Устройство для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ИС пользовано в радиолокации для HSMepe иия несущей частоты одиночных импульсов СВЧ диапазона длин волн,

Целью изобретения является распш- рение частотного диапазона в область более высоких частот при сохранении точности измерений.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса; на фиг.2 - враменная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса содержит -вентиль 1, ограничитель 2 уровня мощности СБЧ-импульса, направленный ответвитель 3, преобразова- таль 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, включающий уп- равляемьй ключ 5, блок 6 формирования импульса управления, направлен- ный ответвитель 7 и сверхпроводящую бездисперсионную линию 8 задержки.

Устройство также содержит усилитель 9, детектор 10, счетчик 11 числа импульсов. Вентиль 1 через ограничитель 2 уровня СВЧ-импульса под- ключен к первому входу направленного ответвителя 3, выход основной линии которого подключен к входу управляемого ключа 5, который является также первым входом преобразователя 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов.

Второй выход направленного ответвителя 3 подключен ко входу блока 6 формирования импульса управления, причем этот вход является вторьш ; входом преобразователя. Выход ключа 5 соединен с входом второго направленного ответвителя .7, первый выход которого подключен ко входу сверхпроводящей (коаксиальной) линии задержки 8, короткозамкнутой на противоположном конце. Второй выход ответвителя 7 подключен ко входу усилителя 9, выход которого через детектор СВЧ 10 подключен ко входу счетчика 11 числа импульсов. Входом устройства является вход вентиля 1.

Устройство для ;измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса работает следующим образом.

В режиме калибровки, которая проводится с использованием высокостабильного перестраиваемого СВЧ-гене

g

5

0 5

о

0

5

5

0

5

ратора, калибровочный СВЧ-импульс заданной длительности с известной несущей частотой fo подается на вход устройства. Пройдя феррито- вый вентиль 1, калибровочный импульс ограничивается в ограничителе 2 до Iуровня Uj, по амплитуде и проходит в направленный ответвитель 3. Часть мощности калибровочного импульса, определяемая переходным ослаблением направленного ответвителя, со второго выхода направленного ответвителя 3 поступает на второй вход преобра- зователя 4, запуская блок 6 управления ключом 5. Выходной импульс блока 6 управления переводит ключ 5 в состояние Открыто на время, равное Lo+t, где t J- время задержки части СВЧ-тракта, соединяющего блоки 3 и 5. Калибровочный импульс проходит через открытый ключ 5 и направленный ответвитель 7 в сверхпроводящую ко- роткозамкнутую на конце линию 8 задержки. После этого ключ 5 возвращается в исходное состояние Закрыто, а калибровочный импульс, отражаясь от короткозамкнутого конца линии 8 задержки, возвращается к ее началу, которое соединено с ключом 5. Ключ 5 в состоянии Закрыто представляет собой практически закоротку СВЧ-трак- та, поэтому СВЧ-импульс, отражаясь от этой закоротк-и, возвращаемся сно ва-в сверхпроводящую линию 8 задержки, В результате циркуляции калибровочного СВЧ-импульса по линии 8 задержки, на втором выходе направленного ответвителя 7 формируется серия радиоимпульсов. После усиления в усилителе 9 и детектировании детектором 10 регистрирующей аппаратурой 11 фиксируется серия видеоимпульсов с экспоненциальной огибающей. Для известной несущей частоты о вводится в соответствие количество импульсов в серии. Далее частота калибровочного СВЧ-генератора изменяется и снова фиксируется количество импульсов в серии, ограниченное наперед заданным уровнем ослабления амплитуды. В результате калибровки строитсй калибровочная зависимость, связывающая несущую частоту и количество зарегистрированных видеоимпульсов.

В режиме измерения поступающий на вход устройства одиночный СВЧ- импульс с неизвестной несущей частотой, пройдя вентиль 1, ограничивает3 u

