СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Советский патент 1966 года по МПК G01R23/16 

Известны анализаторы спектра наносекундных импульсов СВЧ С использованием смесителя и вспомогательной частоты от местного гетеродина, широкополосных усилителей низкой частоты и осциллографа. Недостатками этих анализаторов являются малая ширина диапазона частот, нестабильность смесителей, относительная сложность и громоздкость. Предлагаемый анализатор спектра лишен указанных недостатков, он обеспечивает измерение практически всех параметров периодических и непрерывных СВЧ-колебаний. На чертеже изображена блок-схема устройства. В качестве основного избирательного элемента анализатора применен ферритовый кроссмодулятор, обеспечиваюший кроссмодуляционное преобразование несушей частоты анализируемых сигналов. Он представляет собой отрезок прямоугольного волновода 1 с помешенным на его оси ферритовым шариком 2, вокруг которого спирально намотаны контурные катушки 3 }i 4. Шарик с катушками находится в поле постоянного магнита (на чертеже не ноказан), величина которого соответствует значению При этом значении поля в ферритовом шарике появляется резонансная прецессия намагниченности с частотой OJ. В случае нодачн на вход кроссмодулятора непрерывных или импульсных СВЧ-спгналов с длительностью, значительно превышающей время релаксации намагничеиности в ферритовом шарике, частота (О соответствует несушей частоте этих сигиалов. При подаче же на вход анализатора периодической последовательности импульсов с длительностью, меньшей указанного времени релаксации, резонансная прецессия намагниченности в ферратовом шарике возникает при любом значении частоты в пределах аналнзируемого спектра иер 1однческой последовательности СВЧ-импульсов (при соответствуюш,нх значениях нодмагничиваюшего поля). Другими словами, если распределение энергии Е этой последовательности импульсов паходится в полосе частот Д(0 COi - СОо то на любой частоте со; , находяшейся между частотами coi и соо, т. е. прн юа wi coi и подмагннчиваюшем поле, равном Н Ii - ., ,

пропорционаоЧьной величине средней плотности мощности на участке снектра, лежаихего в полосе частот coi + у где АЯ полуширина резонансной кривой ферритового шарика (совместно с окружаюш,ими его витками). Обеснечив измерение величины изменения намагниченности в ферритовом шарике при изCOj Wg

менении Н в пределах - тем саI I

мым измерим спектральное распределение мош,ности в анализируемой последовательности СВЧ-импульсов.

При приеме непрерывных СВЧ-сигиалов на катушку 3 кроссмодулятора подаются колебания тока с частотой /мод, в два раза меньшей частоты настройки его выходного контура /рез и амплитудой, обеспечиваюш ей изменение магнитного поля Яо на величину, примерно равную ширине полосы ферромагнитного резонанса в ферритовом шарике. Сигнал с обмотки катушки 4 кроссмодулятора подается на выходной контур 5, затем на широкополосный усилитель 6 низкой частоты и далее на вертикальные пластины осциллографа 7, в результате чего на экране осциллографа появляются непрерывные колебания с частотой, равной /рез 2/ мод и максимальной амплитудой, пропорциональной мошности СВЧ сигнала. При этом максимум указанной амплитуды наступает п,ри значении Яо, удовлетворяюш,ем соотношению (1).

При приеме импульсных СВЧ-сигналов с несушей частотой U) и длительностью большей, чем время релаксации намагниченности в ферритовом шарике, осциллограф 7 работает в режиме ждущей развертки. При этом на его экране наблюдаются колебания с частотой /мод и огибающей, соответствующей огибаюш,ей принимаемых СВЧ-импульсов, амплитуда этих колебаний, или амплитуда огибающей, пропорциональна мощности СВЧ-импульсов.

При приеме СВЧ-импульсов с длительностью меньщей, чем время релаксации намагниченности в ферритовом шарике, под действием этих импульсов возникает ударное возбуждение выходного контура кроссмодулятора, которое при работе осциллографа в режиме ждущей развертки непосредственно наблюдается на его экране. Перестраивая величину подмагничиваюшего поля в указанных выше

пределах отэ до Т отмечая при

каждом значении подмагничивающего поля величину максимальной амплитуды ударного возбуждения, получаем спектральное распределение мощности в статическом режиме. Для наблюдения того же спектра в динамическом режиме, т. е. в режиме работы обычных сверхвысокочастотных анализаторов спектра, в предлагаемом при-бо,ре предусмотрено изменение величины Яо с помощью модулирующих катушек (на чертеже не показаны), непосредственно надетых на постоянный магнит. Подаовая напряжение с частотой /я 50 гц

на эти катушки и одновременно то же самое напряжение на горизонтальные пластины осциллографа 7, при соответствующей фазе этого напряжения развертки па экране прибора

получим искомое спектральное распределение мощности.

При кратности частоты посылок исследуемых импульсов частоте развертки в данном спектре будут видны отдельные вертикальные

линии спектра. Если подать на катушку 3 ток с частотой, равной половине частоты повторения СВЧ-импульсов, то при соответствующей фазе этой частоты наступит максимальное раздвоение указанных вертикальных линий

спектра.

Рассмотренное спектральное распределение мощности для анализируемой периодической последовательности импульсов определяет практически все параметры этой последовательности. Действительно, поскольку коэффициент преобразования кроссмодулятора во времени неизменен, максимальная амплитуда наблюдаемого на экране спектра определяет мощность поданных на вход анализатора

спектра СВЧ-импульсов; расстояние между двумя минимумами спектра определяет длительность анализируемых импульсов; форма спектра характеризует примерную форму тех же импульсов, а положение максимума спектра, в соответствии с соотнощением (1), указывает на величину несущей частоты импульсов. Частота же повторения импульсов и фаза этой частоты определяются, как было указано выще, по максимальной амплитуде раздвоения отдельных «палочек спектра при подаче на модулирующую обмотку кроссмодулятора тока с частотой, равной половине частоты новторения СВЧ-импульсов, и фазой, соответствующей фазе следования импульсов.

Предмет изобретения

Сверхвысокочастотный анализатор спектра, содержащий преобразователь, гетеродин, щирокополосный усилитель низкой частоты и осциллограф, отличающийся тем, что, с целью наблюдения спектра и панорамного измерения параметров импульсов со сверхвысокочастотным заполнением и любыми длительностями,

в качестве преобразователя на входе анализатора включен ферритовый кроссмодулятор в виде феррптового шарика с двумя намотанными на него катушками, размещенного по оси отрезка прямоугольного волновода в поле постоянного магнита.

H.H-sinK t fp.

r%