, τэ, т.е. Рп=Рср⋅Тп/τэ. Указанный способ позволяет измерять импульсы произвольной формы, но лишь их пиковую мощность Рп, причем без использования коэффициента формы Кф, предлагаемого в учебниках по радиоизмерениям в формуле с Рср и скважностью Q (отношение периода повторения к длительности импульса τи на уровне 0,5 Рп): Рп=Кф⋅Рср⋅Тп/τи.

В реальной практике всегда получаются импульсы с более или менее протяженными фронтами и срезами, а порой и с большими выбросами. Более того, нередко их специально формируют по огибающей мощности в гауссовы или косинусквадратные импульсы СВЧ. Особенно в радиолокации, где необходимо знание не пиковой а среднеимпульсной мощности Ри. Она пропорциональна энергии импульса СВЧ - . Проблемой в определении Ри стала неопределенность с длительностью импульса τи, которую для видеоимпульсов принято определять по уровню 0,5 от их амплитуды. Как наглядно показано на рис. 2.2 (с. 11) книги М.И. Билько, А.К. Томашевского «Измерение мощности на СВЧ», М., «Радио и связь», 1986 г., при уровне отсчета импульса огибающей по мощности на уровне 0.5 от его амплитуды импульсная мощность Ри может быть более пиковой мощности Рп, что явно абсурдно. При известном там же подходе с формулой 2.8 (с. 12) - Рп=Кф⋅Q⋅Рср. Подчеркнем, что в определении Кф используется эквивалентный прямоугольный импульс «той же ширины и площади», где его ширина - длительность по принятому уровню 0,5 от Рп. Полный учет площади импульса мощности на практике происходит за счет теплового измерения Рср. При этом Рп будет всегда больше Ри, если только измерять длительность импульса не по уровню 0,5, а по нулевому уровню. Однако практически это нереально. Но если измерять его длительность на уровне, близком к нулевому, но явно выше уровня шумов, то это вполне реальная задача при современном уровне радиоизмерительной техники (например, широкополосным осциллографом).

Поэтому введем понятие длительности импульса огибающей по мощности на квазинулевом уровне . Уровень отсчета α при этом можно будет выбирать исходя из допустимой методической погрешности из-за остаточных «хвостов» -- ΔS импульсов произвольной формы, находящихся за пределами . Примем . Рассчитаем погрешность при ряде уровней отсчета α для нескольких по форме типов импульсов, имеющих математическую формулу описания, и сведем результаты преобразований и расчетов в таблицу.

Здесь Ф - табличный интеграл вероятности.

Как и следовало ожидать, наибольшее значение погрешности δРи импульсов с протяженными «хвостами» (1 и 2) - экспоненты и гауссова. Но чисто экспоненциальный импульс реально и обычно бывает лишь в композиции с прямоугольным, а погрешность в этом случае будет уменьшаться пропорционально отношению площадей прямоугольной составляющей к экспоненциальным. Поэтому, если теоретически определять импульсную мощность как то реальная формула измерения будет в виде: , где . При этом возможная реализация способа может быть представлена на фиг. 1.

Здесь 1 - направленный ответвитель, 2 - измеритель средней мощности, 3 - калиброванный переменный аттенюатор, 4 - детектор СВЧ, 5 - измеритель временных интервалов импульсов (осциллограф).

Для пояснения работы и необходимости указанного аттенюатора приведем фиг.2.

