Способ измерения длины волны

)5 6 01 В 23/02 ИСАНИЕ ТЕНИ ЬСТВУ СВ К является ограни- частотными свойГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры (72) В.К,Киселев, Е.М,Кулешов, В.С.Лисицын и Ю,М,Надежкин(54) СПОСОБ. ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ(57) Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и предназначено для измерения в кваэиоптических трактах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов радиоволн. Цель изобретения - расширение диапазона Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и предназначено для измерения в квазиоптических трактах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов радиоволн.Известен способ измерения длины волны в указанном диапазоне, основанный на резонансном поглощении сигнала при пропускании через резонансную систему.Недостатком способа является ограничение широкополосности из-за частотной зависимости коэффициента связи резонатора с трактом.Наиболее близким к изобретению по технической сущностй является способ измерения длины волны, включающий разделение сигнала на два пучка, внесение фазового сдвига между ними. последующее сложение пучков и исследование интерференционной картины.Недостатком способачение широкополосности измеряемых длин волн колебаний произвольной поляризации. Сигнал произвольной поляризации разделяют на два ортогонально поляризованных сигнала, направляют компоненты йо двум каналам, один иэ которых имеет переменную регулируемую длину, сводят компоненты в один канал, измеряют изменение длины Ь 1 переменного канала между двумя одинаковыми состояниями поляризацйи результирующего сигнала, определяют длину волны по форЬ 1.МУЛЕ А = - , ГДЕ ГП - ЧИСЛО ПЕРИОДОВи)повторения одинаковых состояний поляризаций на выбранном интервале. 1 ил. ствами делителя пучка. Кроме того, способв не обеспечивает непосредственного измерения длины волны колебаний произволь- ной поляризации.Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых длин волн колебаний произвольной поляризации.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения длины волны, включающем разделение сигнала на даа компонента, направление компонентов по двум каналам, один из которых имеет переменную регулируемую длину 1, измерение изменения длины переменного канала Ь 1, сведения компонентов в один канал, сигнал произвольной поляризации разделяют на два ортогонально-поляризованных компонента, изменение длины переменного канала Ь 1 измеряют между двумя одинаковыми состояниями поляризации результирующего сигнала и определяют длину волны поформуле где в - число периодов повторения одинаковых состояний поляризаций на выбранном интервале.Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что сигналы, сведенные в общий канал, остаются взаимно ортогонально-поляризованными, интерференционные явления отсутствуют и интенсивность выходного сигнала является постоянной величиной, не зависящей от разности фаэ между его составляющими. Поляризация выходного сигнала является периодической функцией этой разности фаз.На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит полый диэлектрический лучевод 1, поляризующую проволочную решетку 2, плоский металлический отражатель 3, механизм 4 перемещения отражателя, анализатор 5 поляризации, отрезок лучевода 6, волноводно-лучевой переход 7, детектор 8, усилитель 9, индикатор 10.Измерение длины волны по данному способу основано на зависимости поляризации сигнала от разности фаз между его ортогональными составляющими. Известны широкополосные свойства поляризующих проволочных решеток. Если период такой решетки гораздо меньше самой короткой длины волны А ю исследуемого диапазона, то решетка работает как 100 оь-й поляризатор для всех длин волн А )Л п 1. С помощью такой решетки, установленной под углом к оси лучевода, сигнал любой поляризации разделяется на два взаимно ортогонально-поля ризова нн ых сигнала, один из которых линейно поляризован вдоль направления проволок решетки, а другой - перпендикулярно ему, Эти сигналы направляют по двум каналам, разность электрических длин которых можно плавно регулировать. Затем сигналы сводят в общий канал с анализатором поляризации на выходе, причем обэ сигнала по-прежнему остаются взаимно ортогонэльно-поляризо.ванными, поэтому интерференционные явления отсутствуют, т.е. интенсивность выходного сигнала является постоянной величиной, не зависящей от разности фаз д между его составляющими. Поляризация же выходного сигнала является периодиче ской функцией этой разности фаз д. Период этой функции, т,е. расстояния между точками с одинаковой поляризацией, равен2 д . Это дает возможность определить дли 5 ну волны, плавно меняя разность фаз между ортогональными составляющимивыходного сигнала путем регулировки разности электрических длин каналов, по которым они распространяются, и измеряя эту10 разность между точками с характерной поляризацией.