Устройство для допускового контроля КСВ Советский патент 1992 года по МПК G01R27/06 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров СВЧ-трактов

В СВЧ-тракте за счет сложения падающей и отраженной волн устанавливается стоячая волна. Для характеристики качества согласования тракта пользуются коэффициентом стоячей волны (КСВ), определяемым соотношением амплитуд падающей и отраженной волн. Пределами изменения КСЙ являются 1 (режим согласования с нагрузкой) и оо (полное отражение от нагрузки)

Особенно важно контролировать КСВ тракта при использовании в качества генераторов мощных усилительных клистронов, так как приходится применять специальные меры защиты их от выхода из строя под воздействием возникающих в тракте дуговых пробоев, которые образуясь в любом месте СВЧ тракта, устремляются в сторону

генератора и выводят его из строя (расплавляют окно связи).

Задача заключается в том. чтобы обнаружить возникновение дуги или предшествующего ей разряда в момент возникновения ил и, во всяком случае, до того, как дуга дойдет до генератора. Поскольку возникновение разряда, а тем более дуги, сопровождается увеличением КСВ до величины не менее 2,5 -3,5, то необходимо непрерывно контролировать КСВ и при превышении текущим значением КСВ допустимого значения вырабатывать сигнал, по которому снимается высокое напряжение с генератора (или снижается на короткое время его выходная мощность), что позволяет прервать процесс развития дугового пробоя.

Известны устройства контроля КСВ трактов, основанные на использовании измерительный линий.

xl

00

ел

Такие устройства могут использоваться только при лабораторных исследованиях трактов, так как необходимость механического перемещения зонда в тракте для нахождения максимального и минимального значений напряжений, а тэкже трудности с защитой от просачивания энергии препятствует применению таких устройств во встроенных автоматических системах контроля радиотехнических комплексов в условиях эксплуатации.

Известны также устройства контроля КСВ трактов по измерению отношения амплитуд падающей и отраженной волн в контролируемом СВЧ тракте. Эти устройства известны под названием рефлектометров и находят широкое применение в системах автоматического контроля. Устройство состоит из направленных ответвителей падающей и отраженной волны, аттенюатора, двух детекторных секций, подключенных одна к направленному ответвителю падающей волны через аттенюатор, а вторая - к направленному ответвителю отраженной врлны, измерителя отношений, включенного между выходами детекторных секций, и индикатора, соединенного с выходом измерителя отношений. Падающая волна через ответвляющий выход направленного ответ- вителя падающей волны и аттенюатор попадает на детекторную секцию, где сигнал детектируется и поступает на первый (опорный) вход измерителя отношений. Отраженная от несогласованной нагрузки волка через ответвляющий выход направленного ответвителя отраженной волны попадает на соответствующую детекторную секцию, где сигнал детектируется и поступает на второй (измерительный) вход измерителя отношений. Измеритель отношений измеряет уровень составляющих отраженной и падающей волн. Величина КСВ, как функция измеренного отношения, индицируется индикатором.

Для устройства допускоаого контроля КСВ измеритель отношений может быть выполнен в виде компаратора. В этом случае разница в переходных ослаблениях каналов- падающей и отраженной волн выбирается такой (например, с помощью аттенюатора), чтобы при максимально допустимом значения КСВ (например. KCTW 2,0) значения уровней падающей и отраженной волн на входах детекторных секций были равны Друг другу. При Кст« 2.0 сигнал отраженной волны станет больше сигнала падающей волны на входах соответствующих детекторных секций и на выходе компаратора (измерителя отношений) вырабатывается

сигнал, используемый в системе защиты генератора.

Однако измерение уровней падающей и1 отраженной волны осуществляется двумя

автономными измерителями.

Так как в процессе эксплуатации под воздействием возмущающих факторов (изменение условий применения, рабочей частоты и т.п.) характеристики этих

0 измерителей в, в первую очередь, детекторных секций изменяются по-разному, измеренное отношение уровней падающей и отраженной волны на выходе детекторных секций отличается от их истинного отноше5 ния на входах детекторных секций, из-за чего возникает большая ошибка измерения КСВ и, как следствие, низкая достоверность контроля.

Целью изобретения является повыше0 ние достоверности контроля КСВ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее направленные ответвители падающей и отраженной волн, аттенюатор и индикатор, введены щелевой

5 мост, фазосдвигающее устройство и блок перемножения сигналов.

