Устройство для измерения полосы пропускания свч-резонаторов

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике на СВЧ и может быть исг.ользовано для измерения полосы пропускания, добротности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь веществ. Цель изобретения - повышение быстродействия. Введение в устройство удвоителя 13 частоты, измерителя 14 отношения двух частот, генератора 15 тактовых импульсов, генератора 16 управляющего напряжения, сумматора 17, компаратора 18 и их связей позволяет исключить ручную настройку генератора 8 модулирующего сигнала на частоту F, равную половине полосы пропускания исследуемого резонатора 1, исключить ручную операцию переключения выхода фильтра 10 низкой частоты на вход генератора 8, исключить операцию пересчета значения Д f0 в 2Д f0, a также операцию вычисления добротности резонатора 1. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/04, 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793373/21 (22) 16.02.90 (46) 07.03.92. Бюл. И. 9 (71) Севасто пол ьский и риборостроител ьный институт (72) А.H.Òðóøêèí (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . ЬЬ 1174876, кл. 6 01 R 27/26, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОСЫ ЙРОПУСКАНИЯ СВЧ-РЕЗОНАТОР0В (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике на СВЧ и может быть ис ;ольэовано для измерения полосы пропускания, добротности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических по„„5Q „„1718143 А1 терь веществ. Цель изобретения — повышение быстродействия, Введение в устройство удвоителя 13 частоты, измерителя 14 отношения двух частот, генератора 15 тактовых импульсов, генератора 16 управляющего напряжения, сумматора 17, компаратора 18 . и их связей позволяет исключить ручную настройку генератора 8 модулирующего сигнала на частоту F, равную половине полосы пропускания исследуемого резонатора 1. исключить ручную операцию переключения выхода фильтра 10 низкой частоты на вход генератора 8, исключить операцию пересчета значения Ь fo в 26f<, а также операцию - вычисления добротности резонатора 1. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1718143

40

50

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения полосы пропускания, добротности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь веществ.

Известно устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов, содержащее СВЧ-генератор, исследуемый

СВЧ-резонатор, индикатор, бдиако это устройство не обладает высоким быстродействием измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов. содержащее соединенные последовательно СВЧ-генератор, исследуемый СВЧ-резонатор, СВЧ-детектор, усилитель, удвоитель частоты и фазовый детектор, соединенные последовательнр усилитель постоянного тока, фильтр низких частот и индикатор нуля, соединенные последовательно генератор модулирующего сигнала и второй удвоитель частоты. выходом подключенный к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, частотомер, входом соединенный с одним из выходов генератора модулирующего сигнала, второй выход которого подключен к входу модуляции СВЧ-генератора, третий выход соединен с входом второго удвоителя частоты, блок автоматической подстройки частоты, включенный между вторым выходом СВЧ-детектора и входом управления частотой СВЧ-генератора, второй выход которого подключен к индикатору резонансной частоты, переключатель, первым входом соединенный с выходом фильтра низких частот, вторым входом — с общей шиной, а выходом — с генератором модулирующего сигнала.

Однако известное устройство не обеспечивает высокое быстродействие измерений иэ-эа наличия в измерительном процессе ручных операций управления частотой генератора модулирующего сигнала, управления переключателем, а также операций по вычислению полосы пропускания и добротности исследуемого резонатора, Цель изобретения — повышение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов введены соединенные последовательно третий удвоитель частоты и измеритель отношения двух частот; другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, генератор управляющего напряжения и сумматор, вторым входом подключенный к выходу переключателя, а выходом соединенный с управляющим входом генератора модулирующего сигнала, компаратор, первым входом подключенный к выходу фильтра низкой частоты, вторым — к общей шине, а выходом — к входам управления генератора управляющего напряжения и переключателя, причем третий выход генератора модулирующего сигнала подключен к входу третьего удвоителя частоты. При этом генератор управляющего напряжения содержит интегратор. три электронных ключа, резонатор и клемму источника питания, управляющий вход первого ключа соединен с первым входом генератора управляющего напряжения и управляющим входом треть- . его ключа, первый выход которого соединен с первым входом интегратора, а второй выход — с вторым входом интегратора и через соединенные второй ключ и резонатор — с клеммой источника питания, управляющий вход второго ключа соединен с вторым входом генератора управляющего напряжения, выходы первого ключа — с соответствующими входами интегратора, выход которого соединен с выходом генератора управляющего напряжения.

