Способ определения добротности резонаторов и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

5

С

Изобретение относится к технике радиотехнических измерений и может быть использовано при разработке измерителей добротности резонаторов. Целью изобретения является повышение точности измерения. Способ основан на переключении фазы волны, падающей на измеряемый резонатор, и измерении изменения амплитуды отраженной волны во времени. Устройство, реализующее способ, содержит генератор СВЧ 1, фазоманипулятор 2, вентиль 3, направленный ответвитель 4, вентиль 6, пиковый детектор 7 и осциллограф 8. Устройство позволяет повысить точность измерения интервала времени и, следовательно, нагруженной добротности резонатора. 1 ил.

QU2.1

Изобретение относится -к технике радиотехнических измерений и может быть использовано при разработке измерителей добротности резонаторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие сущность способа.

Сущность способа состоит в переключении (манипуляции) фазы волны, падающей на измеряемый резонатор, и измерении изменения амплитуды отраженной волны во времени.

Волна, отраженная от измеряемого резонатора при падении на него волны единичной амплитуды в момент начала () фаэоманипулирующего импульса U(t), которому предшествует процесс накопления энергии в резонаторе до стационарного состояния, может быть представлена как суперпозиция первоначальной падающей волны и противофазной волны, огибающая которой выражается в виде скачка двойной амплитуды (фиг.26).

аСО 1 - 2#(f),

(О

где J(t) 0 при tЈ0, (t) 1 при t 0.

Отраженная от резонатора волна в момент переключения падающей волны на противофазную также может быть рассмотрена как суперпозиция двух отраженных волн. Одна из них существует в виде первоначальной отраженной волны с огибающей

V4-JR-.

(2)

где (i- параметр связи резонатора.

Другая волна возникает в результате переходного процесса при включении противофазной волны двойной амплитуды и может быть записана в виде:

Ъ (t) - 2(р-1-20е

Mt; pi

i/Јp

f(t), (3)

Јp 2Q н / 03 - постоянная времени

резонатораj OD - круговая частота; Q н - нагруженная добротность резонатора.,

Выражение для огибающей отраженной от резонатора волны запишется в виде (фиг. 2в)

b(|i,t) При t О

- fizl + AL е Р(4)

/J + 1 /U1 е .w

10

vp.o - ffi 5

Определяя коэффициент импульсного усиления по мощности как квадрат от- ношения максимального значения огибающей к уровню падающего сигнала, получим следующее выражение для его вычисления:

М Ь(0)/

/30+К2

1Гн;

(6)

По окончании- фазоманипулирующего импульса начинается новый переходный процесс. При этом отраженная от резонатора волна также может быть представлена в виде суперпозиции двух

отраженных волн, огибающая одной из которых дается выражением (4)„ Другая отраженная волна возникает в результате переходного процесса при включении падающей волны двойной амплитуды в момент времени

t -г

U i

(7)

где гц - длительность фазоманипулиро- ванного импульсао

I

Огибающая отраженной от резонатора волны после переключения фазома- нипулятора в исходное состояние име- ет следующий вид (фиг. 2в):

и.Ь1

(Ь1--АР()

Й+1 й + 1 U

J. /Л1

хе СР(9)

при t с,

Ч) L 1

О и

, -fci

.(M(1.

10)

Приравнивая (10) к значению, равному минус единице, соответствующему отраженной от резонатора волне при переключении фазоманипулятора из соетояния 180 времени t

в исходное - 0 в момент Ји получаем

Л.О /Л 1 lf

In 2,

откуда

Oln 2.

Нагруженная добротность резонатора определяется по формуле

7f0Cu°/ln2

Из (7) получаем

лг-1

Г-ЗЁ

р - т

Выражение для собственной добротности резонатора записывается в виде:

(1 +Р

2nfo

фг

/ч° Ьц

1пГТ

( При квадратичном детектировании и выполнении условия (11) огибакнцая претерпевает излом, а именно, ее производная уменьшается в 2 раза. При Јц Ј„ In 2 огибающая испытывает скачкообразное изменение в момент окончания фазоманипулирующего импульса (фиг.2 д,е) .

