Свч-интерферометр

 

Изобретение относится к области техники бесконтактного исследования для анализа турбулентных сред. Расширяются функциональные возможности устройства путем обеспечения определения спектра волновых чисел и турбулентных пульсаций в плазме. СВЧ-энергия с СВЧ-генератора 1 через делитель 3 мощности излучается передающей антенной 4 в исследуемую среду в ячейке 7. У принимаемого н;г5чн з НЭ 0 а Л а а д f а NhT IhjH -«-0антенной 5 излучения амплитуда и фаза в результате взаимодействия с турбулентной средой становятся случайными -функциями .пространства и времени. Так как СБЧ-сигнал на выходе измерительного канала должен иметь неизменную амплитуду, ее флуктуации нежелательны.Поэтому они поддерживаются на заданном уровне ограничителем амплитуды (ОА) 6. Исполняющими элементами ОА 6 являются помещенные в отрезок волновода p-i-n диоды. Они изменяют свои поглощающие свойства на СВЧ под действием НЧ (либо постоянного) тока. Через делитель 3 часть энергии передается через аттенюатор 8 и фазовращател{з 9 к 2-му входу сумматора 10 мощности, к 1-му входу которого подается сигнал с ОА6. С сумматора 10 сигнал через детектор 11 подается к регистратору 12. Несущий информацию о связи сигнал обрабатывается регистратором 12. Его согласованную работу с генератором 1 обеспечивает синхронизатор 13.1 ил. V & -BHI ( (Л IND сл о QD tC N9 Л. О 2 Ч IhjHh °

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1 250922 (5!) 4 (; 01 N 22 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б б ю и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3620416/24-09 (22) 08.07.83 (46) 15.08.86. Бюл. Р 30 (72) А.В. Сериков (53) 621.317.738 (088.8) (56) Зондирование неоднородной плазмы электромагнитными волнами. Пер. с англ./Под ред. Л.А. Душина. M.

Атомиздат, 1973, с. 88.

Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследований плазмы. M.:

Наука, 1968, с. 328. (54) СВЧ-ИНТЕ РФЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к облас° ти техники бесконтактного исследования для анализа турбулентных сред.

Расширяются функциональные возможности устройства путем обеспечения определения спектра волновых чисел и турбулентных пульсаций в плазме.

СВЧ-энергия с СВЧ-генератора 1 через делитель 3 мощности излучается передающей антенной 4 в исследуемую среду в ячейке 7. У принимаемого антенной 5 излучения амплитуда и фаза в результате взаимодействия с турбулентной средой становятся случайными функциями пространства и времени. Так как СВЧ-сигнал на выходе измерительного канала должен иметь неизменную амплитуду, ее флуктуации нежелательны. Поэтому они поддерживаются на заданном уровне ограничителем амплитуды (ОА) 6. Исполняющими элементами ОА 6 являются помещенные в отрезок волновода р-i-n диоды. Они изменяют свои поглощающие свойства на СВЧ под действием НЧ (либо постоянного) тока.

Через делитель 3 часть энергии передается через аттенюатор 8 и фазовращатель 9 к 2-му входу сумматора

10 мощности, к 1-му входу которого подается сигнал с ОА6. С сумматора

10 сигнал через детектор 11 подается к регистратору 12. Несущий информацию о связи сигнал обрабатывается регистратором 12. Его согласованную работу с генератором 1 обеспечивает синхронизатор 13.1 ил.

1 о

Изобретение относится к технике бесконтактного исследования или анализа турбулентных сред, в частности, с использованием микроволн, и может быть использовано для исследования распределения турбулентных пульсаций по спектру волновых чисел (размеров случайных неоднородностей).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения спектра волновых чисел и турбулентных пульсаций в плазме.

На чертеже приведена структурная электрическая схема СБЧ-интерферометра.

СБЧ-интерферометр содержит перестраиваемый по частоте СБЧ-генератор 1, аттенюатор 2, соединенный с первым входом делителя 3 мощности к первому выходу которого подсоедипена передающая антенна 4, с помощью которой облучается исследуемая среда, приемную антенну 5, ограничитель 6 амплитуды, измерительную я 1ейку 7. К второму выходу делителя

3 через последовательно соединенные аттепюатор 8 и фазовращатель 9 подсоединен первый вход сумматора 10 мощности. К приемной антенне 5, выполненной в виде открытого конца отрезка прямоугольного металлического волновода, подключен ограничитель 6 амплитуды. Он может состоять, например, из отрезка волновода с р->-и диодами, к которым подсоединен выход усилителя цепи обратной связи, вход которого подключен к детекторной головке> соединенной с одним из выходов направленного ответвителя, вход которого соединен с отрезком р-i--n диодами, а выход — к второму входу сумматора 10 мощности. Выход сумматора 10 мощности через детектор

1 1 подключен к входу регистратора

12, к синхронизирующему входу которого также как и к синхронизирующему входу СВЧ-генератора 1 подсоединен синхронизатор 13.

СВЧ-интерферометр работает следующим образом.

