Анализатор стоячей волны

 

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. Целью изобретения является повышение точности измерения коэф. стоячей волны. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию 2, исследуемую линию 3, блок 4 обработки и программного управления, блок 5 ввода-вывода информации. В устр-во введены лазер 6, четвертьволновая пластинка 7, расщепители 8 и 10 оптического пучка, блок 9 сканирования оптическим пучком, отражающее зеркало 11, источник 12 питания, системы 13 и 15 коллимирующих линз, удлинитель 14 оптического пути, фотоприеьшики 16 и 17, вычитающий блок 18, пороговый блок 19. Устрво может работать в двух режимах: калибровки и измерения. В режиме ка-, либровки .к измерительной линии подключается эталонная линия. Распределение высокочастотного напряжения вдоль измерительной линии 2 при подключении эталонной считается известным . В режиме измерения к измерительной линии 2 подключается исследуемая линия 3. Процесс измерения распределения напряжения вдоль измерительной линии не отличается от аналогичного процесса в.режиме калибровки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1401403 А 1 (51) 4 G 01 К 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV С8ИДКТВЛЬСтВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3935794/24-09 (22) 23. 07. 85 (46) 07. 06. 88. Бюл. Ф 2.1 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.А.Головков, Д.А.Калиникос, С.В.Кузнецов, .А.П.Осипов и И.Ю.Пивоваров (53) 621. 317. 341 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1092432, кл, G 01 R 27/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N -. 985751, кл. G 01 R 27/06, 1980. (54) АНАЛИЗАТОР СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ (57) Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. Целью изобретения является повышение точности измерения коэф. стоячей волны.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию 2, исследуемую линию 3 блок 4 обработки и программного управления, блок 5 ввода-вывода информации. В устр-во введены лазер

6, четвертьволновая пластинка 7, расщепители 8 и 10 оптического пучка, блок 9 сканирования оптическим пучком отражающее зеркало 11, источник 12 питания, системы 13 и 15 коллимирующих линз, удлинитель 14 оптического пути, фотоприемники 16 и 17, вычитающий блок 18, пороговый блок 19. Устрво может работать в двух режимах: калибровки и измерения. В режиме ка-.: либровки ..к измерительной линии подключается эталонная линия. Распределение высокочастотного напряжения вдоль измерительной линии 2 при подключении эталонной считается известным. В режиме измерения к измерительной линии 2 подключается исследуемая линия 3. Процесс измерения распределения напряжения вдоль измерительной линии не отличается от аналогичного процесса в. режиме калибровки. 1 з.lI ф-лы, 1 ил.

1401403

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис". пользовано для измерения распределения интенсивности электрического поля в СВЧ-трактах„ определения уровня согласования, КСВ и полных сопротивлений.

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента стоячей волны.

На чертеже представлена структурная электрическая блокесхема анализа-, тора стоячей волны.

Анализатор стоячей волны содержит

СВЧ-генератор 1, измерительную 2 и исследуемую 3 линии, управляющий блок в виде блоиа 4 обработки и программного управления и блока 5 вводавывода информации, лазер 6, чет- 20 вертьволновую пластинку 7, первый расщепитель 8 оптического пучка, блок 9 сканирования оптическим пучком, второй расщепитель 10 оптического пучка, отражающее зеркало 11 источник 12 25 питания, первую систему 13 коллимирующих линз, удлинитель 14 оптического пути, вторую систему 15 коллимирующих линз, первый 16 и втрой 17 фотоприемники, вычитающий 18 и пороговый 19 30 блоки и блок 20 регистрации сдвига интерференционной картины.

Анализатор может работать в двух режимах: калибровки и измррения.

Назначение,.режима калибровки— установка отражающего зеркала 11 параллельно элек родам измерительной линии 2 на расстоянии, равном 1

= A(N + -) где A — длина волны СВЧ8 сигнала, и коррекция погрешностей, 4ц связанных с неидеальностью отражающей поверхности зеркала и электродов измерительной линии.

