Способ измерения частоты сигнала генератора и устройство для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК G01R23/14 G01N22/00 H01P1/08 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений.

Известен «Способ изготовления ввода / вывода энергии СВЧ-прибора с баночным окном» (Патент РФ №2268519, МПК: Н01Р 1/08, H01j 23/36, опубл. 20.01.2006, Бюл. №2), содержащий диэлектрический диск, основанный на согласовании баночного окна путем уменьшения объема диэлектрического диска, при этом измеряют частоты паразитного резонанса вида Н₁₁₁⁽²⁾ несогласованных баночных окон с разными диэлектрическими дисками, определяют разности между этими частотами и частотой того же паразитного резонанса согласованного баночного окна и в соответствии с полученной разницей уменьшают объемы диэлектрических дисков в несогласованных баночных окнах так, чтобы частоты паразитного резонанса вида H₁₁₁⁽²⁾ несогласованных баночных окон и согласованного баночного окна сравнялись с погрешностью не более 0,5%.

Недостаток этого способа состоит в том, что он не может обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, так как при высоком давлении диэлектрический диск баночного окна будет разрушен и выдавлен из объема с высоким давлением в объем с низким, например, атмосферным давлением, при этом исследуемый газ, характеристики которого измеряются с помощью генератора, неизбежно будет смешиваться с атмосферным воздухом.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ измерения частоты сигнала генератора (Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Бахарев С.Н., Вольман В.И., Либ Ю.Н., и др.; Под. ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с., ил. (с. 213, рис. 4.70), основанный на генерации сигнала частоты генератора f_c, передаче полученного сигнала из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты сигнала генератора f_c.

Недостаток состоит в том, что этот способ не может обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением порядка нескольких МПа в объем, находящийся под низким.

Авторам не известны способы вывода частот сигналов генераторов, работающих под высокими давлениями измеряемых газов, в объемы с низкими давлениями, при которых осуществляется измерение этих частот различными частотомерами.

Известно устройство (Кушнир Ф.В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. - М.: Связь, 1980. - 176 с., ил. Раздел 7.3, 128 с.), содержащее последовательно соединенные генератор, устройство подключения генератора к входному устройству частотомера, частотомер.

Недостатком этого устройства является невозможность обеспечения вывода сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем, находящийся под низким давлением, при котором измеряется частота сигнала генератора частотомером.

Известен «Коаксиально-полосковый переход» (Патент РФ №2080700, МПК: Н01Р 5/08, опубл. 27.05.1997), содержащий корпус, внутренний проводник, диэлектрическую втулку, причем диэлектрическая втулка с полосковой стороны коаксиально-полоскового перехода имеет диаметр меньше внутреннего диаметра корпуса и выступающий элемент, а полость, образованная внутренней частью корпуса, диэлектрической втулкой, выступающим элементом и внутренним проводником, заполнена связующим диэлектрическим веществом.

Недостатком устройства является невозможность обеспечения вывода частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство (П.И. Овсищер, Ю.В. Голованов, В.П. Ковешников и др. Несущие конструкции РЭА, - М.: Радио и связь, 1988. - 232 с., ил., раздел 4.2, 83-84 с.) выполненное в виде герметичного блока и содержащее корпус, заполненный газом (сухим азотом под давлением 1,2⋅10⁵ Па) с установленным в нем генератором, герметичное диэлектрическое окно, в котором установлен герметичный коаксиально-полосковый переход, и частотомер, подключенный к коаксиальному выходу коаксиально-полоскового перехода.

Недостатком устройства является невозможность обеспечения вывода сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.

Задачей изобретения является создание способа и устройства, позволяющих обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемых способа и устройства, является измерение частоты сигнала генератора частотомером.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе заключающимся в генерации сигнала частоты генератора f_c, передаче его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты генератора f_c, делят мощность сигнала генератора частоты f_c пополам, одну половину мощности сигнала генератора частоты f_c умножают в n раз, фильтруют сигнал частоты n⋅f_c, генерируют сигнал гетеродина частоты f_г, где f_г равна или близка к частоте n⋅f_c, синхронизируют сигнал гетеродина частоты f_г сигналом частоты n⋅f_с, делят мощность сигнала гетеродина пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частотой n⋅f_c перемножают с сигналом другой половины мощности сигнала генератора частоты f_c, фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c, передают его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, другую половину мощности сигнала гетеродина частотой n⋅f_c передают из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал гетеродина частоты n⋅f_c на сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c, фильтруют сигнал генератора частоты f_c и измеряют частоту сигнала генератора f_c.

