Устройство для измерения структуры электромагнитного поля в ускоряющих резонаторах Советский патент 1985 года по МПК H05H7/00 

Ипобретеиис: DTHOCHTC H к ycKojinTCiJii-iHOii технике и fibiTfj исиользонано ,j.i, acTpOH(vH ,(jpon 13 corijiуда .Mhix iLiii ра соисгруи1)уемых .|}1((;Ч11П-;;ч уск opirrcjiHX „ llaiiecTIUt УСТр;)1(СГВО для грук;урь 1.т:см трома111И1Л огч1 ноля и (Л)Ч-рез1 ;ат1}ре методом 1юзь у це11ия ;П5о(|.1м TOJiofi, (:о;д(;рл(а1;1ес приюд для 11ро1Л кк11 1пкзб}юго тела, (ВЧ-угили;ч;л. с усТ11О| С вамн ;1ля его возбуждения в режиме, автогенерацни на ,};iim ла()те 1;ВЧ-резопатора, и измеритсльиую цепь, в которую включены гетеродинный тенератор, смесителг, рабочего м тчпчлюлпмдого сличьчЛ1.. ча 1.Ч л1Ч.М1 р : ;5 глчч-; iri-iepiiдччч c rjvKTyi)a долед иесддД1уетеи до yxiiia f дасто1Ч, которые дзмеря 1) ся дс досредс 4 ендо до иудевьв- 6i(eHiiям пли до отклоиедик знадення дроме/1;у1Ч)Д;Д1д дастоты. Чу ;егвитедьдоеть згогс измерителя со1.;таБляет единид ; герЦ; оддако. тоддоеть изме11ения окаЗчваетея ;1еиысоко;1 тог(.), дто дзмсдкдпи дриходдггея вести дискретдо отде.дьд-;1Х тодках, усреддя 1 здадеиде даеготы до е равид: едь до дроддччжитедьдому дромежуку времени, ч ( дз-за тодо. дто дастотомар3 ,ддтея 1дсд одагч до eигдaJДlм Ч i 1ОД(л;еддя те.да п резонаторе, Ч1ч.: еогдд же д /юдодд тедыд д оидпдаиоолс:е к дзсдipe ;44i;iio яддиетея усдчзсдкчгво д,дя iз дд1eдiiя е;рдктурч 3 дектдюма гчдичклч, ьодя в дчд пчотдкки ijoзму1иа,ь)1 1сдч . в рззодаторе; (Л5Ч усдч; Т(дд; ч усч1родгдгч5алД1 ;дд1 возоу,ч,чч ддд ;1 релдде а;пчт1ддкдкддги да сдОсчде НОИ -laeiaria: дед.укччУ ьк- ; резо:Д7тора ,, и дзмери ДдД) дедд- ;)езонадс}1Ы1 : даето Д1ыд ди(д, ор, чаеточч) дпокретного ед1-та, уетчэойет1 о д.иг 1зм(,д1едик раздоечч фаз а1 л;;о;чтдого пдддц ге )дч1Н1 ыд гене15атор. (дчееитсди, гечеродипдой и рабочей частот . Иедостатком этого измерителя яд-дяется депысджая тодное д, дзмередтчд дастотдГ)К дасг i4.ioeK 5 а еле дов;ггел;.до, и ет руктчд .; додд так как изьк-редия ведутед на даГюдед даетоте исчдкду едо го резодаччдди Иелдга дзобретеди) является подытаедие 1Ч1Д)оети дзгчередия етруктуры iKviien nyrtN iiniibiiitMinn (ысччюлеисч-вия и ьпкмсмп.я iiijbpepi.iHHfjro изме1)еиия ух ,)до1 :;..:;.ii-i,. Uojij, лсмn; i ;i гчч:; чч-; ччч) и :)елла гл t :-uiM у iMpon; л-.и л.пя ;1; м{лич И f -;iyi Typi, )) Ч;)-:Ц ..)p ioi;u x ) лх , ;ч i,eprar;i -i привод для 1р Т-яжк1; iin3.iyriaH;:;i:ro тела т розпчатор-у дЛ М-Угил; го ч;: (: устройстна-.и лля eiai возОу:кд.ддч м режиме авт.-л-едераи.ии i;a еоСктвсл ион чаетсгге и:сл1;--д,уемого pi3iiHaтора и измери1ч;лы1у о дет... ннлючаыuiyv pc aoH nicaniiii дасччили.п лчклст -;;,} ;патор, чае;чу ч,)мер д.иекреТНЧлч; , дл;; ;1зм1д;е1ч; | 1)ачм;чсгд фаз ач ччо; ч-ч лчч гида, i . Il ч чдчч-имд 1ч:д1е1)атпр CMeeHjejn, 1ч:ч;)од; дпой и 1}а1к.1чеч даеточ, (.-.н/ддгге ч/). резодачидн.д даег чтдь:д дд(дqд д дaiЧ1i и дас:тотомер air( гноЧ ) BJO;.- чедь: в нзлергтедьнущ дет, {юе.чедчдааTejUjHO, дзь ердтедь разное;и фаз ададо1ч но Ч1 тдгта чгдчочед itaiiarae чьдс paздocтнo :v дя счч -щпму д lД(т) ч--тчд у ,у е1ч дкодог- и Ч1,:ходом,. а ме;кду измсдшччччем дае1ч.ть; Ьаз и чаето ч;меи.)м В1НдиЧ| ojfoK д.чя дерио1Идчкочс .:а чае:4)томера j-i MOMeiiчд (дд1Я чк(ч1 ре-чадьнмх чнадеддд разгдл-тд фаз, Лдч д)Д:чдиат(Д1 гмпю чнсч 1ач;ч)оедД г- па :)ч;.очадед чч aeioTv , у;,очче1чид я1о;ц чч дыдччд чдл /-,.