СВЧ-интерферометр Советский патент 1986 года по МПК G01N22/00 

1

Изобретение относится к технике бесконтактного исследования или анаиза турбулентных сред в частности, с использованием микроволн, и может быть использовано для исследования распределения турбулентных пульсаций по спектру волновых чисел (размеров случайных неоднородностей).

Цель изобретения расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения спектра волновых чисел и турбулентных пульсаций в плазме.

На чертеже приведена структурная электрическая схема СВЧ-интерферо- метра.

СВЧ-интерферометр содержит перестраиваемый по частоте СВЧ-гене- ратор 1, аттенюатор 2, соединенный с первым входом делителя 3 мощности к первому выходу которого подсоединена передающая антенна 4, с по- ьющыо которой облучается исследуемая среда, приемную антенну 5, ограничитель 6 амплитуды, измерительную чейку 7. К Бторому выходу делителя 3 через последовательно соединенные аттенюатор 8 и фазовращатель 9 подсоединен первый вход сумматора 10 мощности. К приемной антенне 5, выполненной в виде открытого Конца отрезка прямоугольного металлического волновода, подключен ограничитель 6 амплитуды. Он может состоять, например, из отрезка волновода с диодами, к которым подсоединен выход усилителя цепи обратной связи, вход которого подключен к детекторной головке J соединенной с однзтм из выходов направленного ответвителя, вход которого соедине с отрезком диодами, а выход - к второму входу сумматора 10 мощности. Выход сумматора 10 мощности через детектор 11 подключен к входу регистратора 12, к синхронизир тащему входу которого также как и к синхронизирующему входу СВЧ-генератора 1 подсоединен синхронизатор 13.

- СВЧ интерферометр работает следующим образом,

СВЧ-энергия, вырабатываемая СВЧтенератором 1, частота которого за промежуток времени дС , изменяется от uJ До uJ и прошедшая через делитель 3, излучается передающей антенной 4 в исследуемую среду в ячейке 7. У принимаемого антенной

509222

5 излучения амплитуда и фаза в результате взаимодействия с турбулентной средой становятся случайными функциями пространства и времени.

5 Поскольку СВЧ-сигнал на выходе измерительного канала должен иметь неизменную амплитуду, ее флуктуации представляются явлением нежелательным. Поэтому они поддерживаются на

10 заданном уровне ограничителем 6 амплитуды.

Исполняющими элементами ограничителя 6 являются помещенные в отрезок волновода p-i-n диоды. Они изменяют

15 свои поглощающие свойства на СВЧ под, дер1ствием низкочастотного (или постоянного) тока, поступающего через усилитель с детекторной головки, которая выпрямляет приходящий

20 к ней от направленного ответвителя СВЧ-сигнал. Через делитель 3 часть электромагнитной энергии передается через аттенюатор 8 и фазовращатель 9 к второму входу сумматора 10 мощ25 ности, к первому входу которого подается сигнал с ограничителя 6 амплитуды. С выхода сумматора 10 сигнал через детектор 11 подается к регистратору 12. Сигнал в цепи

30 квадратичного детектора есть

и, - А

2А А cos (ч - Ч ),

Г1-1 тГЧ -

5

0

5

0

5

где А и А, - амплитуды-,

Ч , и ч - фазы сигналов в опор- .ном и измерительном каналах соответственно .

Ясно, что и,) пропорционален только разности фаз () лишь при А, const, так как А const по условию, поскольку опорный канал в процессе измерений сохраняет свои свойства в заданном вид,е. Несущий информацию о среде сигнал обрабатывается регистратором 12, согласованная работа которого с СВЧ-генерато- ром обеспечивается синхронизатором 1 3.

Как и для всякого интерферометра, одним из важных моментов подготовки устройства к работе является его амплитудно-фазовая настройка (балансировка) во всем диапазоне перестройки СВЧ-генератора 1. Она осуществляется при выполнении условий А, А и Ч , .- v ITT „ ( h О, 1, 2, . . . , Тогда или , А.

Равенство амплитуд устанавливается с помощью аттенюатора 8 и ограмичи- теля 6. Равенство фаз - путем уравнивания геометрических длин опорного и измерительного канала и с помощью фазовращателя 9.