Сравнение известного устройства с предлагаемым показывает, что заявляемое . устройство проявляет новые технические свойства. выраженные в повышении быстродействия измерений за счет исключения из измерительного процесса ручных операций настройки генератора модулирующего сигнала, управления переключателем;а также вычислительных операций по определению полосы пропускания и добротности исследуемого СВЧ-резонатора.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов; на фиг. 2 — структурная схема блока автоматической подстройки частоты; на фиг. 3 — структурная схема генератора управляющего напряжения; на фиг. 4 — осциллограммы управляющих напряжений, Устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов содержит соединенные последовательно СВЧ-генератор

1. СВЧ-резонатор 2. СВЧ-детектор 3, усилитель 4, удвоитель 5 частоты и фазовый детектор 6, второй удвоитель 7, выходом подключенный к второму входу фазового детектора 6. генератор 8 модулирующего сигнала, первым выходом соединенный с управляющим входом СВЧ-генератора 1, вторым выходом подключенный к входу второго удвоителя 7 частоты, соединенные последовательно усилитель 9 постоянного

1718143 тока, фильтр 10 низких частот и переключатель 11, блок 12 автоматической подстройки, входом подключенный к второму выходу

СВЧ-детектора 3, а выходом соединенный с входом управления частотой генератора 5

СВЧ 1, соединенные последовательно третий удвоитель 13 частоты и измеритель 14 отношения частот, другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора 1, соединенные последовательна генератор 10

15 тактовых импульсов, генератор 16 управляющего напряжения и сумматор 17, вторым входом подключенный к выходу переключателя 11, а выходом соединенный с управляющим входом генератора 8 моду- 15 лирующего сигнала, компаратор t8, первым входом подкаюченный к выходу фильтра IO низкой частоты, вторым входом — к общей шине, а выходом — к входам управления генератора 16 управляющего напряжения и 20 переключателя 1 t, причем третий выход генератора 8 модулирующего сигнала подключен к входу третьего удвоителя t3 частоты, . Блок 12 автоматической подстройки ча- 25 стоты (АПЧ) содержит усилитель 19 сигнала ошибки, входом подключенный к входу АПЧ

12. фазовый детектор 20, первым входом соединенный с выходом усилителя 19, фазовращатель 21, выходом подключенный к 30 второму входу фазового детектора 20, модулирующий генератор 22, выходом соеди.. ненный с входом фазовращателя 21, усилитель 23 постоянного тока, входом подключенный к выходу фазового детектора 35

20, фильтр 24 нижних частот, входом соединенный с выходом усилителя 23, а. выходом — с входом модулирующего генератора 22 и выходом АПЧ 12.

Генератор 16 управляющего напряже- 40 ния содержит интегратор 25, электронные ключи 26-28, резонатор 29 и клемму 30 источника питания, причем первый ключ 26 подключен параллельно конденсатору интегратора 25, второй ключ 27 подключен 45 между резистором 29 и инвертирующим входом интегратора 25. третий ключ 28 подсоединен между инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 25, управляющие входы первого 26 и третьего 50

28 ключей подключены к первому входу генератора 16, а управляющий вход ключа 27 соединен с вторым входом генератора 16.

Устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-генераторов работает. следу- 55 ющим образом.

В зависимости от положения органов управления измерителя 14 отношения частот, в качестве которого применяется выпускаемый промышленностью электронный частотомер, измеритель может работать в трех режимах: режим измерения резонансной частоты СВЧ-резонатора 2; режим измерения полосы пропускания

СВЧ-резонатора 2 (измерение частоты сигнала с выхода третьего удвоителя 13 частоты; режим отношения резонансной частоты

СВЧ-резонатора 2 и частоты сигнала на выходе удвоителя 13 частоты (измерение добротности СВЧ-резонатора 2).

В режиме измерения резонансной частоты СВЧ-резонатора 2 включается .блок

АПЧ 12 и СВЧ-генератор 1 настраивается на резонансную частоту исследуемого резонатора 2.

Блок АПЧ 12 работает следующим образом, Модулирующий генератор 22.осуществляет частотную модуляцию СВЧ-генератора

1, при этом частота модуаирующего генератора 22 постоянна. Система — исследуемый

СВЧ-резонатор 2 — СВЧ-детектор 3 — осуществляет нелинейное преобразование частотно-модулированного сигнала

СВЧ-генератора 1 ° в результате чего на нагрузке СВЧ-детектора 3 выделяется сигнал частоты модуляции и «ратных ей частот, причем сигнал модулирующей частоты (рабочий сигнал) при изменении знака расстройки СВЧ-генератора 1 относительно исследуемого СВЧ-резонатора 2 меняет фазу на 180 (проходит через нуль). После усиления в усилителе. 19 сигнала ошибки рабочий сигнал поступает на вход фазового детектора 20, на второй вход которого через фазавращатель 21 подается сигнал модулирующего генератора 22 (опорный сигнал).