- л;, |Лл i i . Н.;,чоча рае - идд.1натора )зму1:1а:с1цд;ч телюм f:-, ,чл)ч :чдддчч; часчгота дедозму ччнч:1 Ч1 ;чесч ч:дуе:ччдч) д зондго)Ч|; л,, х.д д. t ip. д :;г д ее. чедч-чдчо о ее чдч:(Ч1ра д реЗ(дди1(дно го дае- ч.Д1Ддд1 кда1Ч)ра. дтдме того, дезода-клидд часпдугныи Ч1(Дчр1р-г Д1а чч1 м(/;дчг оыть }Л:Н1ди|ед г 1днд/ сд Д)а /опого отзертдвслдноиого р ддчдагора е до,;,дтг Оодд1ям р:од;ид еатодом н,:г ч ддд,е KJiapueisoro подосово го фи:дг чд.и Вдсддд/де и дзмер1ггедь резо 1адедогч дас1ччТдоге; д,:(Д ;15и..и1патора на npciмежу год-ioii частч п/ нозво.дя1.-т iiepen - дзмер;д Д 0 едчдпои часчготы |}ачо дь.м ме;Ч)Дл)М д;.: iipo-ieAy IO ной дас;1О TI.. Зл 4TOi4i дзмерение с 1Д1уктуры 1одей у,.1ае1Д я вести недреиьидк по всей длине резонатора без необходимости измерения цифровых значений сдвигов частоты. При этом резко повышается быстродействие и как след ствие этого повы1пается точность относительного измерения полей, а фиксация частоты в экстремальных точках обеспечивает абсолютные измерения сдвигов частоты и поля. Выбор промежуточной частоты в соответствии с указанным соотношением обеспечивает наивысшую точность, так как нижний предел определяется из условия отсутствия фазовых искажений, а верхний - из ycjioBvm достижения мaкcи aлькoй чувствительfАJ- npQM о На чертеже привед.ена принп.ипиальная схема устройства для случая,когда в качестве частотного дискриминатора использован спиральньш четверть ВОЛНОВЫР резонатор с подстроечным пе ременным конденсатором, Устоойство для измерения структур поля выполнено следующим образом, СВЧ-усилитель 1 снабх-сен средством 2 для возбуж;(т;епия усилителя в режиме автогенерации на собственной частоте исследуемого СВЧ-резонатора 3, К уси лителю присоединена измерительная цепь, которая содержит смеситель 4, гетеродинный генератор 5, резонансны частотный дискриминатор 6, измерител разности фаз 7 с графопострорп-елем 8 и частотомер 9, СВЧ-резонатор 3 снабжен приводом 10 /для протяжки про ного тела 11 и блоком 12 для фиксации экстремального значения ухода фа зы и подачи запускающего импульса на частотомер 9 в момент прохождения пробного тела через эти точки. Проме жуточная частота выбрана из усло ioo.:f,p,,,. Устройство работает следу10Щ№1 образом, СВЧ-усилитель 1 с помощью настрой ки средства 2 вводится в режим автогенерации на частоте СВЧ-резонатора} в измерительную цепь поступает сигна на рабочей частоте, который, смешиваясь в смесителе 4 с частотой гетеродина, дает сигнал на промежуточной частотеf, который далее поступает в дискриминатор 6, Дри сдвиге фазы на контуре, равном нулю, частотомер 9 показывает промежуточную частоту. При перемещении пробного тела 11 возникает сдвиг собственной частоты резонатора и, следовательно, сдвиг рабочей частоты на величину ;3 f . Это приводит к появлению сдвига промежуточной частоты на ту же величину и в результате на частотном дискриминаторе 6 возникает сдвиг фазы л/ который связан со сдвигом частоты Аf соотношением ,p Измеритель разности фаз 7 вьздает сигнал, пропорциональный этому уходу, и он записывается графопостроителем 8. При непрерывном двяжении тела в резонаторе регистрирующая аппаратура реагирует на все изменения поля непрерывно, В итоге получают информацию о строении поля вдоль оси движения пробного тела. При этом блок 12 периодически запускает частотомер для фиксации измерения промежуточной частоты в oмeнты