Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа свч-элементов

Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа свч-элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение обеспечивает увеличение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию в виде отрезка микроволосковой линии (ОМЛ) 2, подложка которой вьшолнена из злектрооптического материала, исследуемый СВЧ-элемент 3, коммутатор 4, А1Щ 5, блок 6 обработки и программного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер 8, делитель света 9, источник смещения 10, датчики 11, размещенные вдоль ОМЛ 2, и генератор пилообразного напряжения 17. Каждый из датчиков 11 включает систему коллиьшрующих линз 12, удлинитель оптического пути 13, фазовую ячейку 14, поляризационную призму 15 и фотодетектор 16. Устройство работает в режиме калибровки и в режиме измерений. В режиме калибровки к ОМЛ 2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключается короткозамкнутая эталонная линия и с датчиков 11 снимается . информация о величине напряженности SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

1 11 4 С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Е ГЯ Ь.ч Б1(-ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3984530/24-09 (22) 20.11.85 .(46) 07.08,87. Вюл. ¹ 29 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.А. Головков, С.В. Кузнецов, С. В.Недвецкая, А.П.Осипов и А.В.Павлов (53) 621.317.341(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1109669, кл. G 01 R 27/26, 1982.

Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. — М.: Советское радио, 1972„

Авторское свидетельство СССР № 985751, кл. С 01 R 27/06, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТРАЖЕНИЯ СИГНАЛА ОТ ВХОДА

СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение обеспечивает увеличение точности измерений. Устройство содержит СВЧ вЂ” генератор 1, измерительную линию в виде отрезка микроволосковой линии (ОМЛ) 2, подложка которой выполнена из электрооптического материала, исследуемый СВЧ-элемент 3, коммутатор 4, АЦП 5, блок б обработки и программного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер 8, делитель света 9, источник смещения 10, датчики 11, размещенные вдоль ОМЛ 2, и генератор пилообразного напряжения

17. Каждый из датчиков 11 включает систему коллимирующих линз 12, удлинитель оптического пути 13, фазовую ячейку 14, поляризационную призму 15 и фотодетектор 16. Устройство работает в режиме калибровки и в режиме измерений. В режиме калибровки к ОМЛ

2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключается короткозамкнутая эталонная линия и с датчиков 11 снимается информация о величине напряженности.

132876 эл. поля, создаваемого СВЧ-генератором 1 и лазером 8 в ОМЛ 2 в соотв„ точках. Зта информация записывается в блок 6. В блоке 6 происходит сравнение эталонного распределения эл„ поля в ОМЛ 2 с реальным н по результатам сравнения формируются поправочные коэф., которые учитывают неоднородности электроаптического материала подложки ОМЛ 2 и других источников погрешности измерения. В режиме измерений к ОМЛ 2 подключает ся исследуемый СВЧ вЂ” элемент 3.

1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот и может быть использовано для измерения.коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны в тракте, а также для определения диэлектрических констант материалов в СВЧ-диапазоне.

Цель изобретения — увеличение точности измерений .

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов, Устройство содержит СВЧ-генератор

1, отрезок микропаласковой .пинии 2, исследуемый СВЧ-элемент 3, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 обработки и программного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер 8, делитель 9 света, источник 10 смещения, датчик 11, в состав каждого из которых входят система коллимирующих линз

12, удлинитель 13 оптического пути, фазовая ячейка 14, поляризационная призма 15 и фотодетектор 16, а также генератор 17 пилообразного напряжения (ГПН).

Устройство для измерения параметров отражения от входа СВЧ-элементов работает в двух режимах: калибровки и измерений, В обоих режимах с помощью источника 10 постоянного смещения устанавливается такое значение напряженности электрического паля в подложке отрезка микрополосковай линии, при котором рабочая точка электрооптического материала подложки устанавливается на участке с максимальной крутизной модуляционной характеристики, что приводит к увеличению точнос ти измерений.

В режиме калибровки к отрезку микрополосковой линии 2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключается короткозамкнутая эталонная линия.

