Устройство для измерения мощности

 

Изобретение может быть использовано для измерения проходящей мощности в выходных трактах мощных СВЧ - передатчиков. Цель изобретения - повышение точности измерений при расширении динамического диапазона - достигается за счет уменьшения влияния измерительного устройства на результат измерения. Для этого в устройство для измерения мощности введены источник 1 когерентного светового излучения, делитель 2 света, два датчика 3, 4 мощности, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки 5, первого 6 и второго 7 электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света. Влияние измерительного устройства на результат измерения уменьшается за счет того, что включение электродов электрооптических кристаллов в передающую линию эквивалентно включению четвертьволновых отрезков с бесконечно малым и бесконечно большим сопротивлениями. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

om ze греке

Z !е Х

zå

Ф гг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4252871/23-21 (22) 29.05.87 ,(46) 15.04.89. Бюл. У 14 (71) Ленинградский электротехнический институт им. Ульянова (Ленина) (72) С.Л.Афонин, А.А.Головков, А.П.Осипов и В.Ю.Приходько (53) 621.317.78.023(088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

N- 1087906, кл. G 01 R 21/00, 1984.

Патент США - 3675125, кл. 324-96, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ (57) Изобретение может быть использовано для измерения проходящей мощности в выходных трактах СВЧ-передатчиков. Цель изобретения — повышение точности измерений при расширении динамического диапазона достигается

„„SU„„1472836 А1 за счет уменьшения влияния измерительного устройства на результат измерения. Для этого в устройство для измерения мощности введены источник

1 когерентного светового излучения, делитель .2 света, два датчика 3 „ 4 мощности, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четнертьволновой пластинки 5, первого 6 и второго 7 электрооптических кристаллов, второй четвертьволнавой пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света. Влияние измерительного устройства на результат измерения уменьшается за счет того, что включение (фЪ электродов электрооптических кристаллов в передающую линию эквивалентно включению четвертьволновых отрезков с бесконечно мальм н бесконечно боль- С шим сопротивлениями. 3 ил.

1472836

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения проходящей мощности в выходных трактах мощных СВЧ-передатчиков, Целью изобретения является повыше— ние точности измерительного устройства за счет уменьшения влияния измерительного устройства на результат 10 измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2,3 — подключение электрооптических кристаллов к фидерному тракту и эквивалентная 15 схема на их замещения.

Устройство содержит источник 1 когерентного светового. излучения, делитель 2 света, два датчика 3, 4 мощности, каждый из которых состоит 20 из последовательно распоЛоженных по ходу оптического луча первой чет", вертьволновой пластинки 5, первого 6 и второго 7-электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой 25 пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света, выходы делителя 10 являются выходами датчиков мощности, они оптически связаны с фотодиодами

11 и 12 соответственно. Между кадота- 30 ми фотодиодов 11 и 12 включен переменный резистор потенциометр) 13, к движку которого подключен индикатор 14 мощности, выход которого соединен с переменным резистором (потенциометром) 15, выводы которого подсоединены к фотодиодам 16 и 17, Конденсаторы 18.1-18.2 включены между выводами потенциометров 13 и 15 и общей шиной для фильтрации гармо- 40 нических составляющих.

Источник i когерентного света через делитель 2 света оптически свя-. зан с каждым из датчиков мощности.

При этом электроды, нанесенные на бо- 45 ковые грани первого электрооптического кристалла, включены в передающий тракт 19 последовательно и разомкнуты на вторых концах, а электроды второго электрооптического кристалла включены в передающий тракт 19 па50 раллельно и короткозамкнуты на вторых концах. Электроды первого и второго электрооптических кристаллов нанесены на взаимно перпендикулярные грани. Причем электроды второго

55 электрооптического кристалла второго датчика 4 мощности включены противогазно по отношению к электродам втоРого электрооптического кристалла первого. датчика 3. Перемычки вторых электрооптических кристаллов должны иметь отверстия для прохождения света.

Четвертьволновые пластинки 5 и

8 представляют собой циркулярные модуляторы и служат для круговой поляризации светового луча.

Электрооптические кристаллы 6 и 7 — это модуляторы Поккельса, характеризующиеся эллиптической поляризацией, в качестве них могут быть использованы кристаллы ZnSe, LiNbO > или LiTa03 в зависимости от длины волны источника 1. Анализатор 9 позволяет выделить одну из ортогональных составляющих поляризованного светового луча, он может быть выполнен, например, в виде призмы Глака.

Устройство работает слеДующим образом.

