Устройство для измерения мощности СВЧ колебаний Советский патент 1987 года по МПК G01R21/06 

1

Изобретение относится к радиоиз- мерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения мощности непрерывных и импульсных СВЧ-сигналов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение частотного диапазона.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для измерения мощности СВЧ-колебаний; на фиг. 2 - схема ферритового и электромеханического преобразователей.

Устройство для измерения мощности СВЧ-колебаний содержит ферритовый преобразователь 1, связанный с ним электромагнит 2, модулятор 3, второй выход которого соединен с входом электромеханического преобразователя 4, выход которого механически связан с ферритом ферритового преобразователя 1, Выход ферритового преобразователя 1 подключен к калибратору 5 и блоку 6 обработки преобразованного сигнала, включающему последовательно соединенные аттенюатор 7, усилитель 8 и вольтметр 9, а высокочастотный выход ферритового преобразователя 1 соединен с блоком 10 перестройки и стабилизации ферритового преобразователя по частоте, состоящим из последовательно соединенных полупроводникового преобразователя 11, блока 12 стабилизации поля и блока 13 перестройки поля, первый выход которог соединен с электромагнитом 2, второй выход - с блоком 14 коррекции преоб- разованного сигнала. Выход блока I4i соединен с управляющим входом усилителя 8, а первый выход модулятора 3-е вторым входом блока 12 стабилизации поля. t

Ферритовьш преобразователь 1 состоит из отрезка прямоугольного волновода 15 сечением ахЬ, внутри котороаго на расстоянии -г от узкой стенкирасположен ферритовый элемент 16, вьтолненньш в виде сферы. Вокруг сферы по ее экватору намотана катушка 17 из микропровода, выход.которой через изолирующую втулку 18 соединен с блоком 6 обработки преобразованного сигнала. Электромеханический преобразователь 4 может представлять собой пьезоэлектрическую пластинку 19, на грани которой нанесены электроды 20 и 21. Ферритовый элемент

13

-

559372

16 расположен внутри тонкостенной

трубки 22 из кварцевого стекла между кварцевыми стержнями 23 и 24 и упру,- го зажат скобой 25 и широкой стенкой JJ

волновода 15 вместе с электромеханическим преобразователем, что позволяет осуществить эффективную механическую связь пь езоэлектрика с ферри10 товым элементом 16.

Устройство для измерения мощности СВЧ-колебаний работает следующим образом.

СВЧ-колебания, .мощность которых

15 необходимо измерить, подаются на высокочастотный вход ферритового преобразователя 1. Электромеханический преобразователь, на электроды 20 и 21 которого поступает гармонический

20 сигнал модулятора 3 с частотой F, осуществляет упругую деформацию ферритового элемента 16, в результате чего происходит модуляция его резонансной частоты. СВЧ-сигнал, посту25 пающий на вход полупроводникового преобразователя 11, вблизи ферромагнитного резонанса оказывается промо- дулированным по амплитуде с частотой модуляции, причем глубина модуляции

30 и фаза огибающей зависят от величины и знака расстройки ферритового преобразователя 1 относительно частоты измеряемого СВЧ-сигнала. Продетекти- рованный сигнал с полупроводникового преобразователя 11 поступает в блок 12, содержащий фазовый дискриминатор и вырабатывающий сигнал ошибки, который поступает в блок 13, осуществляющий точную настройку ферритового

40 преобразов.дтеля 1 на частоту СВЧ-сигнала. Опорный сигнал на фазовый дискриминатор поступает от модулятора 3. Преобразованный сигнал на частоте модуляции F, пропорциональный мощнос45 ти СВЧ-сигнала, поступает из ферритового преобразователя 1 в блок 6, где усиливается и подается на отсчетное устройство (вольтметр) напряжение, пропорциональное частоте СВЧ-сигнала,

5Q поступающее из блока 13 в блок 14, преобразуется в нем в сигнал коррекции частотой неравномерности коэффициента преобразования ферритового преобразователя 1, который поступает

gg в блок 6, где и осуществляется коррекция путем изменения коэффициента усиления усилителя 8. При подготовке к измерениям и периодически в процессе измерения производится проверка

