Способ измерения частоты сигнала генератора и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2777293:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерений физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений. Технический результат: реализация назначения. Сущность: устройство измерения частоты генератора содержит корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленный в нем генератор, первое герметичное диэлектрическое окно, последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в первое герметичное диэлектрическое окно. В корпусе установлено также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной. Устройство содержит также второй смеситель и последовательно включенный третий полосно-пропускающий фильтр, выход которого соединен с частотомером. Второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя. Второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной. Вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения физических параметров газов радиоволновыми методами в широком интервале давлений.
Известен «Способ изготовления ввода / вывода энергии СВЧ-прибора с баночным окном» (Патент РФ №2268519, МПК: Н01Р 1/08, H01j 23/36, опубл. 20.01.2006, Бюл. №2), содержащий диэлектрический диск, основанный на согласовании баночного окна путем уменьшения объема диэлектрического диска, при этом измеряют частоты паразитного резонанса вида Н111(2) несогласованных баночных окон с разными диэлектрическими дисками, определяют разности между этими частотами и частотой того же паразитного резонанса согласованного баночного окна и в соответствии с полученной разницей уменьшают объемы диэлектрических дисков в несогласованных баночных окнах так, чтобы частоты паразитного резонанса вида H111(2) несогласованных баночных окон и согласованного баночного окна сравнялись с погрешностью не более 0,5%.
Недостаток этого способа состоит в том, что он не может обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, так как при высоком давлении диэлектрический диск баночного окна будет разрушен и выдавлен из объема с высоким давлением в объем с низким, например, атмосферным давлением, при этом исследуемый газ, характеристики которого измеряются с помощью генератора, неизбежно будет смешиваться с атмосферным воздухом.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ измерения частоты сигнала генератора (Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Бахарев С.Н., Вольман В.И., Либ Ю.Н., и др.; Под. ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с., ил. (с. 213, рис. 4.70), основанный на генерации сигнала частоты генератора fc, передаче полученного сигнала из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты сигнала генератора fc.
Недостаток состоит в том, что этот способ не может обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением порядка нескольких МПа в объем, находящийся под низким.
Авторам не известны способы вывода частот сигналов генераторов, работающих под высокими давлениями измеряемых газов, в объемы с низкими давлениями, при которых осуществляется измерение этих частот различными частотомерами.
Известно устройство (Кушнир Ф.В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. - М.: Связь, 1980. - 176 с., ил. Раздел 7.3, 128 с.), содержащее последовательно соединенные генератор, устройство подключения генератора к входному устройству частотомера, частотомер.
Недостатком этого устройства является невозможность обеспечения вывода сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем, находящийся под низким давлением, при котором измеряется частота сигнала генератора частотомером.
Известен «Коаксиально-полосковый переход» (Патент РФ №2080700, МПК: Н01Р 5/08, опубл. 27.05.1997), содержащий корпус, внутренний проводник, диэлектрическую втулку, причем диэлектрическая втулка с полосковой стороны коаксиально-полоскового перехода имеет диаметр меньше внутреннего диаметра корпуса и выступающий элемент, а полость, образованная внутренней частью корпуса, диэлектрической втулкой, выступающим элементом и внутренним проводником, заполнена связующим диэлектрическим веществом.
Недостатком устройства является невозможность обеспечения вывода частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство (П.И. Овсищер, Ю.В. Голованов, В.П. Ковешников и др. Несущие конструкции РЭА, - М.: Радио и связь, 1988. - 232 с., ил., раздел 4.2, 83-84 с.) выполненное в виде герметичного блока и содержащее корпус, заполненный газом (сухим азотом под давлением 1,2⋅105 Па) с установленным в нем генератором, герметичное диэлектрическое окно, в котором установлен герметичный коаксиально-полосковый переход, и частотомер, подключенный к коаксиальному выходу коаксиально-полоскового перехода.
Недостатком устройства является невозможность обеспечения вывода сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.
Задачей изобретения является создание способа и устройства, позволяющих обеспечить вывод частоты сигнала генератора из объема, находящегося под высоким давлением, в объем с низким давлением.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемых способа и устройства, является измерение частоты сигнала генератора частотомером.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе заключающимся в генерации сигнала частоты генератора fc, передаче его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты генератора fc, делят мощность сигнала генератора частоты fc пополам, одну половину мощности сигнала генератора частоты fc умножают в n раз, фильтруют сигнал частоты n⋅fc, генерируют сигнал гетеродина частоты fг, где fг равна или близка к частоте n⋅fc, синхронизируют сигнал гетеродина частоты fг сигналом частоты n⋅fс, делят мощность сигнала гетеродина пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частотой n⋅fc перемножают с сигналом другой половины мощности сигнала генератора частоты fc, фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc, передают его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, другую половину мощности сигнала гетеродина частотой n⋅fc передают из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал гетеродина частоты n⋅fc на сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc, фильтруют сигнал генератора частоты fc и измеряют частоту сигнала генератора fc.