На выходе фазового детектора 20: формируется сигнал ошибки, который через усилитель 23 постоянного тока и фильтр 24 поступает на управляющий вход СВЧ-генератора 1, подстраивая его на резонансную частоту исследуемого СВЧ-резонатора. 2.

При работе АПЧ 12 частота СВЧ-генератора

t поддерживается равной резонансной частоте исследуемого СВЧ-резонатора 2.

Генератор 16.управляющего напряжения работает следующим образом.

Сигнал с генератора 15 тактовых импульсов U« {фиг, 4а) поступает.на первый вход генератора 16 управляющего напряжения и далее на электронный ключ 26, подключенный параллельно конденсатору интегратора 25. Одновременно он подается на ключ 28. В результате замыкания ключей

26, 28 конденсатор разряжается, входы интегратора 25 замыкаются и на выходе 20 появляется сигнал, равный нулю. При этом ключ 27 замкнут. После прекращения действия импульса U« генератора 15 ключи 26, 1718143

28 размыкаются и напряжение на выходе интегратора 25 Огу (фиг. 4б) возрастает по линейному закону. В момент появления сигнала UK« (фиг. 4г) единичного уровня на втором входе генератора 16 (с выхода компаратора 18) ключ 27 размыкается, и напряжение U остается неизменным до прихода следующего импульса 0<> . В дальнейшем процесс повторяется.

В режиме измерения полосы пропуска- 10 ния измеритель работает следующим образом.

Генератор 15 тактовых импульсов вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов Ого, 15 которые поступают на вход генератора 16 управляющих импульсов и запускают его. В результате на его выходе появляется линейно возрастающий сигнал Огун, который через первыйвход сумматора 17 поступает на 20 управляющий вход генератора 8 модулирующего сигнала. Сигнал Окомп на выходе компаратора 18 равен нулевому уровню, поэтому переключатель 11 находится в состоянии, когда к второму входу сумматора 25

17 подключается общая шина. Генератор 8 начинает перестраиваться по частоте, Сигнал с выхода генератора 1, промодулированный по амплитуде, поступает через

СВЧ-резонатор 2 на вход СВЧ-детектора 3. 30

Детектор 3 детектирует этот сигнал, в результатее на его выходе появляется напряжение сигнала огибающей Оз

Оз = О п1 соз (2 mFt - p), (1)

<9 9= Рй" то, (2) 35 где Оз — напряжение сигнала огибающей;

0m> — амплитуда сигнала огибающей на входе усилителя 4;

F — частота модулирующего сигнала;

Ь4- половина полосы пропускания ис- 40 следуемого СВЧ-резонатора 2; р — фазовый сдвиг огибающей сигнала

СВЧ относительно модулирующега сигнала, Сйгнал Оз усиливается в усилителе 4 и поступает на первый удвоитель 5 частоты. 45

Сигнал.на выходе удвоителя 5 частоты

Ов=КОы соз(4лРт-2ф, . (3) где К вЂ” коэффициент преобразования.

На выходе второго удвоителя 7 частоты сигнал имеет вид 50

О> - КОп1з cos(4 Ft), (4) где О а — амплитуда сигнала на втором выходе генератора 8.

Сигналы Ui, От поступают на фазовый 55 детектор 6, напряжение на выходе которого

06 = KaK U > 0 2 со$2 р, (5) где K6 — коэффициент передачи фазового детектора 6.

После усиления в усилителе 9 через фильтр 10 этот сигнал Оф ч (фиг, 4в) (сигнал ошибки) поступает на переключатель 11 и на компаратор 18.

Перестройка по частоте генератора 8 происходит до тех пор, пока сигнал Офнч на выходе фильтра 10 не достигнет нулевого значения, В этом случае частота модулирующего сигнала F будет равна половине полосы пропускания исследуемого резонатора 2, как это следует из выражения (2) и формулы (5) — (6)

В момент выполнения условия (6) срабатывает компаратор 18 и íà его выходе появляется сигнал единичного уровня Оковав, который поступает на второй управляющий вход генератора 16 управляющего напряжения и на управляющий вход переключателя

11, Под действием этого сигнала напряжение на выходе генератора 16 перестает воз-: растать и остается постоянным до прихода очередного тактового импульса с генератора 15, а переключатель 11 подает сигнал

0

Сигнал с третьего выхода генератора 8 . подается на удвоитель 13 частоты. Напряжение с выхода удвоителя 13 частоты с частотой 2hf> подается на измеритель 14, который измеряет полосу пропускания

СВЧ-резонатора 2.