Здесь совмещены три графика зависимости: вольт-ваттная характеристика (ВВХ) детектора СВЧ, зависимость импульсов входной мощности во времени и зависимость выходных видеоимпульсов огибающей по мощности во времени. У линейного участка ВВХ обозначена точка Рп2, означающая границу линейного участка ВВХ детектора СВЧ, под значение которой переменным аттенюатором устанавливается уровень входной пиковой мощности, которой соответствует амплитуда видеоимпульса огибающей по мощности Uк. Это значение запоминается и/или становится опорным. Затухание калиброванного аттенюатора изначально устанавливается максимальным (с учетом выставки Рп2 и выбранного квазинулевого уровня отсчета ). Затем затухание калиброванного переменного аттенюатора уменьшают и тем самым увеличивают Рп на входе детектора СВЧ. При этом форма импульса огибающей выше уровня отсчета Uк, разумеется, будет искажаться, но для нашей задачи измерения длительности импульса на заданном низком или квазинулевом уровне все равно будет соответствовать огибающей по мощности, что принципиально важно. После этого в точках пересечения опорного уровня с огибающей по мощности измеряется длительность импульса и период повторения Тп (для него уровень отсчета не имеет значения), а затем вычисляется искомая импульсная мощность импульса СВЧ произвольной формы по вышеуказанной формуле. Подчеркнем, что предварительная установка Рп на уровень Рп2 позволяет обходиться без предварительного усиления видеоимпульсов огибающей. Усилитель, особенно при коротких импульсах, может значительно исказить их форму огибающей. При этом погрешность калиброванного аттенюатора не столь важна при достаточно низком уровне отсчета импульса СВЧ. К тому же она систематическая и может в какой-то мере учитываться. Принципиально важно, что при таком подходе не требуется определять коэффициент формы, необходимый лишь для Рп. А это говорит как о простоте способа измерения Ри, так и об уменьшении ее погрешности. Изначальную величину затухания переменного калиброванного аттенюатора СВЧ выбирают исходя из предполагаемого диапазона пиковых значений импульсов СВЧ, выбранной величины низкого уровня отсчета и величины конечного значения линейного участка ВВХ детектора СВЧ.

Изобретение относится к области имерений мощности СВЧ-сигналов, в частности к измерению импульсной СВЧ-мощности. Способ измерения импульсной мощности (Ри) импульсов СВЧ произвольной формы содержит этапы измерения средней мощности (Рср) импульсов СВЧ за период их повторения Тп, выделения видеоимпульсов импульсов их огибающей по мощности, полученной путем детектирования на линейном участке вольт-ваттной характеристики (ВВХ) детектора СВЧ, измерения временных параметров этой огибающей в виде периода повторения Тп и длительности импульса τu на заданном уровне 0,5 относительно амплитуды этого импульса, определении скважности Q, равной их отношению и дальнейшему перемножению Рср на Q. При этом на входе детектора СВЧ предварительно ослабляют пиковую мощность Рп на заданный расчетный предельный уровень Рп1 установленным переменным калиброванным аттенюатором, которым вначале устанавливают Рп2, соответствующий верхнему пределу линейного участка ВВХ детектора СВЧ, запоминают амплитуду видеоимпульса огибающей по мощности Uк в виде опорного уровня, а затем увеличивают величину Рп2 на входе детектора СВЧ путем уменьшения затухания калиброванного аттенюатора на величину, обратно пропорциональную требуемому низкому уровню отсчета , по которому определяют длительность огибающей по мощности путем ее отсчета в точках пересечения увеличенного видеоимпульса огибающей с ранее запомненным опорным уровнем, а полученное значение на квазинулевом уровне используют для расчета скважности как отношение Тп на . Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 ил.

Способ измерения импульсной мощности (Ри) импульсов СВЧ произвольной формы, состоящий в измерении средней мощности (Рср) импульсов СВЧ за период их повторения Тп, выделении видеоимпульсов импульсов их огибающей по мощности, полученной путем детектирования на линейном участке вольт-ваттной характеристики (ВВХ) детектора СВЧ, измерении временных параметров этой огибающей в виде периода повторения Тп и длительности импульса τ_u на заданном уровне 0,5 относительно амплитуды этого импульса, определении скважности Q, равной их отношению и дальнейшему перемножению Рср на Q, отличающийся тем, что с целью увеличения точности измерения Ри импульсов СВЧ произвольной формы на входе детектора СВЧ предварительно ослабляют пиковую мощность Рп на заданный расчетный предельный уровень Рп1 установленным переменным калиброванным аттенюатором, которым вначале устанавливают Рп2, соответствующий верхнему пределу линейного участка ВВХ детектора СВЧ, запоминают амплитуду видеоимпульса огибающей по мощности Uк в виде опорного уровня, а затем увеличивают величину Рп2 на входе детектора СВЧ путем уменьшения затухания калиброванного аттенюатора на величину, обратно пропорциональную требуемому низкому уровню отсчета , по которому определяют длительность огибающей по мощности путем ее отсчета в точках пересечения увеличенного видеоимпульса огибающей с ранее запомненным опорным уровнем, а полученное значение на квазинулевом уровне используют для расчета скважности как отношение Тп к .