Способ измерения частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, и устройство для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК G01R23/14 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерений физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений.

Известен способ измерения частоты сигнала генератора (Справочник по расчёту 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. – 328с., ил. (с.213, рис.4.70), основанный на генерации сигнала генератора частоты f_с, передаче сигнала генератора частоты f_с из объёма, заполненного газом, в объём низкого давления, например, атмосферного, измерении частоты сигнала генератора f_с.

Недостаток этого способа состоит в том, что он не может обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объёма, находящегося под высоким давлением порядка нескольких МПа в объём, находящийся под низким, например, атмосферным, давлением, при котором измеряется частота генератора частотомером, так как диэлектрическая вставка известного герметичного коаксиально-полоскового перехода будет выдавлена высоким давлением из объёма генератора в объём с низким давлением. Известные герметичные коаксиально-полосковые переходы разрабатывались и применялись для герметизации блоков радиоэлектронных средств с заполнением их объёмов инертными газами с давлениями порядка 1,5 атмосферы, то есть 1,5·10⁵ Па.

Наиболее близким к заявляемому способу является «Способ измерения частоты сигнала генератора и устройство для его осуществления», принятый за прототип (Патент РФ №2777293, МПК G01R 23/14, G01N 22/00, H01P 1/08, опубл.: от 02.08.2022, Бюл. №22), заключающийся в генерации сигнала частоты генератора f_с, передаче его из объёма, заполненного газом под высоким давлением, в объём низкого давления и измерении частоты генератора f_с, отличающийся тем, что делят мощность сигнала генератора частоты f_с пополам, одну половину мощности сигнала генератора частоты f_с умножают в n раз, фильтруют сигнал частоты n·f_c, генерируют сигнал частоты гетеродина 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 объёма, заполненного газом под высоким давлением, в объём низкого давления по радиоканалу, другую половину мощности сигнала гетеродина частотой n·f_c передают из объёма, заполненного газом под высоким давлением, в объём 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.

Недостаток этого способа состоит в том, что для измерения частоты сигнала генератора, работающего при высоком давлении, требуется провести значительное число операций. Уменьшение числа операций, необходимых для измерения частоты сигнала генератора, работающего при высоком давлении, эквивалентно в этом случае минимизации объёма, заполненного газом высокого давления.

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

Недостатком устройства является невозможность обеспечения вывода частоты сигнала генератора из объёма, находящегося под высоким давлением, в объём с низким, например, атмосферным давлением.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство измерения частоты сигнала генератора (Патент РФ №2777293, МПК G01R 23/14, G01N 22/00, H01P 1/08, опубл.: от 02.08.2022, Бюл. №22) содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленные в нём генератор, герметичное диэлектрическое окно, а также частотомер, в него дополнительно введены последовательно включённые первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приёмная рупорная антенна, установленные в герметичное диэлектрическое окно, а также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приёмной рупорной антенной, второй смеситель и последовательно включённые третий полосно-пропускающий фильтр и частотомер, причём второй выход первого делителя мощности соединён со вторым входом первого смесителя, а второй выход второго делителя мощности соединён с второй передающей рупорной антенной, вторая приёмная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приёмная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя, выход генератора соединён со входом первого делителя мощности, а герметичные диэлектрические окна расположены в корпусе.

Недостатком устройства является значительный объём корпуса высокого давления, необходимый для размещения радиоэлектронных средств.

Задачей является создание способа и устройства, позволяющих обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объёма, находящегося под высоким давлением, в объём с низким, например, атмосферным давлением при минимизации объёма высокого давления.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является измерение частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, при минимизации объёма высокого давления, что означает применение минимального количества элементов радиоэлектронных средств, находящихся в объёме высокого давления.