прохождения точек с экстремальны значением полей, относительная картина строения полей дополняется абсолютнь ми значениями расстроек частоты в наиболее характерных точках. Ввиду того, что в соответствии с указанным выше соотношением промежуточная частота выбрана в 100 раз выше, чем макс -1мальная расстройка по частоте, в измерительной цепи не возникает дополнительных фазовых искажений, С другой стороны, промежуточная частота выбрана в соответствии с неравенством. ПрО Этим обеспечивается резкое повышение точности измерения, а именно, во сколько раз больше, чем а о г, 5 ВО СТОЛЬКО раз возрастает точность измерения уходов фазы, а следовательно, и поля. Пример использования такого устройства применительно к четырехкамерному резонатору с пространственно однородной фокусировкой. Характерное значение его добротности 10, рабочая частота 150 МГц, диапазон расстроек частоты при введе} ии пробного тела 2-10 Гц. В качестве 1Г ( о KdHT-pa уДСПНС

пра.мь 1еИ)лтор на часуготе МГц I- „чоГ ропшстью 3-10 Приме.1 (ригс п1 разности фа5 с)К-2-12 (:т;иг1ЧМ ь(Ктьк 0,2 Трал, полуi-v . что чугтстпительност) и: мери; Я с:--(:т;и.чяе1 is абголют}1ых чис-,лах 1л/лс л ние фаяомет1)а или н отио (льнмк числах лля раЕп.тчсй 1id :Гц 1,5 , что лозволяет iofvr;,, н liii-ipoKOM диалазоие расliiUK л;1моть л.о 20 кГл г чунстиильн ктья) Гц, При этом измерог л Гичмпо гислС злалсняя промсжуголной част()Т1)1 А .МГЦ н точках экстремальных зн;гч(Л1И11 iiojieit та время 0,1 с обеспочи5 ает точ}и1г,-1л, счета 40 Гц.

Эти значения можно С1)авнить с характерными ланнымн лля прототипа. Р) нем чувстпительность составляет в относител1,ных числах для рабочей частоты 3 Гц, 1,5 10. При проведении измерений но цромежуточной частоте ло схеме, нредложениой выше, точиостг, измерениГ возрастает н ло рядка .

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСКОРЯЮЩИХ РЕЗОНАТОРАХ, содержащее привод для протяжки возмущающего тела в резонаторе, СВЧ-усилитель с устройствами для его возбуждения в режиме автогенерации на собственной частоте исследуемого резонатора и измерительную цепь, включающую резонансный частотный дискриминатор, частотомер дискретного счета, измеритель разности фаз аналогового тица,гетеродинньт генератор,смеситель рабочей и гетеродинной частот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения структуры полей, смеситель, резонансный частотный дискриминатор и частотомер дискретного счета включены в измерительную цепь последовательно, измеритель разности фаз аналогового типа включен параллельно резонансному частотному дискриминатору между входом и, выходом, а между измерителем разности фаз и частотомером введен блок периодического запуска частотомера в моменты достижения экстремальных значений разности фаз, при этом дискриминатор выполнен настроенным на резонансную частотуf удовлетворяющую выражению ft пр 00л,р,а, ) а, где л - максимальная полоса расстройс S9 ) ки частоты исследуемого (Л резонатора возмущающим телом; i. -собственная частота невозмущенного исследуемого резонатора; -добротность исследуемого резонатора и резонансного частотного дискриминатора. ел 2.Измеритель по п.1, о т л и00 чающийся тем, что частотный дискриминатор вьтолнен в виде to ел спирального четвертьволнового резонатора с подстроечным конденсатором. 3.Измеритель по п.1, отличающийся тем, что частотный дискриминатор вьтолнен в виде кварцевого полосового фильтра.