Устройство для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ-элемента Советский патент 1992 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для контроля параметров антенны в

процессе работы передатчика, а также для измерения модуля и фазы коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны в тракте.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ-элемента; на фиг. 2 - пример выполнения конструкции измерительной линии.

Устройство содержит источник когерен- тного света 1, делитель света 2, первый, второй и третий датчики 3-5, измерительную линию 6, СВЧ-генератор 7, исследуемый СВЧ-элемент 8, усилители 9-11, первый и второй делители 12, 13, первый и второй сумматоры 14, 15, индикатор 16 фазы и индикатор 17 модуля коэффициента отражения. Каждый из датчиков содержит систему коллимирующих линз 18, вход которой является входом датчика, поляризатор 19, фазовую ячейку 20, анализатор 21 и фотодетектор 22.

СВЧ-генератор 7 через измерительную линию 6, вдоль которой расположены датчики 3-5, связан с входом исследуемого эле- мента 8. Источник когерентного света 1 через делитель света 2 оптически связан с входом каждого из датчиков 3-5. В каждом датчике система коллимирующих линз 18 оптически связана с фотодетектором 22, анализатором 21, фазовой ячейкой 20 и поляризатором 19. Выходы датчиков 3,4 через усилители 10 и 11 электрически связаны с первым сумматором 14 и первым делителем 12. Выход третьего датчика 5 через усили- тель 9 связан с вторым сумматором 15, второй вход которого связан с выходом первого сумматора 14. Выходы сумматоров 14, 15 связаны с входами второго делителя 12, а выходы делителей 12 и 13 связаны соответственно с индикаторами 16 фазы и 17 модуля коэффициента отражения.

Делитель света 2 предназначен для деления светового луча на три луча равной интенсивности. Система, состоящая из по- ляризатора 19, фазовой ячейки 20 и анализатора 21 служит для получения на выходе фотодетектора 22 сигнала, пропорционального эффективному напряжению на электродах фазовой ячейки 20. Назначение остальных элементов устройства понятно из фиг. 1.

Устройство для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ-элемента, работает следующим образом. После включения СВЧ-генератора 7 вследствие частичного отражения от исследуемого СВЧ-элемента 8 в секциях измерительной линии 6 устанавливается режим смещенных волн. Луч когерентного света, генерируемый лазером 1, в делителе света 2 делится на три луча равной интенсивности, которые поступают на оптические входы каждого датчика. После прохождения системы коллимирующих линз 18 и поляризатора 19 линейно поляризованный луч света поступает в фазовую ячейку 20, представляющую собой первую секцию измерительной линии 6, свет в которой распространяется в направлении, параллельном направлению распространения СВЧ-волны.

Поскольку диэлектрические подложки секций 20 измерительной линии 6 выполнены из кристаллов, обладающих электрооптическим эффектом, то после их прохождения в результате взаимодействия с СВЧ-сигналом эксцентриситет эллипса поляризации в них будет зависеть от эффективного напряжения вдоль кристалла.

Анализатор 21 выделяет одну из ортогональных составляющих поляризации .света, так что сигнал на выходе фотодетекторов 22 в датчиках 3, 4 будет пропорционален иэфф.

Электрическая длина первой секции Д$1 л/2, поэтому сигнал с выхода первого датчика 3 будет пропорционален

r lyoPcOsV

Ui Ur

где р - соответственно модуль и фаза коэффициента отражения (КО). Электрическая длина второй секции Д0 л, поэтому сигнал с выхода втйрого датчика 4 будет пропорционален

U2 U

2 161л12 п

sin

Л У Р

где Dm - амплитуда напряжения в секции измерительной линии 6.

В третьем датчике 5 измерительная секция выполнена на подложке из диэлектрика, обладающего квадратичным электрооптическим эффектом. В этом случае максимальное возможное значение величины

иэфф и,(1 +И2)

и сигнал с выхода третьего датчика 5 будет равен

и3 4г U, (1 - и2)

Усилители 11, 10 и 9 имеют коэффициенты

ОСС

усиления 1,4, и , соответственно. На

JT

выходе первого делителя 12 формируется сигнал, пропорциональный квадрату тангенса фазового угла коэффициента отражения, который поступает на индикатор 16 фазы коэффициента отражения, шкала которого проградуирована пропорционально корню квадратному из тангенса фазы и на

нем индицируется фазовый угол коэффициента отражения р.

На выходе первого сумматора 14 фор/мируется сигнал, равный Us Ui + 4U2, а

сигнал на выходе второго сумматора 15 с одним инвертирующим входом будет равен

U

л 256 U3

-1Н -4U2.