Технический результат (в способе) достигается тем, что в способе осуществляется генерация частоты сигнала f_с, передаче его из объёма, заполненного газом под высоким давлением, в объём низкого давления и измерении частоты сигнала генератора f_с дополнительно генерируют сигнал частоты кварцевого генератора f_кг, умножают и фильтруют сигнал частоты f_кг в n раз, генерируют сигнал частоты гетеродина f_г, где f_г равна или близка к частоте n·f_кг, синхронизируют сигнал частоты гетеродина f_г сигналом частоты n·f_кг, делят мощность сигнала n·f_кг пополам, передают сигнал одной половины мощности частоты n·f_кг из объёма низкого давления в объём высокого давления по радиоканалу, перемножают сигнал частоты генератора f_с на сигнал частоты n·f_кг и фильтруют сигнал суммарной частоты f_с+n·f_кг, передают сигнал суммарной частоты f_с+n·f_кг из объёма высокого давления в объём низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал суммарной частоты f_с+n·f_кг на сигнал частоты n·f_кг второй половины мощности, фильтруют сигнал генератора частоты f_с и измеряют частоту сигнала генератора f_с.

Технический результат достигается за счёт появления новой последовательности операций над сигналами, а именно: генерации частоты сигнала кварцевого генератора f_кг, умножении и фильтрации сигнала частоты f_кг в n раз, генерации сигнала частоты гетеродина f_г, где f_г равна или близка к частоте n·f_кг, синхронизации сигнала частоты гетеродина f_г сигналом частоты n·f_кг, делении мощности сигнала гетеродина частоты n·f_кг пополам и передаче половины мощности сигнала гетеродина частоты n·f_кг из объёма низкого давления в объём высокого давления по радиоканалу, перемножении сигнала частоты генератора f_с на сигнал частоты n·f_кг и фильтрации сигнала суммарной частоты f_с+n·f_кг, передаче сигнала суммарной частоты f_с+n·f_кг из объёма высокого давления в объём низкого давления по радиоканалу, перемножении сигнала суммарной частоты f_с+n·f_кг на сигнал частоты n·f_кг второй половины мощности, фильтрации сигнала генератора частоты f_с и измерении частоты сигнала генератора f_с, находящегося в объёме высокого давления, частотомером, работающим при низком давлении, например, атмосферным.

Технический результат (в устройстве) достигается тем, что устройство измерения частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленные в нём последовательно соединенные генератор, первый смеситель, первый полосно-пропускающий фильтр и первую передающую рупорную антенну, а также первую приёмную рупорную антенну, при этом первые передающая и приёмные рупорные антенны установлены в первом герметичном диэлектрическом окне, а также вторую передающую рупорную антенну и вторую приёмную рупорную антенну, установленные во втором герметичном диэлектрическом окне, последовательно соединенные второй смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр и частотомер, причём первая приёмная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя, дополнительно содержит последовательно соединенные кварцевый генератор, умножитель частоты, третий полосно-пропускающий фильтр, гетеродин и делитель мощности, первый выход которого соединён со второй передающей рупорной антенной, а второй выход – со вторым входом второго смесителя, при этом вторая приёмная рупорная антенна соединена со вторым входом первого смесителя.

Технический результат достигается за счёт введения новых блоков и связей между ними, а именно: последовательно включённых кварцевого генератора, умножителя частоты, третьего полосно-пропускающего фильтра, гетеродина и делителя мощности, первый выход которого соединён со второй передающей рупорной антенной, а второй выход – со вторым входом второго смесителя, а вторая приёмная рупорная антенна соединена со вторым входом первого смесителя.