Сигнал от СВЧ-генератора 1 поступает на вход отрезка микраполасковой линии 2 и далее на эталонную линию. В результате в отрезке микропаласковой линии 2 устанавливается известное распределение. напряженности электрического поля. Лазер 8 генерирует высокостабильный сигнал в оптическом иапазоне с линейной поляризацией. осле прохождения делителя света 9

15 световой луч разделяется на несколько ( световых лучей, количество которых равно количеству датчиков 11. Проходя через систему коллимирующих линз 12, световой луч попадает в электроопти2О ческий материал подложки отрезка микрополосковой линии 2. В результате взаимодействия электрического поля в данном сечении отрезка микрополосковой линии 2 со световым лучом одна из

25 ортогональных составляющих последнего (необыкновенный луч) приобретает фазовый сдвиг, определяемый выражением

2 . z 2 ii

Ч"= k,U sin

ЗО

1 rh У где 1, — константа преобразования;

U — амплитуда напряжения в данном сечении отрезка микрополосковой линии 2;

% — длина волны СВЧ-си -.ала, Далее луч света поступает на вход удлинителя 13 оптического пути, который размещен на одной оптической оси с выходом делителя 9 света. Прой40 дя удлинитель 13 оптического пути, световой луч вновь проходит через данное сечение отрезка микрополосковой линии 2, где одна из ортогональ1328766

2 5 (Т " »» ) где » = 2 1/ h — фазовый сдвиг СВЧ-на пряжения за время прохода световой волной удлителя 13 оптического пути.

Если длина удлителя 13 оптическо1

ro пути равна 1 = 1» (N + - ) где Ъ

8 длина волны СВЧ-сигнала, N — целое 15 число, то суммарный фазовый сдвиг за два прохода подложки отрезка микрополосковой линии 2 светом туда и обратно равен

2и Ъ

x(— t+-) =kU

30

Блок 6 обработки и программного управления определяет время наступления минимального сигнала относительно момента запуска ГПН 17, по которому определяется значение напряженности поля в точке пересечения лучей входящего и выходящего из удлинителя 13 оптического пути внутри материала подложки отрезка микрополосковой линии 2 ° Таким образом, с каждого из датчиков 11 может быть получена информация о величине напряженности электрического поля в отрезке микрополосковой линии в указанных точках. Коммутатор 4 по сигналам блока 6 обработки и программного управления поочередно подключает датчики

11 к входу АЦП 5, с выхода которого информация о величине напряженности поля в отрезке микрополосковой линии ных составляющих светового луча (необыкновенный луч) приобретает Фазо- . вЫй сдвиг, онределяемый выражением

21 т ) = k U .sin — t + k U sin x

1 1l

Таким образом, в режиме калибровки устанавливается длина удлинителя

13 аптического пути, равная 1

= Q (N + — ) . .В этом случае вышедший

8 из подложки отрезка микрополосковой линии 2 луч имеет сдвиг фазы необыкновенного луча, пропорциональный квадрату амплитуды поля в данном сечении отрезка микрополосковой линии

2 и «независящий от времени. Отградуировав предварительно устройство, изменяющее длину оптического пути удлинителя 13 оптического пути, можно измерять длину волны СВЧ-сигнала по 40 пропаданию паразиткой амплитудной модуляции на выходе фотодетектора 16.

После двойного прохождения подложки отрезка микрополосковой линии 2 световой луч попадает на фазовую 45 ячейку 14, которая выполнена из материала с квадратичным электрооптическим эффектом, идентичного материалу подложки микрополосковой линии

2. На управляющий вход фазовой ячейки 14 подается напряжение с ГПН 17.

Фазовая ячейка осуществляет поворот плоскости поляризации светового луча в направлении, обратном повороту плоскости поляризации светового луча, вышедшего из материала отрезка микрополосковой линии 2. При этом на выходе фазовой ячейки 14 необыкновенный луч приобретает фазовый сдвиг, равньп» у „= -kU„ „где U„напряжение, поступающее на управляющий вход фазовой ячейки 14 с выхода

ГПН 17.

