Устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа свч-элементов

(51) 4 ( О 1 К 27/2 НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 21) 3984530/24-0922) 20.11.8546) 07.08.87. Бюл. 1 Ф 2971) Ленинградский электротехничеий институт им. В.И.Ульянова (Ле(56) Авторское свидетельство СССР У 1109669, кл. С 01 К 27/26, 1982.Стариков В,Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. - М.: Советское радио, 1972Авторское свидетельство СССР 1( 985751, кл. С 01 К 27/06, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТРАЖЕНИЯ СИГНАЛА ОТ ВХОДА СВЧ-ЭЛЕМЕНТОВ(57) Изобретение обеспечивает увеличение точности измерений. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, измерительную линию в виде отрезка микроволосковой линии (ОМП) 2, подложка которой выполнена из электрооптическогоматериала, исследуемый СВЧ-элемент 3,коммутатор 4, АЦП 5, блок б обработки и программного управления, блок 7ввода-вывода информации, лазер 8, делитель света 9, источник смещения 10,датчики 11, размещенные вдоль ОМЛ 2,и генератор пилообразного напряжения17, Каждый из датчиков 11 включаетсистему коллимирующих линз 12, удлинитель оптического пути 13, фазовуюячейку 14, поляризационную призму 15и фотодетектор 16. Устройство работает в режиме калибровки и в режимеизмерений. В режиме калибровки к ОМЛ2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3подключается короткозамкнутая эталонная линия и с датчиков 11 снимаетсяинформация 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 поправоч 2 В режиме калибровки к отрезку микрополосковой линии 2 вместо исследуемого СВЧ-элемента 3 подключаетсякороткозамкнутая эталонная линия, 5 Сигнал от СВЧ-генератора 1 поступаетна вход отрезка микраполасковой линии 2 и далее на эталонную линию. Врезультате в отрезке микропаласковойлинии 2 устанавливается известноераспределение. напряженности электрического поля. Лазер 8 генерирует высокостабильный сигнал в оптическомиапазоне с линейной поляризацией.осле прохождения делителя света 9 15 световой луч разделяется на несколькосветовых лучей, количество которыхравно количеству датчиков 11, Проходячерез систему коллимирующих линз 12,световой луч попадает в электроопти О ческий материал подложки отрезка микрополосковой линии 2. В результатевзаимодействия электрического поля вданном сечении отрезка микрополосковой линии 2 со световым лучом одна из 25ортогональных составляющих последнего(необыкновенный луч) приобретает фазовый сдвиг, определяемый выражением 2 . а 2 йЧ" = 1 с,0 вхпЗО1 "Згде 1, - константа преобразования;Б - амплитуда напряжения в данном сечении отрезка микрополосковой линии 2;% - длина волны СВЧ-ситчала Далее луч света поступает на входудлинителя 13 оптического пути, который размещен на одной оптической оси с выходом делителя 9 света. Пройдя удлинитель 13 оптического пути, световой луч вновь проходит через данное сечение отрезка микрополосковой линии 2, где одна из ортогональИзобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частоти может быть использовано для измерения.коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны в тракте, атакже для определения диэлектрических констант материалов в СВЧ-диапазоне,Цель изобретения - увеличение точности измерений.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения параметров отражения сигнала от входа СВЧ-элементов,Устройство содержит СВЧ-генератор1, отрезок микропаласковой .пинии 2,исследуемый СВЧ-элемент 3, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 обработки ипрограммного управления, блок 7 ввода-вывода информации, лазер 8, делитель 9 света, источник 10 смещения,датчик 11, в состав каждого из которых входят система коллимирующих линз12, удлинитель 13 оптического пути,фазовая ячейка 14, поляризационнаяпризма 15 и фотодетектор 16, а такжегенератор 17 пилообразного напряжения (ГПН).Устройство для измерения параметров отражения от входа СВЧ-элементовработает в двух режимах; калибровкии измерений, В обоих режимах с помощью источника 1 О постоянного смещенияустанавливается такое значение напряженности электрического паля в подложке отрезка микрополосковай линии,при котором рабочая точка электрооптического материала подложки устанавливается на участке с максимальнойкрутизной модуляционной характеристики, что приводит к увеличению точности измерений. ные коэф., которые учитывают неоднородности электроаптического материала подложки ОМЛ 2 и других источниковпогрешности измерения. В режимеизмерений к ОМЛ 2 подключается исследуемый СВЧ - элемент 3.1 ил.1328766 2 2 59=1,0 81 п (а) где= 21/9 - фазовый сдвиг СВЧ-на пряжения за времяпрохода световой волной удлителя 13 оптического пути.