Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

эл. поля, создаваемого СВЧ-генерато- ром 1 и лазером 8 в ОМЛ 2 в соотв,, точках. Эта информация записывается в блок 6. В блоке 6 происходит сравнение эталонного распределения эл„ поля в ОМЛ 2 с реальным и по резуль татам сравнения формируются поправоч1

Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот может быть использовано измерения, коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны в тракте, а также для определения диэлектрических констант материалов в СВЧ-диапа- зоне.

Цель изобретения - увеличение точ- носуи измерений .

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, отрезок микрополосковой линии 2, исследуемьй СБЧ-элемент 3, коммутатор 4j аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 обработки и программного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер В, делитель 9 света, источник 10 смещения, датчик 11, в состав каждого из которых входят система коллимирующих линз 12, удлинитель 13 оптического пути, фазовая ячейка 14, поляризационная призма 15 и фотодетектор 16, а также генератор 17 пилообразного напряжения (ГПН)..

Устройство для измерения параметров отражения от входа СВЧ-элементов работает в двух режимах: калибровки и измерений, В обоих режимах с помощью источника 10 постоянного смещения устанавливается такое значение напряженности электрического поля в подложке отрезка микрополосковой линии, при котором рабочая точка электрооптического материала подложки устанавливается на участке с максимальной ;Крутизной модуляционной характеристики, что приводит к увеличению точности измерений,

ные коэф., которые учитьшают неоднородности электрооптического материала подложки ОМЛ 2 и других источников погрепшости измерения. В режиме измерений к ОМЛ 2 подключает - ся исследуемый СВЧ - элемент 3, 1 ил.

В режиме калибровки к отрезку микрополосковой линии 2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключается короткозамкнутая эталонная линия,

Сигнал от СВЧ-генератора 1 поступает на вход отрезка микрополосковой линии 2 и далее -на эталонную линию. В результате в отрезке микрополосковой линии 2 устанавливается известное

распределение напряженности электрического поля. Лазер 8 генерирует высокостабильный сигнал в оптическом ;п;иапазоне с линейной поляризацией. После прохождения делителя света 9 световой луч разделяется на несколько световых лучей, количество которых равно количеству датчиков 11. Проходя через систему коллимирующих линз 12, Ьветовой луч попадает в электроопти|ческий материал подложки отрезка микрополосковой линии 2, В результате взаимодействия электрического поля в данном сечении отрезка микрополосковой линии 2 со световым лучом одна из ортогональных составляющих последнего (необыкновенный луч) приобретает фазовый сдвиг, определяемьш выражением

30

35

40

. .,2 . Z 2 ir Cf k,U sin -- t,

где k - константа преобразования; и - амплитуда напряжения s данном сечении отрезка микрополосковой линии 2; X - длина волны СВЧ-сят нала.

Далее луч света поступает на вход удлинителя 13 оптического пути, который размещен на одной опт1гческой оси с выходом делителя 9 света. Пройдя удлинитель 13 оптического пути, световой луч вновь проходит через данное сечение отрезка микрополосковой линии 2, где одна из ортогональ31328766

ных составляющих светового луча (необыкновенный луч) приобретает фазо- вьй сдвиг, онределяемый выражением

ра

пр вх ГП

k,U sin (|- t +V),

271/ Л - фазовьй сдвиг СБЧ-на- пряжения за время прохода световой волной удлителя 13 опти- ческого пути. длина удлителя 13 оптическо1

Л (N + g ), где -А - длина волны СВЧ-сигнала, N го пути равна 1

о .

целое

число, то суммарный фазовый сдвиг за два прохода подложки отрезка микро- полосковой линии 2 светом туда и обратно равен

sin

91

k,U

, г sin X

t +

-)

2

k,u

Таким образом, в режиме калибровки устанавливается длина удлинителя 13 оптического пути, равная 1

7i (N + о ) В этом случае вышедший

о

ИЗ подложки отрезка микрополосковой линии 2 луч имеет сдвиг фазы необыкновенного луча, пропорциональный квадрату амплитуды поля в данном сечении отрезка микрополосковой линии 2 и lie зависящий от времени. Отградуировав предварительно устройство, изменяющее длину оптического пути удлинителя 13 оптического пути, можно измерять длину волны СВЧ-сигнала по пропаданию паразитной амплитудной модуляции на выходе фотодетектора 16.

После двойного прохождения подложки отрезка микрополосковой линии 2 световой луч попадает на фазовую ячейку 14, которая вьтолнена из материала с Квадратичным электрооптическим эффектом, идентичного материалу подложки микрополосковой линии 2. На управляющий вход фазовой ячейки 14 подается напряжение с ГПН 17. Фазовая ячейка осуществляет поворот Ш1О.СКОСТИ поляризации светового луча в направлении, обратном повороту плоскости поляризации светового луча, вышедшего из материала отрезка микрополосковой линии 2. При этом на выходе фазовой ячейки 14 необьжно- венный луч приобретает фазовый сдвиг.

5

0

5

0

р.я гдеи.пн -.на

равньп tpi

пряжение, поступающее на управляющий вход фазовой ячейки 14 с выхода ГПН 17.

Суммарный фазовьй сдвиг после прохождения светом фазовой ячейки 14 равен

k

(.

).