Технический результат достигается за счет новой последовательности операций над сигналами.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство измерения частоты сигнала генератора, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленный в нем генератор, герметичное диэлектрическое окно и частотомер дополнительно введены последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в первое герметичное диэлектрическое окно, а также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной, второй смеситель и последовательно включенный третий полосно-пропускающий фильтр, выход которого соединен с частотомером, причем второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя, а второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной, вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя.

Технический результат достигается за счет введения новых блоков и связей между ними. Новая конструкция устройства позволяет вывести частоту сигнала генератора из объема, заполненного газом под высоким давление в объем с низким (атмосферным) давлением.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема последовательности операций, реализуемых заявляемым способом.

Способ измерения частоты сигнала генератора осуществляется следующим образом: генератор генерирует частоту f_c, мощность сигнала этого генератора частоты f_c делят пополам, сигнал одной половины мощности частоты генератора f_c умножают в n раз и фильтруют, гетеродин генерирует частоту гетеродина f_г, которую затягивают и синхронизируют сигналом частоты n⋅f_c, получают сигнал гетеродина частотой f_г=n⋅f_с, мощность сигнала гетеродина частоты n⋅f_с делят пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частоты n⋅f_c перемножают с сигналом частоты генератора f_c и фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c, далее осуществляют передачу сигнала суммарной частоты (n+1)⋅f_c из объема высокого давления в объем низкого давления по радиоканалу, оба сигнала суммарной частоты (n+1)⋅f_c и частоты гетеродина n⋅f_c, переданные из объема высокого давления в объем низкого давления, перемножают и фильтруют сигнал частоты генератора f_c, частоту которого f_c измеряют при низком давлении.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 2 приведена схема электрическая структурная заявленного устройства и введены следующие обозначения:

1. Корпус;

2. Генератор;

3. Первый делитель мощности;

4. Умножитель частоты;

5. Первый полосно-пропускающий фильтр;

6. Гетеродин;

7. Второй делитель мощности;

8. Первый смеситель;

9. Второй полосно-пропускающий фильтр;

10. Первая передающая рупорная антенна;

11. Герметичное диэлектрическое окно;

12. Первая приемная рупорная антенна;

13. Второй смеситель;

14. Третий полосно-пропускающий фильтр;

15. Частотомер;

16. Вторая передающая рупорная антенна;

17. Вторая приемная рупорная антенна;

18. Второе герметичное диэлектрическое окно.

Устройство содержит корпус 1, заполненный газом под высоким давлением, в котором расположены последовательно включенные генератор 2, первый делитель мощности 3, умножитель частоты 4, первый полосно-пропускающий фильтр 5, гетеродин 6, второй делитель мощности 7, первый смеситель 8, второй полосно-пропускающий фильтр 9, первая передающая рупорная антенна 10, герметичное диэлектрическое окно 11, первая приемная рупорная антенна 12, второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 и частотомер 15, второй выход второго делителя мощности 7 соединен со второй передающей рупорной антенной 16, соединенной с второй приемной рупорной антенной 17 через второе герметичное диэлектрическое окно 18, выход которой соединен со вторым входом второго смесителя 13, а второй выход первого делителя мощности 3 соединен со вторым входом первого смесителя 8, причем герметичные диэлектрические окна 11 и 18 расположены в корпусе 1 и разделяют области высокого и низкого давления. Второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 и частотомер 15, а также приемные рупорные антенны 12 и 17 расположены в области низкого давления.

Генератор 2 содержит коаксиальный резонатор, заполненный измеряемым газом [1].

Первый делитель мощности 3, умножитель частоты 4, первый полосно-пропускающий фильтр 5, второй делитель мощности 7, первый смеситель 8, второй полосно-пропускающий фильтр 9, второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 выполнены на несимметричных полосковых линиях [2].

Гетеродин 6 содержит коаксиальный герметичный резонатор.

В качестве частотомера 15 может использоваться электронно-счетный частотомер, например, марки ЧЗ-33.