В режиме калибровки к измерительной линии вместо исследуемой подклю- 4 чается эталонная линия. Распределение высокочастотного напряжения вДоль измерительной линии нри подключении эталонной считается известным. Лазер

6 генерирует высокостабильный сигнал SO ,в оптическом диапазоне частот с линейной поляризацией. После прохождения четвертьволновой пластинки 7 луч света имеет круговую поляризацию.

Далее, проходя через первый расще5S питель 8, световой пучок разделяетая на два пучка с взаимно ортогональной поляризацией. Световой пучок с первого расщепителя 8 поступает на блок 9 сканирования, проходит через второй расщепитель 10 и измерительную линию

2, выполненную и микрополосковом исполнении, диэлектриком которой явля" ется среда, обладающая квадратичным электрооптическим эффектом (например, кристалл группы перовскитов) °

Проходя через электрооптический кристалл, на.котором выполнена измерительная линия 2, луч света взаимодействует с электрическим полем измерительной линии в данном ее сечении и приобретает фазовый сдвиг, определяемый выражением

4 = K,U sin2

Э где К, — константа преобразователя;

U — напряжение на. линии 2 в данном сечении.

Далее луч света поступает на отражающее зеркало 11 и возвращается в ту же точку измерительной линии 2.

Если отражающее зеркало 11 расположено от измерительной линии 2 на рас1 стоянии 1=9(Б + -) где A — длина

8 Ф волны СВЧ сигнала, а N=0,1,2,3. то суммарный фазовый сдвиг за два прохода кристалла измерительной линии светом (туда и обратно) равен ,2=

Cp =K U sin2 — "t+K U sin (-t+-)

1 % 2

К U2 (1)

Таким образом, только при установ1 ке зеркала на расстоянии 1=%(М+-) вы8 шедший из диэлектрика измерительной линии 2 луч имеет сдвиг фазы необыкновенного луча, пропорциональный квадрату амплитуды СВЧ-напряжения в данном сечении линии и не зависящий от времени. При всех остальных положениях зеркала фазовая модуляция имеет временную зависимость. В режиме калибровки, перемещая отражающее зеркало 11 относительно измерительной линии 2, добиваются исчезновения СВЧмодуляции отраженного луча. В момент исчезновения паразитной СВЧ-модуляции расстояние от отражающего зеркала 11 до измерительной линии 2 равно 1

=7(N+8).

Откалибровав предварительно перемещающий отражающее зеркало 11 механизм, можно грубо измерять частоту

1401403

СВЧ-сигнала. Кроме фазового сдвига, пропорционального квадрату напряжения

СВЧ-сигнала в данном сечении линии 2, световой луч приобретает суммарный постоянный фазовый сдвигс =90 для получения круговой поляризации при нулевом СВЧ-напряжении за счет выбора рабочей точки при помощи источника

12 питания (смещения). Это необходимо 1ð для уменьшения паразитной амплитудной модуляции в выходном сигнале устройства. о

Сдвиг фазы на 90 можно получить не только за счет напряжения, прило- 15 женного к электродам измерительной линии 2, но и за счет установки пленочного поляризатора между измерительной линией 2 и отражающим зеркалом. 11. 2р

После двойного прохождения кристалла измерительной линии 2 световой пучок снова поступает на второй расщепитель 10, который отделяет иэ светового пучка ортогональную комнонен- 25 ту, получившую суммарный фазовый сдвиг (g, и направляет ее на первый

X оптический вход блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины 20—

C первую систему 13 коллимирующих линз, 30 формирующих плоский когерентный оптический пучок, поступающий на фотоприемники 16 и 17.