L Г. ,.), - -гон

В результате двойного прохождения световым лучом подложки отрезка мик- рополосковой линии 2 и фазовой.ячей ки 14 световой луч имеет не линейную поляризацию, как это было на входе датчика 11, а эллиптическую, причем амплитуда второй, составляющей поляризации светового луча, ортогональная исходной, пропорциональна величине Cf J.. . Эта ортогональная составляющая поляризации света определяется поляризационной прЬзмой 15 и регистрируется фотодетектором 16,

Напряжение, поступающее с выхода ГПН 17 на управляющий вход фазовой ячейки 14, изменяется во времени линейно, а вместе с ним изменяется и амплитуда ортогональной составляющей поляризации, которая регистрируется фотодетектором 16. В тот момент времени, когда и

ГПН

и, и.

гг)

О, ортогональная составлякмцая поляризации в световом луче отсутствует, т.е. в этот момент времени световой луч на выходе фазовой ячейки 14 имеет ли- 35 нейную поляризацию, и ток фотодетектора 16, регистрирующего ортогональную составляющую поляризации, мини- . мальный.

Блок 6 об работки и программного управления определяет время наступления минимального сигнала относительно момента запуска ГПН 17, по которому определяется значение напряженности поля в точке пересечения лучей входящего и выходящего из удлинителя 13 оптического пути внутри материала подложки отрезка микрополосковой линии 2. Таким образом, с каждого из датчиков 11 может быть получена информация о величине напряженности электрического поля в отрезке микрополосковой линии в указанных точках. Коммутатор 4 по сигналам блока 6 обработки и программного управения поочередно подклю(чает датчики 11 к входу АЦП 5, с выхода которого информация о величине напряженности поля в отрезке микрополосковой линии

2 в данной точке записьгоается в память блока 6 обработки и программного управления, где также производится сравнение эталонного распределения с реальным. По результатам этого сравнения в память блока 6 обработки и программного управления заносятся поправочные коэффициенты для ряда характерных сечений отрезка микрополос- новой линии 2, которые учитывают неоднородности электрооптического ма- териала подложки отрезка микрополос- ковой линии 2, системы отражающих зеркал удлинителя 13 оптического пути и

13287666

Злементов, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, измерительную линию5 вдоль которой размещены датчики, выход измерительной линии является входом для подсоединения исследуемого СВЧ-элемента, коммутатор, входы которо:го соединены с выходами датчиков, а выход коммутатора соединен через аналого-цифровой преобразователь с входом блока обработки и программного управления, первый выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, а второй выход - к входу блока ввода-вьшода ин10

других возможных источников погрешнос формации, о т л и ч а

ю ш е е с я

ти измерения распределения напряженности электрического поля в отрезке микрополосковой линии 2,

В режиме измерений отрезок микрополосковой линии 2 состьжовывается с исследуемым СВЧ-элементом 3,. При измерениях, электрофизических параметро диэлектриков.-в качестве исследуемого СВЧ-элемента используется коротко- замкнутая линия, заполненная исследуемым диэлектриком,

Процесс измерения распределения напряженности электрического поля вдоль отрезка микрополосковой линии 2 не отличается от аналогичного процесса в режиме калибровки, В результате измерений в блоке 6 обработки и программного управления запоминаются значения напряженности поля в отрез- ке микрополосковой линии 2 в заданных точках, ncj этим величинам могут быть определены коэффициенты стоячей волны и отражения, а при определении электрофизических параметров.диэлектриков с использованием известной методики могут быть вычислены значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь.

.Оценка погрешности измерения пока зьтает, что она не превьшает 1%,

Формула изобретения У.стройство для .измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ- 50 равления.

Составитель П.Савельев

Редактор О,Головач

Техред М.Ходанич

Заказ 3480/48

Тираж 730

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий i13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

ю ш е е с я

0

5

0

тем, что, с целью увеличения точности измерений, в него введены лазер, оптически связанный с входом каждого из датчиков через делитель света, гене- (Ратор пилообразного напряжения, при 1этом измерительная линия вьтолнена в виде отрезка микрополосковой линии, подложка которой выполнена из электрооптического материала с квадратичным электрооптическим эффектом, размещенного в электрическом поле введенного источника смещения, каждый датчик состоит из оптически связанных и по.следовательно расположенных системы коллимирующих линз, вход которой являет.ся входом датчика, удлинителя оптического пути фазовой ячейки, поляризациоУ:1ной гфизмы и фотодетектора, выход которого .является 5 выходом датчика, причем подложка отрезка микрополосковой ЛР1НИИ размещена в точке пересечения оптических осей входа и выхода уд.линителя оптического пути каждого иэ датчиков, ..длина удлинителя оптического пути

равна 7 (N + о ) где л длина волны СВЧ-сигнала, N целое число, выход генератора пилообразного напря- 5 жения соединен с., управляющим входом фазовой ячейки каждого из датчиков, а вход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим вьгходом блока обработки и программ п-г- п0

Корректор А,.3имскссов

Подписное

Изобретение обеспечивает увеличение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию в виде отрезка микроволос- ковой линии (ОМЛ) 2, подложка которой вьшолнена из злектрооптического материала, исследуемый СВЧ-элемент 3, коммутатор 4, А1Щ 5, блок 6 обработки и программного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер 8, делитель света 9, источник смещения 10, датчики 11, размещенные вдоль ОМЛ 2, и генератор пилообразного напряжения 17. Каждый из датчиков 11 включает систему коллиьшрующих линз 12, удлинитель оптического пути 13, фазовую ячейку 14, поляризационную призму 15 и фотодетектор 16. Устройство работает в режиме калибровки и в режиме измерений. В режиме калибровки к ОМЛ 2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключается короткозамкнутая эталонная линия и с датчиков 11 снимается . информация о величине напряженности SS (Л