Пусть )1 и 12 - геометрические длиныпервого и второго каналов соответственно;п 1 и пг - показатели преломления веществ в15 этих каналах (считается, что оба канала заполнены иэотропными веществами); А -длина волны входного сигнала. Составляющая сигнала, прошедшая через первый канал, приобретает набег фазы20 11 п 1д 1=2 л - У - ,а другая составляющая, прошедшая по второму каналу, приобретает фазовый набегд 2=2 л -- ,г ПгЕсли д о - разность фаз между составляющими входного сигнала, то разность фазмежду сигналами на выходе обоих каналовравна30д=д 1 - дг+д, = 2 л =-У-( 1 п 2 п)+до, (1)35 Эти сигналы, как указано выше, попадая в общий канал, не интерферируют между собой, оставаясь взаимно ортогонально-поляризованными, От д зависит только поляризация выиодного сигна ла, поступающего на анализаторполяризации,Данным фиксированным значениям четырех параметров 11, п 1, 12, пг, как видно из формулы (1), соответствует одно значение 45 д и, следовательно, одно вполне определенное состояние поляризации выходного сигнала. Изменив эти параметры, получают другое значение фазового сдвига;50д = -у- ( 1 и 1 -2 и .2 ) + д о (2)Ему соответствует новое состояние по ляризации выходного сигнала, отличающееся от первого,Разность д - димеет следующий вид:2 Я, д - д= -- Ц 1 п 1 - 11 п 1) (12 пг2 п 2),(3)Когда эта разность достигает величины 2 й, поляризация, соответствующая фаэовому сдвигу д, станет точно такой же, что и при сдвиге д, Если зафиксировать в этой точке значения параметров 1, и 1, 2, и 2, то можно иэ выражения (3) определить длину волны исследуемого сигнала по формуле А (1 п 1 11 п 1) (12 п 22 п 2). (4) 10В частном случае, когда оба канала заполнены воздухом,п 1= п 2 =1 и разность фаэ д варьируется только изменением длины одного из каналов, например первого, то для Л из формулы (4) получают простое вы ражецие Л= 11 - 11,(5) т.е. в этом случае измерение Л сводится к 20простому измерению длины.Формулы (4) и (5) верны, если разностьфаэ д - д = Лд = 2 л, т.е. параметры 1,п 1, 12, п 2, Г 1, и 1, Г 2. и 2, измеряются в двухсоседних точках с одинаковой поляриэацией. Если же эти величины измеряются вточках. отстоящих друг от друга на целоечисло периодов, т.е. Лд= 2 в, где е ="1,2,3 то в этом случае правые части формул (4) и (5) нужно разделить на в. Числопериодов гп легко находят путем подсчетаколичества точек выбранной поляризации,находящихся между двумя выбраннымиточками, при плавном изменении Лд. Если число таких точек р, то гп =- р+ 1. Выбираядостаточно большое значение лз, можнообеспечить повышениеточности измеренияЛ, в т раз, так как относительная погрешность измерения разности геометрическихдлин каналов, э следовательно, и погрешность измерения л, согласно формуле (5)уменьшается в гп раэ,Способ осуществляют следующим образом. Сигнал произвольной поляризации,длину волны которого необходимо измерить, через вход прямоугольного иЗлома лучевода 1, подается на решетку 2,устанбвленную с возможностью поворотана любой угол р в плоскости натяжения еепроволок (в плоскости А-А). Решетка 2 раэделяет сигнал на два составляющие, одна изкоторых отражается от решатки 2 в направлении анализатора 5, а другая, пройдя решетку, отражается в том же направленииотражателем 3, Таким образом, обеспечивается необходимая разность хода двух лучей,имеющих взаимно ортогональную поляри-зацию и, следовательно, необходимую разность фаз. Отражатель расположен параллельно плоскости решетки 2, позади нее, мо:кет поступательно перемещаться параллельно плоскости решетки с помощью механизма перемещения 4, снабженного отсчетной шкалой.Анализатор поляризации 5 выполнен в виде решетчатого поляризатора и установлен в отрезке пучевода 6 наклонно к его оси,Для повышения точности отсчета положения отражателя 3, соответствующего выбранному характерному состоянию поляризации на анализаторе 5, азимут р решетки 2 и состояние Ь между решеткой 2 и отражателем 3 первоначально регулируют так, чтобы получить нэ выходе преобразователя поляризации (2-3) линейно поляризованный сигнал с электрическим вектором,Р, ориентированным параллельно проволокам решетки анализатора 5, В этом случае на индикаторе 10 регистрируют нулевой сигнал и отмечают показание Ь по шкале механизма перемещения 4, Затем, не изменяя азимут р решетки 2, перемещают отражатель 3 до получения вновь нулевого сигнала на индикаторе 10 и отмечают показание Ь 2 по шкале механизма 4. Длина волны Л определяется по формулеТаким образом, реализуется "нулевой" метод регистрации, являющийся наиболее чувствительным,Если гл - число периодов повторения поляризации, т.е, число прохождения через "нуль" сигнала индикатора 10 на интервале М - Ь 2, то Л определяют по формуле1 Ь- Ь 21 у 2Предлагаемый способ позволяет производить непосредственное измерение длины волны колебаний произвольной поляризации в квазиоптических трактах с помощью одного устройства в широкой полосе частот.Ф о р луп а и зоб ре те н ия Способ измерения длины волны, включающий разделение сигнала на два компонента, направление компонентов по двум каналам, изменениедлины Л 1 одного канала, измерение этого изменения Л 1, сведение компонентов в один канал, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых длин волн колебаний произвольной поляризации, сигнал разделяют на два ортогонально-поляризовэнных компонента, изменение длины Л измеряют между двумя одинаковыми состояниями1763995 поляризации результирующего сигнала иопределяют длину волны по формулеЮ,Надежкиргентал ОСТЗЗИтВехред М,М тор ереи едактор Г,Бельская 0 Подписноетета по изобретениям и открыва, Ж, Рауиская наб 4/5 ГКНТ СС М нт", г. Ужго, ул.Гагарина, 10 ат "П ЗВОДСВВн НО-иЗ ЕльСкий кОм аказ 3455 ВНЙИПИ Госуда твЕннОгО к 113035, М где а - число периодов повторения одинаковых состояний поляризаций нв выбранном интервале.