Если длина удлителя 13 оптическо 1го пути равна 1 =(Я + - ) где Ъ8длина волны СВЧ-сигнала, Н - целое 15 число, то суммарный фазовый сдвиг за два прохода подложки отрезка микро- полосковой линии 2 светом туда и обратно равен 20 2 т ъх( - +-) =1 с 11 Ъ 2 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 2Таким 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- .вьй сдвиг, онределяемый выражением 2, 2 2= 1 с 11 .з 1 п - й + 1 с 11 з 1 п1 Ъ1 Таким образом, в режиме калибровки устанавливается длина удлинителя 13 аптического пути, равная 11=(И + - ). В этом случае вышедший8из 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 навыходе 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, = -КП, где Бп- напряжение, поступающее на управляющий вход фазовой ячейки 14 с выхода ГПН 17,Суммарный фазовый сдвиг после прохождения светом Фазовой ячейки 14 равенВ результате двойного прохождения световым лучом подложки отрезка микрополосковой линии 2 и фазовой ячейки 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( Эта ортогональная составляю" щая поляризации света определяется поляризационной призмой 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 11, = 11, 11, = 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.1328 бб Формула изобретения устройство для измерения параметров отражения сигнала от входа СВЧСоставитРедактор О.Головач Техред 11 Тираж 30 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 3480/48 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул., Проектная, 4 2 в данной точке записывается в память блока б обработки и программного управления, где также производится сравнение эталонного распределения с реальным. По результатам этого сравнения в память блока б обработки и программного управления заносятся поправочные коэффициенты для ряда характерных сечений отрезка микрополос- ковой линии 2, которые учитывают не однородности электрооптического материала подложки отрезка микрополосковой линии 2, системы отражающих зер. кал удлинителя 13 оптического пути и других возможных источников погрешности измерения распределения напряженности электрического поля в отрезке микрополосковой линии 2.В режиме измерений отрезок микро- полосковой линии 2 состыковывается с исследуемым СВЧ-элементом 3,. При измерениях.электрофизических параметров диэлектриков в качестве исследуемого СВЧ-элемента используется коротко- замкнутая линия, заполненная иссле 25 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 б обработки и программного управления запоминаются значения напряженности поля в отрез,ке микрополосковой линии 2 в задан ных точках. П 1 этим величинам могут быть определены коэффициенты стоячей волны и отражения, а при определении электрофизических параметров диэлектриков с использованием известной ме- ф тодики могут быть вычислены значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь..Оценка погрешности измерения показывает, что она не превышает 1 Е. 3 лементов, 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, притом измерительная линия выполнена виде отрезка микрополосковой линии, одложка которой выполнена из электрооптического материала с квадратичным электрооптическим эффектом, размещенного 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, поляриэационной призмы и фотодетектора выход которого является выходом датчика, причем подложка отрезка микрополосковой линии размещена в точке пересечения оптических осей входа и выхода удлинителя оптического пути каждого из датчиков, ,длина удлинителя оптического пути1равна 1(М + - ), где- длина волны СВЧ-сигнала, И - целое число выход генератора пилообразного напряжения соединен с.управляющим входом фазовой ячейки каждого из датчиков, а вход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим вьходом блока обработки и программ" - гправления.ель П,Савельев