Технический результат достигается за счет новой последовательности операций над сигналами.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство измерения частоты сигнала генератора, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленный в нем генератор, герметичное диэлектрическое окно и частотомер дополнительно введены последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в первое герметичное диэлектрическое окно, а также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной, второй смеситель и последовательно включенный третий полосно-пропускающий фильтр, выход которого соединен с частотомером, причем второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя, а второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной, вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя.
Технический результат достигается за счет введения новых блоков и связей между ними. Новая конструкция устройства позволяет вывести частоту сигнала генератора из объема, заполненного газом под высоким давление в объем с низким (атмосферным) давлением.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема последовательности операций, реализуемых заявляемым способом.
Способ измерения частоты сигнала генератора осуществляется следующим образом: генератор генерирует частоту fc, мощность сигнала этого генератора частоты fc делят пополам, сигнал одной половины мощности частоты генератора fc умножают в n раз и фильтруют, гетеродин генерирует частоту гетеродина fг, которую затягивают и синхронизируют сигналом частоты n⋅fc, получают сигнал гетеродина частотой fг=n⋅fс, мощность сигнала гетеродина частоты n⋅fс делят пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частоты n⋅fc перемножают с сигналом частоты генератора fc и фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc, далее осуществляют передачу сигнала суммарной частоты (n+1)⋅fc из объема высокого давления в объем низкого давления по радиоканалу, оба сигнала суммарной частоты (n+1)⋅fc и частоты гетеродина n⋅fc, переданные из объема высокого давления в объем низкого давления, перемножают и фильтруют сигнал частоты генератора fc, частоту которого fc измеряют при низком давлении.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 2 приведена схема электрическая структурная заявленного устройства и введены следующие обозначения:
1. Корпус;
2. Генератор;
3. Первый делитель мощности;
4. Умножитель частоты;
5. Первый полосно-пропускающий фильтр;
6. Гетеродин;
7. Второй делитель мощности;
8. Первый смеситель;
9. Второй полосно-пропускающий фильтр;
10. Первая передающая рупорная антенна;
11. Герметичное диэлектрическое окно;
12. Первая приемная рупорная антенна;
13. Второй смеситель;
14. Третий полосно-пропускающий фильтр;
15. Частотомер;
16. Вторая передающая рупорная антенна;
17. Вторая приемная рупорная антенна;
18. Второе герметичное диэлектрическое окно.
Устройство содержит корпус 1, заполненный газом под высоким давлением, в котором расположены последовательно включенные генератор 2, первый делитель мощности 3, умножитель частоты 4, первый полосно-пропускающий фильтр 5, гетеродин 6, второй делитель мощности 7, первый смеситель 8, второй полосно-пропускающий фильтр 9, первая передающая рупорная антенна 10, герметичное диэлектрическое окно 11, первая приемная рупорная антенна 12, второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 и частотомер 15, второй выход второго делителя мощности 7 соединен со второй передающей рупорной антенной 16, соединенной с второй приемной рупорной антенной 17 через второе герметичное диэлектрическое окно 18, выход которой соединен со вторым входом второго смесителя 13, а второй выход первого делителя мощности 3 соединен со вторым входом первого смесителя 8, причем герметичные диэлектрические окна 11 и 18 расположены в корпусе 1 и разделяют области высокого и низкого давления. Второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 и частотомер 15, а также приемные рупорные антенны 12 и 17 расположены в области низкого давления.
Генератор 2 содержит коаксиальный резонатор, заполненный измеряемым газом [1].
Первый делитель мощности 3, умножитель частоты 4, первый полосно-пропускающий фильтр 5, второй делитель мощности 7, первый смеситель 8, второй полосно-пропускающий фильтр 9, второй смеситель 13, третий полосно-пропускающий фильтр 14 выполнены на несимметричных полосковых линиях [2].
Гетеродин 6 содержит коаксиальный герметичный резонатор.
В качестве частотомера 15 может использоваться электронно-счетный частотомер, например, марки ЧЗ-33.