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

Способ измерения частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, осуществляется следующим образом. Генератор генерирует сигнал частоты f_c, кварцевый генератор генерирует сигнал частоты f_кг, частота сигнала кварцевого генератора f_кг умножается в n раз, полученный сигнал частоты n· f_кг фильтруется. Гетеродин генерирует сигнал частоты f_г, этот сигнал синхронизируется по частоте сигналом частоты n· f_кг, мощность сигнала частоты n·f_кг делится пополам, сигнал одной половины мощности частоты n·f_кг передают из объёма низкого давления в объём высокого давления по радиоканалу, перемножают сигнал частоты генератора f_c на сигнал частоты n·f_кг и фильтруют сигнал суммарной частоты f_c+n·f_кг, передают сигнал суммарной частоты f_c+ n·f_кг из объёма высокого давления в объём низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал суммарной частоты f_c+ n· f_кг на сигнал частоты n·f_кг второй половины мощности, фильтруют сигнал генератора частоты f_c и измеряют частоту сигнала генератора f_c.

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

1-корпус;

2 - генератор;

3-первое герметичное диэлектрическое окно;

4-частотомер;

5-первый смеситель;

6- первый полосно-пропускающий фильтр;

7- первая передающая рупорная антенна;

8- первая приёмная рупорная антенна;

9-второе герметичное диэлектрическое окно;

10- вторая передающая рупорная антенна;

11- вторая приёмная рупорная антенна;

12-кварцевый генератор;

13- умножитель частоты;

14- третий полосно-пропускающий фильтр;

15-гетеродин;

16-делитель мощности;

17- второй смеситель;

18- второй полосно-пропускающий фильтр.

Устройство содержит корпус 1, заполненный газом под высоким давлением, установленный в нём генератор 2 и первое герметичное диэлектрическое окно 3, а также частотомер 4, последовательно соединенные первый смеситель 5, первый полосно-пропускающий фильтр 6, первую передающую рупорную антенну 7, первую приёмную рупорную антенну 8, при этом первая передающая рупорная антенна 7 и первая приёмная рупорная антенна 8 установленные в первое герметичное диэлектрическое окно 3, второе герметичное диэлектрическое окно 9 с установленными в него второй передающей рупорной антенной 10 и второй приёмной рупорной антенной 11, последовательно соединенные кварцевый генератор 12, умножитель частоты 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14, гетеродин 15 и делитель мощности 16, причём первый выход делителя мощности 16 соединён со второй передающей рупорной антенной 10, последовательно соединенные второй смеситель 17, второй полосно-пропускающий фильтр 18, выход которого соединён с частотомером 4, а второй выход делителя мощности 16 соединён со вторым входом второго смесителя 17, первый вход которого соединён с первой приёмной рупорной антенной 8, второй вход первого смесителя 5 соединён со второй приёмной рупорной антенной 11, а первый вход первого смесителя 5 соединён с выходом генератора 2. Первое герметичное диэлектрическое окно 3 и второе герметичное диэлектрическое окно 9 расположены в корпусе 1 и разделяют области высокого и низкого давления. Второй смеситель 17, второй полосно-пропускающий фильтр 18, частотомер 4, делитель мощности 16, третий полосно-пропускающий фильтр 14, гетеродин 15, умножитель частоты 13, кварцевый генератор, а также первая приёмная рупорная антенна 8 и вторая передающая рупорная антенна 10 расположены в области низкого давления.

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

Кварцевый генератор 12 выполнен по классической схеме емкостной трёхточки.

Элементы 5,6,13,14,15 выполнены на несимметричных полосковых линиях [2].

В качестве частотомера 4 может использоваться электронный частотомер, например, марки Ч3-33.