ся по амплитуде ограничителем 2 до заданного уровня U,, и через направленный ответвитель 3 поступает на первый вход преобразователя 4 одиночного импульса в серию СВ -радиоим пульсов, представляющий собой вход управляемого ключа 5, который в исходном состоянии закрыт, т.е. представляет собой практически закоротку в СВЧ-тракте. Часть входного сигналя через вспомогательную линию направленного ответвителя 3 поступает на второй вход преобразователя 4, т.е. на вход блока 6 формирования импуль- са управления ключом 5. На выходе блока управления вырабатывается СИ1- нал, neperодяпшй ключ 5 в состояние Открыто. Длины ли нии прохождения сигналов между блоками 3, 5иЗ, 6, 5 выбраны такими, что обеспечивают поступление входного импульса через открывшийся ключ 5 и основную линию направленного ответвителя 7 в сверхпроводящую короткозамкнутую коакси- альную лииию 8 задержки. Ключ 5 находится в состоянии Открыто в течение времени, определяемом длительностью входного СВЧ-импульса, по окончании которого ключ снова возвра щается в исходное состояние Закрыто. Исследуемый импульс, поступив в коаксиальную линию 8 задержки, доходит до ее замкнутого конца и отражается, возвращаясь ко входу линий и выходу ключа 5. Здесь снова проис- ходит отражение от низкого входного сопротивления ключа 5 в обратном направлении. Б результате, если длина линии 8 задержки такова, что время двойного пробега исследуемого импульса.по ней превышает его длительность, на вспомогательном выходе направленного ответвителя 7 имеем серию радиоимпульсов, иллюстрируемую вертикальными прямыми на фиг.2, Использование направленного 7 ответвителя в преобразователе позволяет отбирать малую часть энергии исследуемого циркулирующего в линии 8 задержки импульса, которая отводится вспомогательной линией ответвителя 7 на вход усилителя 9. После усиления исследуемый сигнал подается на вход детектора 10, где выделяется его ) огибающая. Амплитуда огибающих СВЧ- импульсов спадают с увеличением их числа по экспоненциальному закону с показателем степени, пропорциональ

5 g 5 JQ 0 5

0

76

ным затуханию энергии импульсов за время двойного пробега по линии задержки на данной частоте. Изменение несущей частоты СВЧ-импульса приводит к изменению показателя экспоненциального закона за гухания, а следовательно, к изменению числа импульсов, получаемых в серии. По калибровочной зависимости между заранее известной несушей частотой СВЧ-импульса и количеством зарегистрированных видеоимпульсов определяется несущая частота исследуемого СВЧ- импульса.

Рассмотрим работу измерителя при измерении несущей частоты, равной, например, 10 ГГи, для СВЧ-импульса длительностью 50 - 100 не. Перед проведением измерений осуществляется калибровка измерителя.

Калибровка проводится следующим образом.

При помощи быстродействующего переключателя (модулятора), включенного во внещний тракт высокостабильного перестраиваемого СВЧ-генератора нужного диапазона, например, 9 - 12 ГГц формируется калибровочный импульс длительностью 50 не. Калибровочный импульс длительностью, например, 50 НС с известной несущей частотой ГГц подается на вход измерителя. Пройдя ферритовый вентиль 1, калибровочный импульс ограничивается в ограничителе 2 до уровня Uo по амплитуде и проходит в направленный ответвитель 3. Часть мощности калибровочного импульса со- второго выхода направленного ответвителя 3 поступает на второй вход преобразователя 4, запуская блок 6 управления ключом 5. Выходной импульс блока 6 управления переводит ключ 5 в состояние Открыто на время (50 не + t), где t,j - время задержки части тракта, соединяющего блоки 3 и 5, Калибровочный импульс проходит через открытый ключ 5 и направленный ответвитель 7 в сверхпроводящую короткозамкнутую на конце линию 8 задержки. Посла этого ключ 5 возвращается в исходное состояние Закрыто, а калибровочный импульс циркулирует в сверхпроводящей линии с двойным временем задержки Тз 1 МКС (5 нс/м хх2 2s100 м 1 мкс), где 5 нс/м - время прохождения СВЧ- импульсом одного метра сверхпроводящего кабеля. С каждым циклом со второго выхода направленного ответвитеЛ 7 часть мощности калибровочного импульса отводится на усилитель 9. Далее эти импульсы детектируются СЕЧ- детектором 10 и в виде серии затухающих видеоимпульсов с периодом 1 мкс подаются на счетчик 11, который регистрирует число импульсов до момента времени, когда амплитуда одного из них уменьшится до заданнного уровня и,,. Таким образом, данной длительности импульса с известной частотой вводится в соответствие количество импульсов серии, образованной в процессе циркуляции калибровочного импульса в сверхпроводящей линии 8 задержки.. Повторяя операцию калибровки для разных значений частоты перестраиваемого СВЧ-гекератора, получаем зависимость; несущая частота - число видеоимпульсов в серии. Эта зависимость используется в-качестве калибровочной.

После калибровки измерителя осуществляется сам процесс измерения неизвестной частоты одиночноГ-о СВЧ-импульса.