Сведения о спектре волновых чисел турбулентных пульсаций в исследуемой среде получаются при обработке полезного сигнала, поступающего с выхода детектора 1 и имеющего необходимое для достижения цели содержание. Обработка должна производиться по алгоритму, включающему в себя следующие основные операции

преобразование функции U U(t) в функцию Uj иj(uJ), пользуясь известным законом изменения частоты СВЧ-генератора со временем т.е. uJ uij(t); вычисление для каждого значения uJ величины фазового сдвига зондирующей волны в плазме в соответствии с формулой ч (-j.)) - arccos (,. ), где и j MQKc максимальное значение сигнала в цепи детектора, построение по результатам вычисления зависимости (i), синтез величины фазового инварианта 9 %-(ч + 4.,)/г по зависимости Ч Ч () для различных значений частотной расстройки uuJ относительно условно выбранной несущей uJ, где % -f (i4j- -, , Ч (), Построение зависимости 0 0 (uJ) , статистическая обработка ансамбля зависимостейQ е (uJ), полученного в результате многократного повторения измерений определение зависимости дисперсии

2

фазового инварианта 0,2 от величины ui)J (и71и э - л 1 5/aJo, дифференРедактор С. Лисина Заказ 4402/38

Составитель Ю. Мамонтов

Техред И.Гайдога Корректор с. Шекмар

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

цирование .функции © j f(p) и построение зависимости d 6,, . d f(pi); определение вида спектра

01 о

Ф(ч,,е)- const . -j- турбулентных пульсаций параметра v 4 e N/uO cm, характеризующих плазму, где е и m - заряд и масса электрона соответственно; N - концентрация электронов в плазме; с - скорость света в вакууме , q новое число плазменных пульсаций.

- вол

Формула изобретения

СЗЧ-интерферометр, содержащий СВЧ-генератор, соединенньш с входом делителя мощности, к одному из выходов которого подсоединена передающая ант-енна, а к другому - последовательно соединенные аттенюатор, фазовращатель и сумматор мощности, выход которого через детектор подключен к регистратору, измеритель- ную ячейку, размещенную между передающей и приемной антеннами, о т- личающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения определения спектра волновых чисел турбулентных пульсаций в плазме, введены синхронизатор и ограничитель амплитуды, вход которого подключен к выходу приемной антенны, а выход - к второму входу сумматора мощности, при этом СВЧ-генератор выполнен перестраиваемым по частоте, а выход синхронизатора соединен с синхронизирующими входами СВЧ-генератора и регистратора.

Изобретение относится к области техники бесконтактного исследования для анализа турбулентных сред. Расширяются функциональные возможности устройства путем обеспечения определения спектра волновых чисел и турбулентных пульсаций в плазме. СВЧ-энергия с СВЧ-генератора 1 через делитель 3 мощности излучается передающей антенной 4 в исследуемую среду в ячейке 7. У принимаемого н;г5чн з НЭ 0 а Л а а д f а NhT IhjH -«-0антенной 5 излучения амплитуда и фаза в результате взаимодействия с турбулентной средой становятся случайными -функциями .пространства и времени. Так как СБЧ-сигнал на выходе измерительного канала должен иметь неизменную амплитуду, ее флуктуации нежелательны.Поэтому они поддерживаются на заданном уровне ограничителем амплитуды (ОА) 6. Исполняющими элементами ОА 6 являются помещенные в отрезок волновода p-i-n диоды. Они изменяют свои поглощающие свойства на СВЧ под действием НЧ (либо постоянного) тока. Через делитель 3 часть энергии передается через аттенюатор 8 и фазо- вращател{з 9 к 2-му входу сумматора 10 мощности, к 1-му входу которого подается сигнал с ОА6. С сумматора 10 сигнал через детектор 11 подается к регистратору 12. Несущий информацию о связи сигнал обрабатывается регистратором 12. Его согласованную работу с генератором 1 обеспечивает синхронизатор 13.1 ил. V & -BHI ( (Л IND сл о QD tC N9 Л. О 2 Ч IhjHh °