Устройство работает следующим образом. Генератор 2 генерирует сигнал частотой f_c, который поступает на вход первого делителя мощности 3, делящий мощность сигнала генератора 2 пополам, с первого выхода первого делителя мощности 3 сигнал частоты f_c поступает на умножитель частоты 4, образующиеся сигналы гармоник высокой кратности поступают на первый полосно-пропускающий фильтр 5 с высокой добротностью, из них фильтруется сигнал частоты n⋅f_c, где n порядка 10, гетеродин 6 генерирует сигнал частоты f_г, близкий по частоте к n⋅f_c, и при подаче на него сигнала частоты n⋅f_c переходит в режим затягивания частоты и синхронизируется так, что его частота f_г становится равной n⋅f_c, то есть f_г=n⋅f_c. Сигнал этой частоты с выхода гетеродина 6 подается на второй делитель мощности 7, с первого выхода которого сигнал частоты n⋅f_c подается на первый вход первого смесителя 8, а на второй вход первого смесителя 8 подается сигнал частоты f_c со второго выхода первого делителя мощности 3. Первый смеситель 8 перемножает сигналы частот f_c и n⋅f_c, образующиеся сигналы комбинационных частот фильтруются вторым полосно-пропускающим фильтром 9 с частотой настройки (n+1)⋅f_c. Сигнал частоты (n+1)⋅f_c подается на первую передающую рупорную антенну 10 и через герметичное диэлектрическое окно 11, поступает (по радиоканалу) в первую приемную рупорную антенну 12, работающую в объеме низкого давления. Сигнал частоты (n+1)⋅f_c с выхода первой приемной антенны 12 подается на первый вход второго смесителя 13. Сигнал частоты n⋅f_c со второго выхода второго делителя мощности 7 через вторую передающую рупорную антенну 16, второе герметичное диэлектрическое окно 18, вторую приемную рупорную антенну 17, работающую в объеме низкого давления, подается (по радиоканалу) на второй вход второго смесителя 13. Второй смеситель 13 перемножает сигналы частот (n+1)⋅f_c и n⋅f_c, образующиеся сигналы комбинационных частот фильтруются третьим полосно-пропускающим фильтром 14 с частотой настройки f_c. Этот сигнал частоты генератора f_c подается на вход частотомера 15 и измеряется.

На основании вышеизложенного и по сравнению с прототипами предлагаемые способ и устройство позволяют достигнуть технического результата, а именно вывести сигнал частоты генератора из объема, заполненного газом под высоким давление в объем с низким давлением.

Использованные источники информации

1. Транзисторные радиопередатчики. В.И. Каганов. М.: «Энергия», 1970 г.

2. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Бахарев С.Н., Вольман В.И., Либ Ю.Н., и др.; Под. ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерений физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений. Технический результат: реализация назначения. Сущность: устройство измерения частоты генератора содержит корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленный в нем генератор, первое герметичное диэлектрическое окно, последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в первое герметичное диэлектрическое окно. В корпусе установлено также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной. Устройство содержит также второй смеситель и последовательно включенный третий полосно-пропускающий фильтр, выход которого соединен с частотомером. Второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя. Второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной. Вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения частоты сигнала генератора, заключающийся в генерации сигнала частоты генератора f_c, передаче его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты генератора f_c, отличающийся тем, что делят мощность сигнала генератора частоты f_c пополам, одну половину мощности сигнала генератора частоты f_c умножают в n раз, фильтруют сигнал частоты n⋅f_c, генерируют сигнал гетеродина частоты f_г, где f_г равна или близка к частоте n⋅f_c, синхронизируют сигнал гетеродина частоты f_г сигналом частоты n⋅f_c, делят мощность сигнала гетеродина пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частотой n⋅f_c перемножают с сигналом другой половины мощности сигнала генератора частоты f_c, фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c, передают сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, другую половину мощности сигнала гетеродина частотой n⋅f_c передают из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал гетеродина частоты n⋅f_c на сигнал суммарной частоты (n+1)⋅f_c, фильтруют сигнал генератора частоты f_c и измеряют частоту сигнала генератора f_c.

2. Устройство измерения частоты сигнала генератора для осуществления способа по п. 1, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленные в нем генератор, герметичное диэлектрическое окно, а также частотомер, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в герметичное диэлектрическое окно, а также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной, второй смеситель и последовательно включенные третий полосно-пропускающий фильтр и частотомер, причем второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя, а второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной, вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя, выход генератора соединен со входом первого делителя мощности, а герметичные диэлектрические окна расположены в корпусе.