35

постоянства коэффициента усиления блока 6. Для этой цели к входу блока 6 подключается калибратор 5, сигнал которого, обработанньш в блоке 6, сравнивается с номинальным, устанавливаемым при аттестации. По результатам сравнения осуществляется коррекция коэффициента усиления усилителя 8. Влияние периодического давления эквивалентно воздействию на образец переменного магнитного поля. Таким образом осуществляется модуляция магнитного поля ферритового преобразователя с частотой F. Это приводит к по- 15 преобразователь, блок стабилизации

явлению нутационных колебаний вектор намагниченности феррита и, в конечном счете, появлению спектра наведенной ЭДС в катушке ферритового преобразователя. Амплитуды спектральных составляющих наведенной ЭДС пропорциональны мощности СВЧ-колебаний. Измеряемый сигнал с катушки преобразователя подается в блок обработки преобразованного сигнала.

Введение электромеханического преобразователя позволяет осуществить полную рдзвязку между сигналом модуляции и измеряемым сигналом и, как следствие, измерять амплитуду наведенной ЭДС на частоте первой гармоники F, которая в 5-10 раз превосходит амплитуду второй гармоники. Примерно во столько же раз повышается чувствительность преобразования. Кроме того, максимальная амплитуда ЭДС первой гармоники в катушке наблюдается при глубине модуляции магнитного поля, равной ширине линии поглощения ферромагнитн ого резонанса.

Уменьшение глубины модуляции позволяет снизить граничную частоту рабочего диапазона и приблизиться к теоретической границе, которая определяется условием насьщения феррита.

о р м у л а

изобретения

Устройство для измерения мощности СВЧ-колебаний, содержащее ферритовый преобразователь, установленный в зазоре электромагнита, последовательно соединенные полупроводниковый

поля и блок перестройки поля, первый выход которого соединен с входом электромагнита, а сверхвысокочастотный выход ферритового преобразователя соединен с входом полупроводникового преобразователя, второй вход блока стабилизации поля соединен с первым выходом модулятора, а также последовательно соединенные аттенюатор, усилитель и вольтметр, блок

коррекции преобразованного сигнала, . выход которого соединен с управляющим входом усилителя, а вход соединен с вторым выходом блока перестройки поля, калибратор, выход которого соединен с выходом ферритового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности и расширения частотного

диапазона, введен электромеханический преобразователь, вход которого соединен с вторым выходом модулятора, а выход механически связан с ферритом ферритового преобразователя, причем

выход ферритового преобразователя соединен с входом аттенюатора.

2

фие.1

Изобретение м.б. использовано для контроля и измерения мощности непрерывных и импульсных СВЧ-сигна- лов. Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение частотного диапазона. Введение электро- механич.преобразователя (ЭМП) позволяет осуществить полную развязку между сигналом модуляции и измеряемым сигналом и измерять амплитуду наведенной ЭДС на частоте 1-й гармоники, к-рая в 5-10 раз превосходит амплитуду 2-й гармоники. Во столько же раз повьппается чувствительность преобразования. Макс.амплитуда ЭДС 1-й гармоники в катушке наблюдается при глубине модуляции магн. поля, равной ширине линии поглощения ферромагн. резонанса. Уменьшение глубины модуляции снижает граничную частоту рабочего диапазона. ЭМП представляет собой пьезоэл, пластинку 19, на грани к-рой нанесены электроды 20 и 21. Ферритовый эл-т 16 расположен внутри трубки 22 из кварцевого стекла между кварцевыми стержнями 23 и 24 и упруго зажат скобЬй 25 и широкой стенкой волновода 15 вместе с ЭМП, что позволяет осуществить механич. связь пье- зоэлектрика с эл-том 16. 2 ил. 20 2Г J3 25

Редактор Л, Веселовская

Составитель Е. Адамова Техред А.Кравчук

Заказ 5790/40Тираж 730Подписное

BHPfflnii 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

Корректор Г. Решетник