Устройство для измерения мощности Советский патент 1989 года по МПК G01R21/00 

Sк нагрузив

4-

ю

00

со

О5

Изобретение может быть использовано для измерения проходящей мощности в выходных трактах мощных СВЧ - передатчиков. Цель изобретения - повышение точности измерений при расширении динамического диапазона - достигается за счет уменьшения влияния измерительного устройства на результат измерения. Для этого в устройство для измерения мощности введены источник 1 когерентного светового излучения, делитель 2 света, два датчика 3, 4 мощности, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки 5, первого 6 и второго 7 электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света. Влияние измерительного устройства на результат измерения уменьшается за счет того, что включение электродов электрооптических кристаллов в передающую линию эквивалентно включению четвертьволновых отрезков с бесконечно малым и бесконечно большим сопротивлениями. 3 ил.

т

« ™

Фи.и

1-

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения проходящей мощности в выходных трактах мощных СВЧ-передатчиков.

Целью изобретения является повышние точности измерительного устройсва за счет уменьшения влияния измертельного устройства на результат измерения.

На фиг. 1 представлена структурн схема устройства; на фиг.2,3 - подключение электрооптических кристаллов к фидерному тракту и эквивалентная схема на их замещения.

Устройство содержит источник 1 когерентного светового излучения, делитель 2 света, два датчика 3, 4 мощности, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой чет- вертьволновой пластинки 5, первого 6 и второго 7 электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света, выходы делителя 10 являются выходами датчиков мощности, они оптически связаны с фотодиодами 11 и 12 соответственно. Между кадет ми фотодиодов 11 и 12 включен переменный резистор (.потенциометр) 13, к движку которого подключен индикатор 14 мощности, выход которого соединен с переменным резистором (потенциометром) 15, выводы которого подсоединены к фотодиодам 16 и 17. Конденсаторы 18.1-18.2 включены между выводами-потенциометров 13 и 15 и общей шиной для фильтрации гармонических составляющих.

Источник 1 когерентного света через делитель 2 света оптически свзан с каждым из датчиков мощности. При этом электроды, нанесенные на б ковые грани первого электрооптическго кристалла, включены в передающий тракт 19 последовательно и разомкнуты на вторых концах, а электроды второго электрооптического кристалл включены в передающий тракт 19 параллельно и короткозамкнуты на вторых концах. Электроды первого и второго электрооптических кристаллов нанесены на взаимно перпендикулярны грани. Причем электроды второго электрооптического кристалла второг датчика 4 мощности включены противо сЬазно по отношению к электродам вто

0

0

5

.,-

рого электрооптического кристалла первого датчика 3. Перемычки вторых электрооптических кристаллов должны иметь отверстия для прохождения света.

Четвертьволновые пластинки 5 и 8 представляют собой циркулярные модуляторы и служат для круговой поляризации светового луча.

Электрооптические кристаллы 6 и 7 - это модуляторы Поккельса, характеризующиеся эллиптической поляризацией, в качестве них могут быть 5 использованы кристаллы ZnSe, LiNb03 или ЫТаОз в зависимости от длины волны источника 1. Анализатор 9 позволяет выделить одну из ортогональных составляющих поляризованного светового луча, он может быть выполнен, например, в виде призмы Глака.

Устройство работает следующим образом.

Узкий когерентный световой луч, генерируемый источником 1, поступает на делитель 2 света, на выходах которого образуются два луча одинаковой интенсивности. Эти лучи поступают на датчики 3,4 мощности. В датчике 3 световой луч проходит четвертьволновую пластинку 5 и приобретает циркулярную поляризацию. Далее циркулярно поляризованный свет поступает в первый электрооптический кристалл 6, при этом в кристалле будут распростг раняться две ортогонально поляризованные компоненты с одинаковыми амплитудами. После прохождения кристалла 6 эти компоненты приобретают разность фаз Г, пропорционально приложенному к управляющим электродам среднему напряжению U ср

30

5

0

п.