СБЧ-импульс с неизвестной несущей частотой подается на вход измерителя. Далее процесс аналогичен тому, что происходил при калибровке. В результате многократного прохождения исследуемого импульса по сверхпроводящей линии 6 задержки на вспомогательном выходе направленного ответ- вителя 7 формируется серия СВЧ-им- пульсов, огибающие которых вьщеляют- ся детектором 10, а количество видеоимпульсов фиксируется счетчиком 11. Располагая данными счета зтих импульсов по калибровочной зависимости, определяем несурую частоту исследуемого импульса.

Использование в устройстве сверхпроводящей коаксиальной линии задержки позволяет расщирить диапазон измеряемых частот вплоть до 18 ГГц. Работающая в среде жидкого гелия эта линия характеризуется высокой степенью регулярности волнового сопротивления, полосой пропускания частот О - 18 ГГц,и затуханием 0,45 дБ/км на ГГц, что в переводе на время задержки составляет 0,09 дБ/мкс. Введенные в устройство ограничитель уровня СВЧ-импульсов, первый и второй направленные ответвители и ключ практически не вносят дополнительно

5

0

5

0

5

0

5

0

го ограничения на частотный диапазон устройства.

Введение в устройство ограничителя амплитуды исследуемого импульса . позволяет упростить процесс измерения, сведя его к подсчету числа им- пульсов в серии, получаемой в результате циркуляции исследуемого материала.

Применение сверхпроводящей линии задержки позволяет осуществить измерение несущих частот одиночных СВЧ- импульсов вплоть до 15 ГГц с использованием одной линии беэ изменения констру кции устройства и его переборки. Единственным требованием при этом является соблюдение условия :Тз, . где 2 - длительность исследуемого импульса, Тз - двойное время задержки сверхпроводящей линии 8 задержки. Для приведенного примера при длине сверхпроводящей линии 8 задержки длиной 100 м ( мкс) могут быть измерены несущке частоты СВЧ-импульсов длительностью от единиц наносекунд до 1 микросекунды. Для расширения диапазона длительностей измеряемых импульсов следует взять линию задержки большей длины.

Ф о р м ула изобретения

1. Устройство для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса, содержащее преобразователь одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, последовательно соединенные усилитель, детектор и счетчик числа импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот, в него дополнительно введены последовательно соединенные вентиль, ограничитель уровня мощности СГЧ-импульса и направленный ответвитель, первый вьпсод которого соединен с первым входом преобразователя, а второй выход - с вторым входом преобразователя одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, выход которого подключен к входу усилителя.

2. Устройство по п.

отли

чающееся тем, что преобразователь одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов содержит последовательно соединенные блок формирования импульса управления, управляемый ключ, второй вход которого явля7 U446768

ется первым входом преобразователя, пульса управления является вторым направленный ответвитель и сверхпро- входом преобразователя, второй выход водящую бездисперсионную линию за- направленного ответнителя является держки, вход блока формирования им- выходом преобразователя.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к средствам измерения несущей частоты одиночных импульсов СВЧ-диапазона длин волн. Цель изобретения - расширение частотного диапазона в области высоких частот при сохранении точности измерений. Устройство решает проблему измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса в широкой полосе частот (13 - 18 ГГц). Это обеспечивается использованием вместо акустической линии задержки с пьезопреобразователем сверхпроводящего рециркулятора и введени ем в схему устройства вентиля 1, ограничителя 2 уровня мощности исследуемого СВЧ- импульса, направленного 7 ответвите- ля, блока 6 формирования импульса управления ключом. Кроме того, устройство содержит преобразователи 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, усилитель 9, детектор 10, направленный ответвитель 3 и счетчик 11 числа импульсов. С по- , мощью предварительного прокалиброванного на импульсных с известной частотой рециркулятора, состоящего из сверхпроводящей линии 8 задержки и управляемого ключа 5, одиночный СВЧ-импульс t неизвестной несущей частотой преобразуется в серию СВЧ- импульсов, которые после усиления и детектирования; фиксируются индикатором. По данным калибровки и количеству импульсов в серии определяется неизвестная частота СЕЧ-импульса. За счет использования сверхпроводящей линии 8 задержки, помимо достижения основной цели, повьппается чувствительность устройства. 2 ил. Q (Л с 4 4: 4 05 а .f

Ulb«U Uo

Составитель Ю.Минкин Редактор Н.Горват Техред Л.Олийнык

Заказ 6501/43

Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

ipia.Z

Корректор Г. Решетник

Подписное