В режиме измерения добротности измеритель работает следующим образом, . Измеритель 14 устанавливается в режим отношения двух частот. На один из его входов поступает СВЧ-сигнал с выхода генератора l, а на другой — напряжение с третьего удвоителя 13 частоты.

Работа.устройства для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов в режиме измерения добротности не отличается от его работы в двух предыдущих режимах.

Значение добротности как и два других параметра снимается с цифрового индикатора измерителя отношения частот.

Таким образом, введение в устройство для измерения полосы пропускания СВЧрезонаторов третьего удвоителя частоты, измерителя отношения частот, генератора тактовых импульсов, генератора управляю1718143

10 щего напряжения, сумматора и компаратора позволяет исключить ручную настройку генератора модулирующего сигнала на частоту F, исключить ручную операцию переключения выхода фильтра низкой частоты 5 на вход генератора модулирующего сигнала, исключить операцию пересчета значения hf в 2hf>, а также операцию вычисления добротности по формуле т еэ 10 то что позволяет повысить быстродействие измерений, чем и достигается поставленная цель.

Спектр СВЧ-сигнала генератора 1 со- 15 держит несущую сигнала СВЧ, два противофазных спутника (ЧМ-модуляция с малым индексом), отстоящие от несущей на F<>, два синфазных спутника (AM-модуляция), отстоящие от несущей на и F», ° 20

На СВЧ-детекторе 3 выделяется частота

F u (сигнал ошибки, этот сигнал обращается в нуль при работе блока 12), частота F< (сигнал используется в системе измерения полосы пропускания исследуемого СВЧ-ре- 25 зонатора 2), частота F>< F< (легко показать, что при настройке СВЧ-генератора 1 на резонансную частоту исследуемого СВЧрезонатора 2 эти сигналы обращаются в нуль). .30

Для совместимости блока 12 i рассматриваемым устройством для измерения полосы пропускания CB×-резонаторов необходимо выполнить условие F«Ф fo либо, если полоса пропускания исследуемого 35

СВЧ-резонатора 2 изменяется по каким-либо причинам (например, из-.за -введения исследуемого образца), вынести Р за пределы изменения половины полосы пропускания исследуемого СВЧ-резонатора 2. 40

При правильной настройке блока 12 сигнал частоты FqM, попадающий на фазовыйдетектор 20, не влияет на его работу, так как. фазовый. детектор 20 интегрирует сигналы всех частот, отличных от F<>, 4ля лучшей 45 развязки можно выполнить усилитель 19сигнала ошибки паласовым (на частоты

FsM). .Формула изобретения 50

1. Устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов, содержащее соединенные последовательно СВЧ-генератор, СВЧ-резонатор, СВЧ-детектор, усилитель, удвоитель частоты и фазовый де- 5- > тектор, второй удвоитель частоты, выходом подключенный к второму входу фазового детектора, генератор модулирующего сигнала, первым выходом соединенный с управляющим входом СВЧ-генератора, вторым выходом подключенный к входу второго удвоителя частоты, .соединенные последовательно усилитель постоянного тока, фильтр низких частот и переключатель, вторым входом подключенный к общей шине, блок автоматической подстройки частоты, входом подключенный к второму выходу

СВЧ-детектора, а выходом соединенный с входом управления частотой СВ Ч-генератора, выход фазового детектора подключен к входу усилителя постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в него введены соединенные последовательно третий удвоитель частоты и измеритель отношения двух частот, другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов. генератор управляющего напряжения и сумматор, вторым входом подключенный к выходу переключателя, а выходом соединенный с управляющим входом генератора модулирующего сигнала,компаратор, первым входом подключенный к выходу фильтра низкой частоты, вторым вх<щом к общей шине, а выходом — к входам управления генератора управляющего напряжения и переключателя, причем третий выход генератора модулирувщего сигнала подключен к входу третьего удвоителя частоты. .2. Устройство по и. 1. о т л и ч а ю щ е ес. я тем, что генератор управляющего напряжения содержит интегратор, три.электронных ключа, резонатор и клемму источника питания, управляющий вход первого ключа соединен с первым входом генератора управляющего Напряжения и управляющим входом третьего ключа, первый выход которого соединен с первым входом интегратора, а второй выход с вторым входом интегратора и через соединенные второй ключ и резонатор с клеммой источника питания, управляющий выход второго ключа соединен с вторым входом генератора управляющего напряжения, выходы первого ключа соединены с соответствующими входами интегратора, выход которого соединен с выходом генератора управляющего напряжения, 3Т38143

Ч аеее3

Фиг. 3

1718143

Фиг. 4

Составитель А. Трушкин

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор В. Данко

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

Заказ 878 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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