л4Ах

Эти сигналы поступают на входы второго делителя 13, сигнал с выхода которого равен квадрату модуля коэффициента отражения.

Сигнал с выхода второго делителя 13 поступает на индикатор 17, на котором индицируется значение модуля коэффициента отражения сигнала от измеряемого СВЧ- элемента.

Согласное направление распространения СВЧ-сигнала в секциях измерительной микрополосковой линии и световых лучей в диэлектрике измерительной линии во много раз по сравнению с прототипом увеличивают длину взаимодействия светового луча и СВЧ-сигнала в кристалле с электрооптическим эффектом. Это приводит к увеличению чувствительности, ибо даже при малой мощности СВЧ-сигнала эксцентриситет эллипса поляризации света за счет взаимодействия света с сигналом при прохождении секций измерительной линии будет заметным и сигнал на выходе датчиков будет значительным.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ-элемен- та, содержащее микрополосковую измерительную линию, снабженную датчиками, подложка которой выполнена из электрооптического материала, СВЧ-генератор, соединенный с входом измерительной линии, каждый из датчиков содержит оптически связанные систему коллимирующих линз,

вход которой является входом датчика, фазовую ячейку, образованную электродами и диэлектриком измерительной линии, расположенным по оптической оси датчика, поляризатор и фотодетектор, выход которого является выходом датчика, причем вход каждого из датчиков через делитель света оптически связан с лазером, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены усилители, число которых равно числу датчиков, два сумматора и два делителя напряжения, индикатор фазы и индикатор модуля коэффициента отражения, выход первого датчика через соответствующий усилитель связан с первыми входами первого сумматора и первого делителя напряжения, выход второго датчика через усилитель связан с вторыми входами первого сумматора и первого делителя напряжения, выход первого сумматора подключен к инвертирующему входу второго сумматора и первому входу второго делителя напряжения, к второму входу второго сумматора через усилитель подключен выход третьего датчика, второй вход второго делителя напряжения соединен с выходом второго сумматора, к выходу первого делителя напряжения подключен индикатор фазы, а к выходу второго делителя напряжения

- индикатор модуля коэффициента отражения, в каждый из датчиков между системой коллимирующих линз и фазовой ячейкой введен второй поляризатор, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого поляризатора, поперечное сечение фазовой ячейки датчика перпендикулярно его оптической оси, электрические длины фазовых ячеек первого, второго и третьего датчиков на частоте

СВЧ-сигнала составляют соответственно 90, 180 и более 360 эл. град., причем диэлектрик фазовых ячеек первого и второго датчиков обладает линейным электрооптическим эффектом, а третьего - квадратичным.

19

т

CsfD#

-0f////)y/////sfa

20от генератора

Ъ

P

19

I сбетf свет

Фиг.2

,20

Ј

19

/////sfa

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может использоваться для контроля параметров антенн в процессе работы передатчика. Цель изобретения - повышение чувствительности. Устройство содержит микрополосковую измерительную линию с датчиками, подложка которой выполнена из электрического материала, СВЧ-генератор, соединенный с входом измерительной линии, каждый из датчиков содержит оптически связанные систему коллимирующих линз, вход которой является входом датчика, фазовую ячейку и фотодетектор, выход которого является выходом датчика, причем вход каждого из датчиков через делитель света оптически связан с лазером, измерительная линия выполнена трехсекционной, первая и вторая секции линии выполнены из электрооптического материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом, а третья секция - квадратичным, причем каждая из секций является фазовой ячейкой соответствующего по номеру датчика, поперечное сечение секции перпендикулярно оптической оси датчика, а электрические длины секций на частоте СВЧ-сигнала составляют соответственно 90, 180 и более 360 эл. град., в каждый из датчиков между системой коллимирующих линз и фазовой ячейкой введен поляризатор, а между фотодетектором и фазовой ячейкой - анализатор света, причем плоскости поляризации анализатора света и поляризатора взаимно перпендикулярны, выход первого датчика через усилитель связан с первыми входами первого сумматора и первого делителя напряжения, выход второго датчика через усилитель связан с вторыми входами первого сумматора и первого делителя напряжения, выход первого сумматора подключен к инвертирующему входу второго сумматора и первому входу второго делителя напряжения, к второму входу второго сумматора через усилитель подключен выход третьего датчика, второй вход второго делителя напряжения соединен с выходом второго сумматора, при этом к выходу первого делителя напряжения подключен индикатор фазы, к выходу второго делителя напряжения - индикатор модуля коэффициента отражения. 2 ил. (Л С vi со XI 00 о