При этом ответвляющие выходы направленных ответвителей, одного через аттенюатор, а другого непосредственно

0 подключены к входам щелевого моста, выходы которого один через фазосдвигающее устройство, а другой непосредственно соединены с входами блока перемножения сигналов, а выход последнего с индикатором.

5 Таким образом, суть изобретения заключается в том, что измеряется не непосредственно отношение уровней отраженной и падающей волн, а фазовый угол, обусловленный этим отношением. Это происхо0 дит за счет преобразования отношения амплитуд сигналов на входах щелевого моста в разность фаз сигналов на его выходах, создания между выходными сигналами долполнительного сдвига на -к и определения

знака полученной разности фаз с индикацией полярности напряжения на выходе блока перемножения сигналов.

Вследствие этого для оценки КСВ до0 статочно определить только полярность сигнала на выходе блока перемножения сигналов, что повышает достоверность контроля КСВ примерно на порядок.

На фиг. 1 изображена структурная схема

5 устройства; на фиг.2 - распределение сигналов в щелевом мосте; на фиг.З - векторная диаграмма и график зависимости напряжения на выходе блока перемножения сигналов от отношения амплитуд сигналов на входе щелевого моста.

Устройство для допускового контроля КСВ состоит из направленного ответвителя 1 падающей волны, направленного ответвителя 2 отраженной волны, аттенюатора 3, щелевого моста 4, фазосдвигающего устройства 5. блока 6 перемножения сигналов и индикатора 7.

Первый вход щелевого моста 4 соединен через аттенюатор 3 с ответвляющим выходом направленного ответвителя 1 падающей волны, а второй вход - с ответвляющим выходом направленного ответвителя Яотраженной волны. Первый выход щелевого моста 4 через фазосдвигающее устройство 5, а второй выход непосредственно подключены к входам блока 6 перемножения сигналов, выход которого соединен с индикатором 7.

Направленные ответвители 1 и 2 предназначены для ответвления из СВЧ-тракта и канализирования части составляющих па- дающей и отраженной волн соответственно. Они могут быть выполнены, например, в виде взаимно перпендикулярных волноводов с одним или двумя крестообразными или круглыми отверстиями в общей широкой стенке.

Аттенюатор 3 предназначен для установки допустимого значения контролируемого КСВ таким, чтобы при достижении этого значения уровни сигналов на входах щелевого моста 4 были бы равны, может быть выполнен в виде переменного аттенюатора поглощающего типа, в котором поглощающие пластины перемещаются от узкой стенки к центру волновода, либо электрически управляемого.

Щелевой мост 4 предназначен для преобразования отношения амплитуд сигналов на его входе в фазовый угол между сигналами на его выходе, может быть выполнен в виде двух одинаковых отрезков волноводов, сложенных вместе по узкой стенке, в которой находится щель связи.

Фазосдвигающее устройство 5 обеспечивает изменение фазы сигнала на и может быть выполнено, например, в виде

Яь°

отрезка волновода длиной - .

Блок 6 перемножения сигналов предназначен для преобразования значения угла между сигналами на его входе в амплитуду сигнала на выходе, может быть выполнен в виде умножителя напряжений на полевом транзисторе, использующем близкую к линейной зависимость проводимости канала от напряжения на затворе в крутой части характеристики

й

Индикатор 7 предназначен для индикации состояния СВЧ-тракта путем, например, засвечивания транспарантов типа Годен - Не годен и может быть выполнен в виде, например, триггера D-типа, управляющего индикаторными лампами.

Устройство для допускового контроля КСВ работает следующим образом.

Часть падающей волны ответвляется из

0 СВЧ-тракта направленным ответвителем 1. часть отраженной волны - направленным ответвителем 2. С ответвляющего выхода направленного ответвителя 1 сигнал падающей волны через аттенюатор 3 поступает на

5 первый вход щелевого моста 4, а с ответвляющего выхода направленного ответвителя 2 сигнал отраженной волны поступает на второй вход щелевого моста 4.