Устройство работает следующим образом. Генератор 2 генерирует сигнал частотой fc, который поступает на вход первого делителя мощности 3, делящий мощность сигнала генератора 2 пополам, с первого выхода первого делителя мощности 3 сигнал частоты fc поступает на умножитель частоты 4, образующиеся сигналы гармоник высокой кратности поступают на первый полосно-пропускающий фильтр 5 с высокой добротностью, из них фильтруется сигнал частоты n⋅fc, где n порядка 10, гетеродин 6 генерирует сигнал частоты fг, близкий по частоте к n⋅fc, и при подаче на него сигнала частоты n⋅fc переходит в режим затягивания частоты и синхронизируется так, что его частота fг становится равной n⋅fc, то есть fг=n⋅fc. Сигнал этой частоты с выхода гетеродина 6 подается на второй делитель мощности 7, с первого выхода которого сигнал частоты n⋅fc подается на первый вход первого смесителя 8, а на второй вход первого смесителя 8 подается сигнал частоты fc со второго выхода первого делителя мощности 3. Первый смеситель 8 перемножает сигналы частот fc и n⋅fc, образующиеся сигналы комбинационных частот фильтруются вторым полосно-пропускающим фильтром 9 с частотой настройки (n+1)⋅fc. Сигнал частоты (n+1)⋅fc подается на первую передающую рупорную антенну 10 и через герметичное диэлектрическое окно 11, поступает (по радиоканалу) в первую приемную рупорную антенну 12, работающую в объеме низкого давления. Сигнал частоты (n+1)⋅fc с выхода первой приемной антенны 12 подается на первый вход второго смесителя 13. Сигнал частоты n⋅fc со второго выхода второго делителя мощности 7 через вторую передающую рупорную антенну 16, второе герметичное диэлектрическое окно 18, вторую приемную рупорную антенну 17, работающую в объеме низкого давления, подается (по радиоканалу) на второй вход второго смесителя 13. Второй смеситель 13 перемножает сигналы частот (n+1)⋅fc и n⋅fc, образующиеся сигналы комбинационных частот фильтруются третьим полосно-пропускающим фильтром 14 с частотой настройки fc. Этот сигнал частоты генератора fc подается на вход частотомера 15 и измеряется.
На основании вышеизложенного и по сравнению с прототипами предлагаемые способ и устройство позволяют достигнуть технического результата, а именно вывести сигнал частоты генератора из объема, заполненного газом под высоким давление в объем с низким давлением.
Использованные источники информации
1. Транзисторные радиопередатчики. В.И. Каганов. М.: «Энергия», 1970 г.
2. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Бахарев С.Н., Вольман В.И., Либ Ю.Н., и др.; Под. ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982.
1. Способ измерения частоты сигнала генератора, заключающийся в генерации сигнала частоты генератора fc, передаче его из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления и измерении частоты генератора fc, отличающийся тем, что делят мощность сигнала генератора частоты fc пополам, одну половину мощности сигнала генератора частоты fc умножают в n раз, фильтруют сигнал частоты n⋅fc, генерируют сигнал гетеродина частоты fг, где fг равна или близка к частоте n⋅fc, синхронизируют сигнал гетеродина частоты fг сигналом частоты n⋅fc, делят мощность сигнала гетеродина пополам, сигнал одной половины мощности гетеродина частотой n⋅fc перемножают с сигналом другой половины мощности сигнала генератора частоты fc, фильтруют сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc, передают сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, другую половину мощности сигнала гетеродина частотой n⋅fc передают из объема, заполненного газом под высоким давлением, в объем низкого давления по радиоканалу, перемножают сигнал гетеродина частоты n⋅fc на сигнал суммарной частоты (n+1)⋅fc, фильтруют сигнал генератора частоты fc и измеряют частоту сигнала генератора fc.
2. Устройство измерения частоты сигнала генератора для осуществления способа по п. 1, содержащее корпус, заполненный газом под высоким давлением, установленные в нем генератор, герметичное диэлектрическое окно, а также частотомер, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно включенные первый делитель мощности, умножитель частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, гетеродин, второй делитель мощности, первый смеситель, второй полосно-пропускающий фильтр, первая передающая рупорная антенна, первая приемная рупорная антенна, установленные в герметичное диэлектрическое окно, а также второе герметичное диэлектрическое окно с установленными в него второй передающей рупорной антенной и второй приемной рупорной антенной, второй смеситель и последовательно включенные третий полосно-пропускающий фильтр и частотомер, причем второй выход первого делителя мощности соединен со вторым входом первого смесителя, а второй выход второго делителя мощности соединен с второй передающей рупорной антенной, вторая приемная рупорная антенна соединена с вторым входом второго смесителя, а первая приемная рупорная антенна соединена с первым входом второго смесителя, выход генератора соединен со входом первого делителя мощности, а герметичные диэлектрические окна расположены в корпусе.