Пучок с выхода первого расщепителя

8, получивший набег фазы в удлинителе

14 оптического пути, поступает на второй оптический вход блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины — вторую систему 15 коллимирующих линз, преобразуется ею в плоский 4р когерентный оптический пучок и также поступает на фотоприемники 16 и 17. В плоскости фотоприемников таким образом образуется интерференционная .картина в виде интерференционных полос. Положение светлых и темных полос интерференционной картины зависит от разности сдвига фаз световых колебаний в опорном световом пучке, поступающем с первого расщепителя 8 через удлинитель 14 оптического пути и вто1 рую систему 15 коллимирующих линз, и в измерительном световом пучке ° дважды прошедшем измерительную линию 2, второй расщепитель 10 и первую. систему 13 колл п ирующих линз

Как показано вьппе, фазовый сдвиг световых колебаний в измерительном световом пучке зависит от квадрата напряжения в том сечении измерительной линии, через которое он дважды проходит. При:изменении этого напряжения изменяется сдвиг фаз во втором пучке, а значит сдвигается иктерференционная картина. Сдвиг интерференционной картины фиксируется фотоприемниками 16 и 17.

Если расстояние между фотоприемниками 16 и 17 выбрано равным половине периода интерференционной картины, то один из них регистрирует максимум интерференционной картины, а другой— минимум. Токи фотоприемников 16 и 17 поступают на вход вычитающего блока

18, который обеспечивает при выбранном расстоянии между фотоприемниками подавление фоновой засветки фотоприемников и выделение тока, пропорционально перепаду интенсивностей максимумов и минимумов интерференционных полос при сдвиге интерференционной картины.

Пороговый блок 19 имеет фиксированный порог, определяемый шумами фотоприемников, и формирует на выходе прямоугольные импульсы, каждый иэ которых соответствует сдвигу интерференционной картины на один период.

Выход порогового блока 19 является выходом блока 20 регистрации сдвига интерференционной картины. Блок 4 обработки и программного управления подсчитывает число импульсов с выхода порогового блока 19 за фиксирован" ные интервалы времени, что позволяет определить сдвиг интерференционной картины как функцию сдвига фазы световых колебаний в измерительном пучке, т.е. в конечноМ счете как функцию напряжения в том сечении измерителькой линии 2, через которое ок прохоДИТ а

После установки отражающего зеркала 11 на требуемом расстоянии относительно электродов измерительной линии

2 с второго выхода блока 4 обработки и программного управления на электрический вход блока 9 сканирования по; дается управляющее напряжение, изменяющееся по линейному закону. В результате этого измерительный оптический пучок с оптического выхода блока

9 сканирования начинает сканирование вдоль электродов, нанесенных на электрооптический кристалл измерительной ликии 2. Это приводит к тому, что фазовый сдвиг, получаемый измерительным

1401403 оптическим пучком, поступающим на фотоприемники 16 и 17 через первую систему 13 каллимирующих линз, пропорционален квадрату. напряжения в

5 том сечении измерительной линии, через которое в данный момент проходит луч.

Из-за изменения фазового сдвига измерительного пучка при сканировании 1О

его вдоль измерительной линии 2 ин-. терференционная картина в плоскости фотоприемников !6 и 17 сдвигается относительно картины, которая получается, когда луч проходит в начальном сечении линии. Сдвиг интерференционной картины относительно ее положе" ния,которое получается, когда луч проходит через начальное сечение линии, фиксируется с помощью фатоприем- 2р ников 16 и 17, вычитающего 18 и порогового 19 блоков и блока 4 обработки и программного управления, как описано выше.

Используя полученную информацию, 25 которая пропорциональна приращению квадрата интенсивности СВЧ-поля в данном сечении измерительной линии по сравнению с соседним, блок 4 обработки и программного управления по известным алгоритмам фактически восстанавливает функцию квадрата распределения интенсивности СВЧ=поля по .модулю ее первой производной в конечных приращениях. Алгоритм обработки таким З5 образом должен восстанавливать знак приращений на основании информации о форме первой производной этой функции.

Смена знака приращений происходит, когда первая производная распределе- 4О ния интенсивности СВЧ-сигнала проходит минимум, что равносильно минимальному числу подсчитанных импульсов за интЕрвал усреднения.

