Устройство для измерения несущей частоты одиночного свч- импульса

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к средствам измерения несущей частоты одиночных импульсов СВЧ-диапазона длин волн. Цель изобретения - расширение частотного диапазона в области высоких частот при сохранении точности измерений. Устройство решает проблему измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса в широкой полосе частот (13 - 18 ГГц). Это обеспечивается использованием вместо акустической линии задержки с пьезопреобразователем сверхпроводящего рециркулятора и введени ем в схему устройства вентиля 1, ограничителя 2 уровня мощности исследуемого СВЧ- импульса, направленного 7 ответвителя, блока 6 формирования импульса управления ключом. Кроме того, устройство содержит преобразователи 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов , усилитель 9, детектор 10, направленный ответвитель 3 и счетчик 11 числа импульсов. С по- , мощью предварительного прокалиброванного на импульсных с известной частотой рециркулятора, состоящего из сверхпроводящей линии 8 задержки и управляемого ключа 5, одиночный СВЧ-импульс t неизвестной несущей частотой преобразуется в серию СВЧ- импульсов, которые после усиления и детектирования; фиксируются индикатором . По данным калибровки и количеству импульсов в серии определяется неизвестная частота СЕЧ-импульса. За счет использования сверхпроводящей линии 8 задержки, помимо достижения основной цели, повьппается чувствительность устройства. 2 ил. Q (Л с 4 4: 4 05 а .f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1444676 А i (51)4 С 01 R 23 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ преобразователем сверхпроводящего рециркулятора и введением в схему устройства вентиля 1, ограничителя 2 уровня мощности исследуемого СВЧимпульса, направленного 7 ответвите" ля, блока 6 формирования импульса управления ключом. Кроме того, устройство содержит преобразователи 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, усилитель 9, детектор

10, направленный ответвитель 3 и счетчик 11 числа импульсов. С помощью предварительного прокалиброванного на импульсных с известной частотой рециркулятора, состоящего из сверхпроводящей линии 8 задержки и управляемого ключа 5, одиночный

СВЧ-импульс C неизвестной несущей частотой преобразуется в серию СВЧимпульсов, которые после усиления и детектирования фиксируются индикатором. По данным калибровки и количеству импульсов в серии определяет" ся неизвестная частота СВЧ-импульса.

За счет использования сверхпроводящей линии 8 задержки, помимо дости" жения основной цели, повышается чувствительность устройства. 2 ил. (21) 4248845/24-21 (22) 25.05.87 (46) 15,12,88. Вюл. № 46 (7!) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.И.Кирова (72) В.А.Августинович и В.П.Шиян (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 814053. кл. G 01 Р 25/04. 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1107067, кл. G 01 R 25/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСУЩЕЙ

ЧАСТОТЫ ОДИНОЧНОГО СВЧ-ИИПУЛЬСА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к средствам измерения несущей частоты одиночных импульсов СВЧ-диапазона длин волн. Цель изобретения — расширение частотного диапазона в области высоких частот при сохранении точно" сти измерений.. Устройство решает проблему измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса в широкой полосе частот (15 — 18 ГГц). Это обеспечивается использованием вместо акустической линии задержки с пьезоОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1444676

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть ис-. польэовано в радиолокации для измерения несущей частоты одиночных импуль"

5 сов СВЧ диапазона длин волн.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона в область более высоких частот при сохранении точности измерений. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса; на фиг, 2 - враменная диаграмма, поясняющая работу устройства. 15

Устройство для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса содержит вентиль 1, ограничитель 2 уровня мощности СВЧ-импульса, направленный ответвитель 3, преобразователь 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, включающий уп" равляемый ключ 5, блок 6 формирования импульса управления, направленный ответвитель 7 и сверхпроводящую бездисперсионную линию 8 задержки.

Устройство также содержит усилитель 9, детектор 10, счетчик 11 числа импульсов. Вентиль 1 через ограничитель 2 уровня СВЧ-импульса подключен к первому входу направленного ответвителя 3, выход основной линии которого подключен к входу управляемого ключа 5, который является также первым входом преобразователя 4 одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов.

Второй выход направленного ответвителя 3 подключен ко входу блока б формирования импульса управления, 40 причем этот вход является вторым входом прес бра зов ат еля. Выход ключа

5 соединен с входом второго направленного ответвителя 7, первый выход которого подключен ко входу сверхпроводящей (коаксиальной) линии задержки 8, короткозамкнутой на противоположном конце. Второй выход ответвителя 7 подключен ко входу усилителя 9, выход которого через детектор СВЧ 10 подключен ко входу 50 счетчика 11 числа импульсов. Входом устройства является вход вентиля 1.