Устройство работает следующим образом. Генератор 2 генерирует частоту f_c, которая поступает на первый вход первого смесителя 5. Кварцевый генератор 12 генерирует частоту f_кг. Сигнал кварцевого генератора 12 поступает на вход умножителя частоты 13, который умножает частоту в n раз, где число n порядка 10. Сигнал частоты n·f_кг фильтруется третьим полосно-пропускающим фильтром 14 и подаётся на схему гетеродина 15, частота которого f_г близка к частоте n ·f_кг. Сигнал гетеродина 15 частоты f_г затягивается и синхронизируется сигналом частоты n·f_кг, то есть f_г =n·f_кг. Сигнал гетеродина 15 поступает на вход делителя мощности 16, с помощью которого мощность сигнала частоты n·f_кг делится пополам. С первого выхода делителя мощности 16 сигнал частоты n·f_кг подаётся на вторую передающую рупорную антенну 10, по радиоканалу через второе герметичное диэлектрическое окно 9 и вторую приёмную рупорную антенну 11 поступает на второй вход первого смесителя 5. Первый смеситель 5 перемножает сигналы частоты f_c и частоты n·f_кг, из получившихся сигналов комбинационных частот выделяется сигнал суммарной частоты f_c+n·f_кг первым полосно-пропускающим фильтром 6. Сигнал суммарной частоты f_c+n·f_кг с помощью первой передающей рупорной антенны 7 по радиоканалу через первое герметичное диэлектрическое окно 3 поступает в первую приёмную рупорную антенну 8 и далее на первый вход второго смесителя 17, на второй вход которого подаётся сигнал частоты n·f_кг со второго выхода делителя мощности 16.

Второй смеситель 17 перемножает сигнал суммарной частоты f_c+n·f_кг на сигнал частоты n·f_кг. Из получившихся сигналов комбинационных частот выделяется сигнал генератора частоты f_c вторым полосно-пропускающим фильтром 18 и поступает на вход частотомера 4. Сигнал генератора 2 частоты f_c измеряется частотомером 4.

На основании вышеизложенного достигается технический результат.

Источники информации, принятые во внимание:

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

2. Справочник по расчёту 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», 1982г.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерений физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений. Сущность заявленного способа заключается в появлении новой последовательности операций над сигналами, а заявленного устройства в введении новых блоков и связей между ними. Техническим результатом при реализации заявленной группы решений является измерение частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, при минимизации объёма высокого давления, что означает применение минимального количества элементов радиоэлектронных средств, находящихся в объёме высокого давления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, заключающийся в генерации сигнала частоты генератора f_c, передаче его из объёма, заполненного газом под высоким давлением, в объём низкого давления, фильтрации сигнала генератора частоты f_c и измерении частоты сигнала генератора f_c, отличающийся тем, что генерируют сигнал частоты кварцевого генератора f_кг, умножают и фильтруют сигнал частоты f_кг в n раз, генерируют сигнал частоты гетеродина f_г, где f_г равна или близка к частоте n⋅f_кг, синхронизируют сигнал частоты гетеродина f_г сигналом частоты n⋅f_кг, делят мощность сигнала частоты n⋅f_кг пополам, передают сигнал одной половины мощности частоты n⋅f_кг из объёма низкого давления в объём высокого давления по радиоканалу, перемножают сигнал частоты генератора f_c на сигнал частоты n⋅f_кг и фильтруют сигнал суммарной частоты f_c+n⋅f_кг, передают сигнал суммарной частоты f_c+n⋅f_кг из объёма высокого давления в объём низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал суммарной частоты f_c+n⋅f_кг на сигнал частоты n⋅f_кг второй половины мощности, фильтруют сигнал генератора частоты f_c и измеряют частоту сигнала генератора.

2. Устройство измерения частоты сигнала генератора, помещённого в объём высокого давления, для осуществления способа по п.1, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленные в нём последовательно соединённые генератор, первый смеситель, первый полосно-пропускающий фильтр и первую передающую рупорную антенну, а также первую приёмную рупорную антенну, при этом первые передающая и приёмные рупорные антенны установлены в первом герметичном диэлектрическом окне, а также вторую передающую рупорную антенну и вторую приёмную рупорную антенну, установленные во втором герметичном диэлектрическом окне, последовательно соединенные второй смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр и частотомер, причём первая приёмная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединённые кварцевый генератор, умножитель частоты, третий полосно-пропускающий фильтр, гетеродин и делитель мощности, первый выход которого соединён со второй передающей рупорной антенной, а второй выход – со вторым входом второго смесителя, при этом вторая приёмная рупорная антенна соединена со вторым входом первого смесителя.