С помощью блока 4 обработки прог- 45 раммного управления или автоматически возможно изменение скорости сканиро-. вания, а также компенсация нелинейности скорости перемещения лазерного луча вдоль измерительной линии, 50

В режиме калибровки к измерительной линии 2 вместо исследуемой линии

3 подключена эталонная линия„ для которой известно распределение СВЧ-напряжения вдоль измерительной линии 2.

В блоке 4 обработки и программного управления производится сравнение теоретического распределения с реальным, полученным по результатам сканирования измерительного луча. По результатам этого сравнения в память блока 4 обработки и программного управления заносятся для ряда характерных сечений измерительной линии 2 поправачные коэффициенты, которые учитывают неоднородности электрооптического кристалла измерительной линии

2, отражающего зеркала 11 и других возможных источников погрешности измерения распределения напряженности поля в измерительной линии, В режиме измерения к измерительной линии 2 подключается исследуемая линия 3.

Процесс измерения распределения напряжения вдоль измерительной линии не отличается от аналогичного процесса в режиме калибровки. При сканировании измерительного луча вдоль измерительной линии 2 с помощью блока 9 сканирования измерительный световой пучок получает фазовый сдвиг, пропорциональный квадрату напряжения в каждом сечении измерительной линии 2.

Изменение фазового сдвига измерительного пучка в соответствии с распределением электрического поля в линии приводит к смене положений светлых и темных палас интерференции, возникающей между опорным и измерительным пучками в плоскости фотоприемников 16 и 17. Сдвиг картины фиксируется блоком 4 обработки и программного управления, который восстанавливает распределение напряжения и производит по нему определение коэффициента стоячей волны в измерительной линии 2.

Блок 4 отработки и программного управления совместно с блоком вводавывода информации может индицировать данные измерения в виде параметров

СВЧ-поля в цифровой форме и распределение интенсивности поля в графической форме.

Формула изобретения

1, Анализатор стоячей валны,содер-. жащий последовательно соединенные генератор СВЧ-колебаний измерительную и исследуемую линии, управляющий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициента стоячей волны, измерительная линия выполнена микраполосковой, подложка которой выполнена из электроапгического диэлектрика с управляющими электродами, к которым

1401403 динен с электрическим входом блока сканирования, расстояние измерительной линии до отражающего зеркала выбрано равным 1=3(N+1/S}, где h — длина

СВЧ-волны, N — любое целое положи= тельное число.

Составитель В.Рабинович

Редактор П,Гереши . Техред И.Верес, Корректор В.Бутяга

Заказ 2781/45 Тираж 772 Подписное

ВН!ИПИ 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 подсоединен выход введенного источника питания, плоскость подложки измерительной линии перпендикулярна плоскости отражающего экрана, введены ла- зер, оптически соединенный через чет5 вертьволновую пластинку с первым расщепителем оптического пучка, первый выход которого оптически соединен с оптическим входом блока сканирования, 1О а второй выход через удлинитель оптического пути оптически соединен с первым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, оптический выход блока сканирования опти- 15 чески соединен с вторым расщепителем оптического пучка, первый выход которого через подложку измерительной. линии оптически соединен с введенным отражающим зеркалом, плоскость кото» 2п рого параллельна управляющим электродам, второй выход второго расщепителя оптического пучка оптически соединен с вторым входом блока регистрации сдвига интерференционной картины, вы- 25 ход которого присоединен к входу управляющего блока, выход которого сое2. Анализатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок регистрации сдвига интерференционной картины выполнен в виде двух систем коллимирующих линз, оптически связанных с первым и вторым входами блока регистрации сдвига интерференционной картины соответственно, выход каждой из которых оптически соединен с входами первого и второго фотоприемников, расположенных иа расстоянии друг от друга, равном половине периода интерференционной картины, выход которых соединен с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого присоединен к входу порогового блока, выход которого является выходом блока регистрации интерференционной картины.