Это обстоятельство позволяет выбрать характерную точку на огибающей с помощью регулирования длительности фазоманипулирующего импульса Ји до

Л О

значения t, u при котором огибающая не испытывает скачкообразного изменения в момент окончания импульса (и в то же время претерпевает излом), причем ее значение в этой точке равно уровню падающей мощности (К М)„ В этом случае величина измеряемого интервала времени Ј равна длительности фаЛ.О

зоманипулирующего импульса с и ее можно измерить с помощью электронно-счетного измерителя временных интервалов.

Устройство для реализации способа представлено в виде блок-схемы на фиг.1.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1, фа- зоманипулятор 0-180° 2, вентиль 3 и направленный ответвитель 4, нагруженный основным плечом на исследуемый резонатор 5, а вспомогательным плечом

1571523

15

20

отраженной волны - на последовательно соединенные вентиль 6, пиковый детектор 7 и осциллограф 8, вход синхроимпульсов которого соединен с выходом синхроимпульсов импульсного генератора 9, регулируемого по длительности, выход которого подключен к фазоманипулятору 0 - 180 .

10 Устройство работает в соответствии с временными диаграммами фиг«2 (см.. точки I-III).

При включении генератора 1 входной сигнал через фазоманипулятор О - 180° 2, находящийся в состоянии 0°, через вентиль 3 и направленный ответвитель 4 подается к элементу связи исследуемого резонатора 5.Происходит накопление энергии до стационарного состояния. Отраженный от резонатора сигнал через вентиль 6 поступает на пиковый детектор 7, выделяющий его огибающую, и регистрируется на экране осциллографа 8. Син25 хронизация осциллографа осуществляется от импульсного генератора 9. В момент подачи фазоманипулирующего им- - пульса длительностью от импульсного генератора 9 происходит срабатывание фазоманипулятора, сигнал на входе резонатора меняет фазу от О до 180° и на экране осциллографа начинает высвечиваться огибающая первого переходного процесса. При окончании фазоманипулирующего импульса фазома35 нипулятор возвращается в исходное

состояние, фаза входного сигнала становится равной 0°, начинается второй переходный процесс0 Регулируя длительность Ј„ | добиваются отсутствия

40 скачкообразного изменения в точке на огибающей. Замечают эту характерную точку по вертикальной метке. Измерив отношение максимального значения огибающей к значению ее в характер45 ной точке К и длительность Ји ЈЈ нагруженную и собственную добротности резонатора определяют путем пересчета по формулам (13), (15)о

Как следует из описания устройст50 ва в статическом состоянии и его работы в соответствии с предлагаемым способом, устройство позволяет повысить точность измерения интервала времени, а следовательно, -нагружен

ее кой добротности резонатора

Формула изобретения

Способ определения добротности резонаторов, заключающийся в том,

30

1571523

что подают на резонатор импульсно- мойулированную электромагнитную волну на резонансной частоте fd pe- зойатора, детектируют отраженную от резонатора электромагнитную волну и регистрируют продетектированный сигнал, измеряют интервал вре- Ј от значения, соответствующег максимальному, значению продетектиро- ва:гШого сигнала, до характерного значения, соответствующего значению

эт

эго сигнала, уменьшившемуся в

заданное количество раз, рассчитывают

величину добротности, о т л иа ю щ и и с я тем,что, с целью повышения точности, импульсную модуляцию электромагнитной волны осущест- путем манипуляции ее фазы на

иц)

t Фиг.2

3

II

8

изменяют длительность фазоманил, а

пулирующего импульса до значения с при котором продетектированный сигнал не испытывает скачкообразного изменения в момент окончания фазо- манипулирующего импульса, а величины добротности рассчитывают по формулам

Q,

Qo

з-4к

г Л

JE д In 2

где Q ц - нагруженная добротность

резонатора

Q0 - собственная добротность резонатора

К - коэффициент импульсного усиления о