Щелевой мост 4 преобразует отноше0 ние амплитуд сигналов на его входе в фазовый угол между сигналами на его выходе. Если два сигнала складываются в направленном ответвителе с переходным ослаблением 3 дБ, то фазовый угол между

5 выходными сигналами определяется только отношением амплитуд входных сигналов и не зависит от абсолютного значения амплитуд. Так как значение КСВ является функцией коэффициента отражения KCTV

Г| , а последний, в свою очередь,

функцией отношения отраженной и падающей составляющих электромагнитной вол35

ны

-пад

-iTo сдвиг фаз между выходны

ми сигналами щелевого моста 4 содержит полную информацию для допускового контроля КСВ.

Сигнал падающей волны, поступающий на вход 1 щелевого моста 4 (фиг.2), делится пополам между выходами 1 и 2, при этом составляющая сигнала на выходе 2 отстает по фазе на

о от составляющей сигнала на выходе 1.

Сигнал отраженной волны, поступающий на вход 2, делится пополам между выходами 1 и 2, при этом составляющая на

выходе 1 отстает по фазе на -к от составляющей сигнала на выходе 2.

Из представленной на фиг. За векторной диаграммы следует, что при Е0тр Епад на входах щелевого моста 4 фазовый угол

между сигналами на его выходах р О

(я) при Еотр Епад при ЕОТР. Епад f-f.

стимого р - п больше допустимого р

Если с помощью аттенюатора 3 установить, чтобы при допустимом значении КСВ (например, KCTV 2,0) сигналы Епад и Еотр на входе щелевого моста 4 были равны друг другу, то при значениях КСВ меньше допу- 75 , а при значениях КСВ

к. Переход значения угла р через 0 (я) является, таким образом, признаком изменения состояния СВЧ-тракта от годного к негодному или наоборот.

С выходов щелевого моста 4 напряжения с первого выхода Ui Е2( COS О) t через

фазосдвигающее на -к устройство 5 и со

второго выхода 1)2 Е cos (col ) непосредственно поступают на входы блока 6 перемножения сигналов. Если бы фазосд- вигающего устройства 5 не было, то напряжение на выходе блока 6 перемножения

Увых - К COS p. Тогда

сигналов

Ег,при ф 0 (л) UBMX к о

- а при

л

-я полярность ивых не меняр- т и

лась бы. что не дает возможность проводить

допусковый контроль КСВ,

С этой целью введено фэзосдвигающее на -к устройство 5. Напряжение на его выходе U/ cos (ш t - 5) ЕЈ( sin w t, a

Падающая долна

напряжение на выходе устройства 6 перемножения сигналов 11вых

--Ј-2- sin p.

Таким образом, при р 0 (я) обеспечиП

вается 11вых 0, при р - - - Увых 0. а при

.

Напряжение Увых поступает на вход ин- дикатора 7, который фиксирует полярность

Увых и при 1)вых 0 (т.е. и значение

КСВ меньше допустимого) индицирует годность СВЧ-тракта, а при Увых 0 (т.е.

(р - и значение КСВ больше допустимого)

индицирует негодность СВЧ-тракта. Формула изобретения Устройство для допускового контроля

КСВ, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, направленный от- зетвитель падающей волны, ответвляющий выход которого соединен с аттенюатором, и направленный ответвитель отраженной

волны, выход которого служит для подключения исследуемого объекта, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, введены последовательно соединенные щелевой

мост, фазосдвигающий блок и блок перемножения сигналов, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с вторым выходом щелевого моста, входы которого соединены соответственно с выходом аттенюатора и ответвляющим выходом направленного ответвителя отраженной волны.

0/проженная

0О/1НО

ЕО/ПО /JOff

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения СВЧ-трактов Цель изобретения является повышение достоверности контроля КСВ. Устройство для допускового контроля КСВ измеряет не непосредственно отношение уровней отраженной и падающей волн, а фазовый угол, обусловленный этим отношением. Это происходит за счет преобразования отношения амплитуд сигналов на выходах целевого моста в разность фаз сигналов на его выходах, создания между выходными сигналами дополнительного сдвига на я/2 и определения знака полученной разности фаз с индикацией полярности напряжения на выходе блока перемножения сигналов. Благодаря этому для оценки КСВ .достаточно определить только полярность сигнала на выходе блока перемножения сигналов, что повышает достоверность контроля 3 ил.

Ufa (вымдйлокоб)

К

Ј,-Ј

О

нг

Eo/npfвыход ut&eto 0}

Елод{ MOf/nff I