Узкий когерентный световой луч, генерируемый источником 1, поступает на делитель 2 света, на выходах которого образуются два луча одинаковой интенсивности. Эти лучи поступают на датчики 3,4 мощности. В датчике 3 световой луч проходит четвертьволновую пластинку 5 и приобретает циркулярную поляризацию. Далее циркулярно поляризованный свет поступает в первый электрооптический кристалл 6, при этом в кристалле будут распространяться две ортогонально поляризованные компоненты с одинаковыми амплитудами. После прохождения кристалла 6 эти компоненты приобретают разность фаз Г, пропорционально приложенному к управляющим электродам среднему напряжению U

Ь

3 г

Л 4 где ne —; r— электрооптический коэффициент; Ь— длина кристалла; а — толщина; длина волны света.

Электрооптический кристалл 6 с электродами на боковых гранях, имеющий длины Л /4 на длине СВЧ-сигнала, представляет собой разомкнутый четвертьволновой отрезок линии передачи, сопротивление которого между точками подключения в передающий тракт равно нулю. Среднее значение модулирующего напряжения на кристалле 6 равно

1472836 прямо пропорциональны интенсивности света ° Высокочастотные составляющие токов фотодиодов фильтруются конденсаторами 18. Работа датчика 4 аналогична датчику 3.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения мощности, содержащее первый и второй датчики мощности, первый и второй переменные резисторы, подвижные контакты которых соединены через индикатор мощности, а первый и второй выводы обоих переменных резисторов связаны с общей шиной через конденсаторы и через диоды с выходами первого и второго датчиков мощности соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений при расширении динамического диапазона, в устройство введен источник когерентного светового излучения, оптически связанный через делитель света с каждым из датчиков мощности, каждый датчик мощности выполнен в виде последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки, первого и второго электрооптических кристаллов с управляющими электродами на боковых гранях, второй четвертьволновой пластинки, анализатора и делителя света, при этом управляющие электроды первого электрооптического кристалла включены в передающий тракт последовательно одними концами и разомкнуты на вторых концах, управляющие электроды второго электрооптического кристалла включены в передающий тракт параллельно и короткозамкнуты на вторых концах, электрические длины электродов равны четверти длины волны измеряемого сигнала, электроды на .первом и втором электрооптических кристаллах нанесены на взаимно перпендикулярные грани, полярность подключения управляющих электродов второго электрооптического кристалла в передающий тракт у первого и второго датчиков противоположна, выходы датчиков мощности оптически связаны с фотодиодами, причем полярность включения фотодиодов, связанных с первым переменным резистором, одинакова ипротивоположна полярности включения фотодиодов, связанных с вторым переменным резистором, а вторыми выводами фотодиоды соединены с общей шиной.

U4ð — U "n Ьг +q ), II где U — амплитуда напряжения в иссле35 дуемом сечении тракта;

М вЂ” фазовый сдвиг между током и напряжением.

Иосле прохождения кристалла 7 пучок света приобретает разность фаз между ортогональными компонентами

Г = К U sin (ь г + М ), где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

В результате прохождения светового луча через систему, состоящую из первого электрооптического кристалла, который формирует разность фаз между .ортогональными компонентами пропорционально току в исследуемом сечении тракта, и второго электрооптического кристалла, который формирует разность

50 фаз между ортогональными компонентами пропорционально напряжению, второй четвертьволновой пластинки.и анализатора, интенсивность света на выходе датчика мощности будет иметь состав55 ляющую, пропорциональную проходящей мощности н исследуемом сечении тракта. Токи фотодиодов 11, 16 и 12, 17

Ь где 1 — волновое сопротивление эквивалентной кристаллу линии, 5 амплитуда тока в данном сечении тракта, ь — частота СВЧ-сигнала.

С учетом последней формулы

= К, i sinû t, где К, †. коэффициент пропорциональности.

Итак, разность фаз между ортогонально поляризованными компонентами светового луча на выходе электрооптического кристалла 6 пропорциональна величине тока в данном сечении передающего тракта. Далее луч света поступает на второй электрооптический кристалл 7, кристаллографические оси которого составляют угол 90 с осями первого электрооптического кристалла 6.

Кристалл 7 с управляющими, короткозамкнутыми на вторых концах электродами по отношению к СВЧ-сигналу

25 эквивалентен короткозамкнутому на втором конце четвертьволновому отрезку линии передачи, подключенному параллельно к передающему тракту 19.

Среднее значение модулирующего напряжения:

1472836

Составитель И.Егоров

Техред М.Дидык Корректор M.Maêñèìèøèíåö

Редактор О.Спесивых

Заказ t704/44 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101