Устройство для :измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса работает следующим образом. 55

В режиме калибровки, которая проводится с использованием высокоста" бильного перестраиваемого СВЧ-генера тора, калибровочный СВЧ-импульс заданной длительности, с известной несущей частотой f подается на вход устройства. Пройдя феррито-, вый вентиль 1, калибровочный импульс ограничивается в ограничителе 2 до уровня U по амплитуде и проходит в

".направленный ответвитель 3. Часть мощности калибровочного импульса, определяемая переходным ослаблением направленного ответвителя, со второго выхода направленного ответвителя

3 поступает на второй вход преобразователя 4, запуская блок 6 управления ключом 5. Выходной импульс блока б управления переводит ключ 5 в состояние "Открыто" на время, равное

,+ э, где t — время задержки части СВЧ-тракта, соединяющего блоки 3 и 5. Калибровочный импульс проходит через открытый ключ 5 и направленный ответвитель 7 в сверхпровадящую короткозамкнутую на конце линию 8 задержки. После этого ключ 5 возвращается в исходное состояние "Закрыто", а калибровочный импульс, отражаясь от короткозамкнутого конца линии 8 задержки, возвращается к ее началу, которое соединено с ключом 5. Ключ 5 в состоянии "Закрыто" представляет собой практически эакоротку СВЧ-тракта, поэтому СВЧ-импульс, отражаясь от этой закоротки, возвращается снова в сверхпроводящую линию 8 задержки. В результате циркуляции калибровочного СВЧ-импульса по линии 8 задержки, на втором выходе направленного ответвителя 7 формируется серия радиоимпульсов. После усиления в усилителе 9 и детектировании детектором 10 регистрирующей аппаратурой 11 фиксируется серия видеоимпульсов с экспоненциальной огибающей. Для известной несущей частоты fo вводится в соответствие количество импульсов в серии. Далее частота калибровочного СВЧ-генератора изменяется и снова фиксируется количество импульсов в серии, ограниченное наперед заданным уровнем ослабления амплитуды.

В результате калибровки строится калибровочная зависимость, связывающая несущую частоту и количество зарегистрированных видеоимпульсов.

В режиме измерения поступающий на вход устройства одиночный СВЧимпульс с неизвестной несущей частотой, пройдя вентиль 1, ограничивает14и4676 ся по амплитуде ограничителем 2 до заданного уровня 11„ и через направленный ответвитель 3 поступает на первый вход преобразователя 4 однноч5 ного импульса в серию СВЧ-радиоим: ульоов, представляюший собой вход управляемого ключа 5, который в исходном состоянии закрыт, т.е. представляет собой практически закоротку в СВЧ-тракте. Часть входного сигнала через вспомогательную линию направленного ответвителя 3 поступает на второй вход преобразователя 4, т,е. на вход блока 6 формирования импульса управления ключом 5. На выходе блока управления вырабатывается сигнал, пере одяший ключ 5 в состояние

"Открыто . Длины линии прохождения сигналов между блоками 3, 5 и 3, 6, 5 выбраны такими, что обеспечивают поступление входного импульса через открывшийся ключ 5 и основную линию направленного ответвителя 7 в сверхпроводящ;ю короткозамкнутую коаксиальную линию 8 задержки. Ключ 5 находится в состоянии "Открыто" в течение времени, определяемом длительностью входного СВЧ-импульса, по окончании которого ключ снова возвра- 30 щается в исходное состояние "Закрыто". Исследуемый импульс, поступив в коаксиальную линию 8 задержки, доходит до ее замкнутого конца и отражается, возвращаясь ко входу линии и выходу ключа 5. Здесь снова происходит отражение от низкого входного

conpo;"-." вления ключа 5 в обратном направлении. В результате, если длина линии 8 задержки такова, что вре40 мя двойного пробега исследуемого импульса. по ней превышает его длительность, на вспомогательном выходе направленного ответвителя 7 имеем серию радиоимпуль1ов, иллюстрируемую вертикальными прямыми на фиг.2. Ис" пользование направленного 7 ответвителя в преобразователе позволяет отбирать малую часть энергии исследуемого циркулирующего в линии 8 задержки импульса, которая отводится вспомогательной линией ответвителя 7 на вход усилителя 9. После усиления исследуемый сигнал подается на вход детектора 10, где выделяется его огибающая. Амплитуда огибающих СВЧ- 55 импульсов спадают с увеличением их числа по экспоненциальному закону с показателем степени, пропорциональ. ным затуханию энергии импульсов за время двойного пробега по линии saдержки на данной частоте ° Изменение несущей частоты СВЧ-импульса приводит к изменению показателя экспоненциального закона эааухания, а следовательно, к изменению числа импульсов, получаемых в серии, По калибровочной зависимости между заранее известной несущей частотой СВЧ-импульса и количеством зарегистрированных видеоимпульсов определяется несущая частота исследуемого СВЧимпульса.

Рассмотрим работу измерителя при измерении несущей частоты, равной, например, 10 ГГи, для СВЧ-импульса длительностью 50 — 100 «с. Перед проведением измерений осуществляет" ся калибровка измерителя.

Калибровка проводится следующим образом.