-Ь-и / d

ср

.,-

0

5

где п е - показатель преломления г - электрооптический коэффициент} L - длина кристалла; d - толщина; А - длина волны света.

Электрооптический кристалл 6 с электродами на боковых гранях, имеющий длины /4 на длине СВЧ-сигнала, представляет собой разомкнутый четвертьволновой отрезок линии передачи, сопротивление которого между точками подключения в передающий тракт равно нулю. Среднее значение модулирующего напряжения на кристалле 6 равно

Ucp

fw ir

;; зшы t

где рш - волновое сопротивление эквивалентной кристаллу линии i - амплитуда тока в данном

сечении трактаj w - частота СВЧ-сигнала.

С учетом последней формулы Г, K i-sincut, где К, - коэффициент пропорциональности.

Итак, разность фаз между ортогонально поляризованными компонентами светового луча на выходе электрооптического кристалла 6 пропорциональна величине тока в данном сечении передающего тракта. Далее луч света поступает на второй электрооптический кристалл 7, кристаллографические оси которого составляют угол 90° с осями первого электроощгического кристалла 6.

Кристалл 7 с управляющими, корот- козамкнутыми на вторых концах электродами по отношению к СВЧ-сигналу эквивалентен короткозамкнутому на втором конце четвертьволновому отрезку линии передачи, подключенному параллельно к передающему тракту 19. Среднее значение модулирующего напряжения:

Ucp . U - sin (шс + Ц1 ),

где U - амплитуда напряжения в исследуемом сечении тракта; Ц - фазовый сдвиг между током и

напряжением.

После прохождения кристалла 7 пучок света приобретает разность фаз между ортогональными компонентами

Га Кги sin (wt + ) , где К а - коэффициент пропорциональности.

В результате прохождения светового луча через систему, состоящую из первого электрооптического кристалла, который формирует разность фаз между ортогональными компонентами пропорционально току в исследуемом сечении тракта, и второго электрооптического кристалла, который формирует разность фаз между ортогональными компонентами пропорционально напряжению, второй четвертьволновой пластинки и анализатора, интенсивность света на выходе датчика мощности будет иметь составляющую, пропорциональную проходящей мощности в исследуемом сечении тракта. Токи фотодиодов 11, 16 и 12, 17

0

5

5

0

5

0

5

0

5

0

5

прямо пропорциональны интенсивности света. Высокочастотные составляющие токов фотодиодов фильтруются конденсаторами 18. Работа датчика 4 аналогична датчику 3. Формула изобретения

Устройство для измерения мощности, содержащее первый и второй датчики мощности, первый и второй переменные резисторы, подвижные контакты которых соединены через индикатор мощности, а первый и второй выводы обоих переменных резисторов связаны с общей шиной через конденсаторы и через диоды с выходами первого и второго датчиков мощности соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при расширении динамического диапазона, в устройство введен источник когерентного светового излучения, оптически связанный через делитель света с каждым из датчиков мощности, каждый датчик мощности выполнен в виде последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки, первого и второго электрооптических кристаллов с управляющими электродами на боковых гранях, второй четвертьволновой пластинки, анализатора и делителя света, при этом управляющие электроды первого электрооптического кристалла включены в передающий тракт последовательно одними концами и разомкнуты на вторых концах, управляющие электроды второго электрооптического кристалла включены в передающий тракт параллельно и короткозамкнуты на вторых концах, электрические длины электродов равны четверти длины волны измеряемого сигнала, электроды на первом и втором электрооптических кристаллах нанесены на взаимно перпендикулярные грани, полярность подключения управляющих электродов второго электрооптического кристалла в передающий тракт у первого и второго датчиков противоположна, выходы датчиков мощности оптически связаны с фотодиодами, причем полярность включения фотодиодов, связанных с первым переменным резистором, одинакова и противоположна полярности включения фотодиодов, связанных с вторым переменным резистором, а вторыми выводами фотодиоды соединены с общей шиной.

фиг 2

фиг.З