СВЧ-энергия, вырабатываемая

СВЧ-генератором 1, частота которого за промежуток времени изменяется от u) +o M и прошедшая

1 2 через делитель 3, излучается передаю щей антенной 4 в исследуемую среду в ячейке 7. У принимаемого антенной

-А + А + 2А А сов (ц — 7 ), d о где А и А, — амплитуды; 1. и ч — фазы сигналов в опорном и измерительном каналах соответствен35 но.

Хсно, что Ud пропорционален только

40 разности фаз (1 - ) лишь при А а .= const, так как А„ = сопя по условию, поскольку опорный канал в процессе измерений сохраняет свои свойства в заданном виде. Несущий

45 информацию о среде сигнал обрабатывается регистратором 12, согласованная работа которого с СВЧ-генератором обеспечивается синхронизатором 13.

Как и для всякого интерферометра

9 одним из важных моментов подготовки устройства к работе является его амплитудно-фазовая настройка (балансировка) во всем диапазоне перестройки СВЧ-генератора . Она осу55 ществляется при выполнении условий

A, = А, и ч,=-ч+77 (1= 0, 1, 2,...

Тогда Ud — О или Ud — 77,7 „, А,.

250922 2

5 излучения амплитуда и фаза в результате взаимодействия с турбулентной средой становятся случайными функциями пространства и времени.

Поскольку СВЧ-сигнал на выходе измерительного канала должен иметь неизменную амплитуду, ее флуктуации представляются явлением нежелательным. Поэтому они поддерживаются на !

О заданном уровне ограничителем 6 амплитуды.

Исполняющими элементами ограничителя 6 являются помешенные в отрезок волновода р-i-n диоды. Они изменяют свои поглощающие свойства на СВЧ под действием низкочастотного (или постоянного) тока, поступающего через усилитель с детекторной головки, которая выпрямляет приходящий

2О к ней от направленного ответвителя

СВЧ-сигнал. Через делитель 3 часть электромагнитной энергии передается через аттенюатор 8 и фазовращатель

9 к второму входу сумматора 10 мощ2S ности, к первому входу которого подается сигнал с ограничителя 6 амплитуды. С выхода сумматора 10 сигнал через детектор 77 подается к регистратору 72 Сигнал в цепи квацратичного детектора есть

250922

15 Формула из обретения

25

40

Составитель Ю. Мамонтов

Техред И.Гайдош Корректор С. Шекмар

Редактор С. Лисина

Заказ 4402/38

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Равенство амплитуд устанавливается с помощью аттенюатора 8 и ограничителя 6. Равенство фаз — путем уравнивания геометрических длин опорного и измерительного канала и с помощью фазовращателя 9.

Сведения о спектре волновых чисел турбулентных пульсаций в исследуемой среде получаются при обработке полезного сигнала, поступающего с выхода детектора "", и имеющего необходимое для достижения цели содержание. Обработка должна производиться по алгоритму, включающему в себя следующие основные операции: преобразование функции П,1 =

= U1(t) в функцию Ud = Ц (d), пользуясь известньм законом изменения частоты СВЧ-генератора со временем, т.е. M = M (t); вычисление для каж— дого значения ) величины фазового сдвига зондирующей волны в плазме в соответствии с формулой C(1)

= arccos (1-215,1()/Б,1„, „ ), где

Б 1 „ максимальное значение сигнала в цепи детектора, построение по результатам вычисления зависимости Р =Ч(4, синтез величины фазового инварианта 6 = р 4Н +Ч,)/х по зависимости < = 9 (u3) для различных значений частотной расстройки

Ь 3 относительно условно выбранной несущей .,, где -Г, = («3„), <,„ = ч"(, ь ) . Построение зависимости Q = @ (M), статистическая обработка ансамбля зависимостейЮ =

= (), полученного в результате многократного повторения измерений, определение зависимости дисперсии д фазового инварианта <8, от величины ь ) (и..ти p - и 1/о4, дифферен4 цирование,функции <6 > = f (P) и

Л 1 построение зависимости d 6„<>. d =

f (P) определение вида спектра ф (q 9 ) - const ° турбуа св1, лентных пульсаций параметра v =-= 4 е N/ ) сш, характеризующих плазму, где е и ш — заряд и масса электрона соответственно, N — - концен10 трация электронов в плазме с — скорость света в вакууме, q, — волновое число плазменных пульсаций.

СВЧ-интерферометр, содержащий

СВЧ-генератор, соединенный с входом делителя мощности, к одному из выходов которого подсоединена передающая антенна, а к другому — последовательно соединенные аттенюатор, фазовращатель и сумматор мощности, выход которого через детектор подключен к регистратору, измеритель- ную ячейку, размещенную между передающей и приемной антеннами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения определения спектра волновых чисел турбулентных пульсаций в плазме, введены синхронизатор и ограничитель амплитуды, вход которого подключен к выходу приемной антенны, а выход— к второму входу сумматора мощности, при этом СВЧ-генератор выполнен перестраиваемым по частоте, а выход синхронизатора соединен с синхронизирующими входами СВЧ-генератора и регистратора.