При помощи быстродействуюшего переключателя (модулятора), включенного во внешний тракт высокостабильного перестраиваемого СВЧ-генератора нужного диапазона, например, 9—

12 ГГц формируется калибровочный импульс длительностью 50 нс. Калибровочный импульс длительностью, например, 50 нс с известной несущей частотой f =10 ГГц подается на вход измерителя, Пройдя ферритовый вентиль

1, калибровочный импульс ограничивается в ограничителе 2 до уровня Бо по амплитуде и проходит в направленный ответвитель 3. Часть мощности калибровочного импульса со- второго выхода направленного ответвителя 3 поступает на второй вход преобразователя 4, запуская блок 6 управления ключом 5. Выходной импульс блока 6 управления переводит ключ 5 в состояние "Открыто" на время (50 нс + t ) где t — время задержки части тракта, соединяющего блоки 3 и 5. Калибровочный импульс проходит через открытый ключ 5 и направленный ответвитель 7 в сверхпроводящую короткозамкнутую на конце линию 8 зацержки, После этого ключ 5 возвращается в исходное состояние "Закрыто", а калибровочный импульс циркулирует в сверхпроводящей линии с двойным временем задержки

Т =1 мкс (5 нс/м хх2 2х100 м 1 мкс), где 5 нс/м — время прохождения СВЧимпульсом одного метра сверхпроводящего кабеля. С каждым циклом со вто1444676 рого выхода направленного ответвите.1я

7 часть мощности калибровочного импульса отводится на усилитель 9. Далее эти импульсы детектируются СРЧ5 детектором 10 и в виде серии затухающих видеоимпульсов с периодом 1 мкс подаются на.счетчик 11, который регистрирует число импульсов до момента времени, когда амплитуда одного из них уменьшится до заданнного уров" ня Ug. Таким образом, данной длительности импульса с известной частотой вводится в соответствие количество импульсов серии, образованной в процессе циркуляции калибровочного импульса в сверхпроводящей линии 8 за" держки.. Повторяя операцию калибровки для разных значений частоты перестраиваемого СВЧ-генератора, получа" ем зависимость: несущая частота— число видеоимпульсов в серии. Эта зависимость используется в качестве калибровочной °

После калибровки измерителя осуществляется сам процесс измерения неизвестной частоты одиночного

СВЧ-импульса.

СВЧ-импульс с неизвестной„несущей частотой подается на вход измери- щ теля. Далее процесс аналогичен тому, что происходил при калибровке. В результате многократного прохождения исследуемого импульса по сверхпроводящей линии 6 задержки на вспомогательном выходе направленного ответвителя 7 формируется серия СВЧ-импульсов, огибающие которых выделяются детектором 10, а количество видео" импульсов фиксируется счетчиком 11. 40

Располагая данными счета этих импульсов по калибровочной зависимости, определяем Hpсушую частоту иссл еду ем о го импул ь с а.

Использование в устройстве сверхпроводящей коаксиальной линии задержки позволяет расширить диапазон измеряемых частот вплоть до 18 ГГц.

Работающая в среде жидкого гелия эта линия характеризуется высокой степенью регулярности волнового сопротивления, полосой пропускания частот

0 - 18 ГГц и затуханием 40,45 дБ/км на f--1 ГГц, что в переводе на время задержки составляет 6 О, Pg дБ/мкс.

Введенные в устройство ограничитель уровня СВЧ-импульсов, первый и второй направленные ответвители и ключ практически не вносят дополнительноro ограничения на частотный диапазон устройства.

Введение в устройство ограничителя амплитуды исследуемого импульса позволяет упростить процесс измерения, сведя его к подсчету числа им-" пульсов в серии, получаемой в результате циркуляции исследуемого материала.

Применение сверхпроводящей линии задержки позволяет осуществить измерение несущих частот одиночных СВЧимпульсов вплоть до 15 ГГц с использованием одной линии беэ изменения конструкции устройства и его переборки. Единственным требованием при этом является соблюдение условия

Г„сТЗ, где „- длительность исследуемого импульса, T > - двойное время задержки сверхпроводящей линии

8 задержки. Для приведенного примера при длине сверхпроводящей линии

8 задержки длиной 100 м (Т,=1 мкс) могут быть измерены несущие частоты

СВЧ-импульсов длительностью от едиНиц наносекунд до 1 микросекунды.

Для расширения диапазона длительностей измеряемых импульсов следует взять линию задержки большей длины.

Формула изобретения !

1. Устройство для измерения несущей частоты одиночного СВЧ-импульса, содержащее преобразователь одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, последовательно соединенные усилитель, детектор и счетчик числа импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот, в него дополнительно введены последовательно соединенные вентиль, ограничитель уровня мощности СВЧ-импульса и направленный ответвитель, первый выход которого соединен с первым входом преобразователя, а второй выход— с вторым входом преобразователя одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов, выход которого подключен к входу усилителя °

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь одиночного СВЧ-импульса в серию радиоимпульсов содержит последовательно соединенные блок формирования импульса управления, управляемый ключ, второй вход которого явля1444676

Составитель Ю.Минкин

Редактор Н.Горват Техред JI.Олийнык Корректор Г.Решетник

Заказ 6501/43 Тираж 772 "

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ется первым входом преобразователя, направленный ответвитель и сверхпроводящую безднсперсионную линию задержки, вход блока формирования импульса управления является вторым входом преобразователя, второй выход направленного ответвителя является выходом преобразователя,