Суммарный фазовый сдвиг после прохождения светом Фазовой ячейки 14 равен

В результате двойного прохождения световым лучом подложки отрезка микрополосковой линии 2 и фазовой ячей ки 14 световой луч имеет не линейную поляризацию, как это было на входе датчика 11, а эллиптическую, причем амплитуда второй, составляющей поляризации светового луча, ортогональная исходной, пропорциональна величине(р, Эта ортогональная составляющая поляризации света определяется поляризационной пр1»змой 15 и регистрируется фотодетектором 16.

Напряжение, поступающее с выхода

ГПН 17 на управляющий вход фазовой ячейки 14, изменяется во времени линейно, а вместе с ним изменяется и амплитуда ортогональной составляющей поляризации, которая регистрируется фотодетектором 16. В тот момент времени, когда U«„ = U, U< = О, ортогональная составляющая поляризации в световом луче отсутствует, т,е. в этот момент времени световой луч на выходе фазовой ячейки 14 имеет линейную поляризацию, и ток фотодетектора 16, регистрирующего ортогональную составляющую поляризации, минимальный.

1328766

Формула изобретения Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧС оставит

Редактор О. Головач Техред у

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3480/48

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул., Проектная, 4

2 в данной точке записывается в память блока 6 обработки и программного управления, где также производится сравнение эталонного распределения с реальным. По результатам этого сравнения в память блока 6 обработки и программного управления заносятся поправочные коэффициенты для ряда характерных сечений отрезка микрополос- ковой линии 2, которые учитывают не- 10 однородности электрооптического материала подложки отрезка микрополосковой линии 2, системы отражающих зеркал удлинителя 13 оптического пути и других возможных источников погрешнас-15 ти измерения распределения напряженности электрического поля в отрезке микрополосковой линии 2.

В режиме измерений отрезок микрополосковой линии 2 состыковывается с исследуемым СВЧ-элементом 3,. При измерениях.электрофизических параметров диэлектриков. в качестве исследуемого

СВЧ-элемента используется короткозамкнутая линия, заполненная иссле25 дуемым диэлектриком.

Процесс измерения распределения напряженности электрического поля вдоль отрезка микрополосковой линии

2 не отличается от аналогичного процесса в режиме калибровки. В результате измерений в блоке 6 обработки и программного управления запоминаются значения напряженности поля в отрезке микрапалосковой линии 2 в задан- 35 ных точках. IIq, этим величинам могут быть определены коэффициенты стоячей волны и отражения, а при определении электрофизических параметров диэлектриков с использованием известной методики могут быть вычислены значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь. .Оценка погрешности измерения показывает, что она не превышает 1R.

1лементов, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, измерительную линию, вдоль которой размещены датчики, выход измерительной линии является входом для подсоединения исследуемого СВЧ-элемента, коммутатор, входы которого соединены с выходами датчиков, а выход коммутатора соединен через аналого-цифровой преобразователь с входом блока обработки и программного управления, первый выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, а второй выход — к входу блока ввода-вывода информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, в него введены лазер, оптически связанный с входом каждого из датчиков через делитель света, генератор пилообразного напряжения, при том измерительная линия выполнена в иде отрезка микрополаскавой линии, одложка которой выполнена из электрооптического материала с квадратичным электрооптическим эффектом, раз мещенного в электрическом поле введенного источника смещения, каждый датчик состоит из оптически связанных и последовательно расположенных системы коллимирующих линз, вход которой является входом датчика, удлинителя оптического пути, фазовой ячейки, поляризационной -nðèçêû и фотодетектора выход

1 равна y (N + —, где < — длина волны СВЧ-сигнала, И вЂ” целое число„ выход генератора пилообразного напряжения соединен с.управляющим входом фазовой ячейки каждого из датчиков, а вход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим в.-|хздом блока обработки и програ";" - гп— равления. ель П.Савельев .Ходанич Корректор А.Вимо о.=ав