Устройство для измерения крутизны характеристики управления свч-генераторов

.М.Ал ее СССР1984.ике. Се 4 (458).ениятроннойэлектидетельство01 К 2306,тронной техна СВЧ. Вып.ра для измерторов с элекоты. М.: ЦНИИ24,ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯУПРАВЛЕНИЯ С РУТИЗ Ч-ГЕя к радиоожет бытьх измеренияправления й технике и в устройст актеристикиЬщЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свВ 1103155, кл: СОбзоры по элекрия 1. ЭлектроникМетоды и аппаратупараметров генераперестройкой частроники, 1977, с.(54) УСТРОЙСТВО ДНЫ ХАРАКТЕРИСТИКИНЕРАТОРОВ(57) Изобретение относиизмерительноиспользованокрутизны хар 8014728 СВЧ-генераторов, частота которых изменяется в широких пределах сигналом,подаваемым на управляющий вход, Цельюизобретения является расширение рабочих частот в верхнюю область СВЧдиапазона и улучшение массогабаритных характеристик. Устройство содержит узкополосный фильтр 1 на основемонокристалла железоиттриевого граната, амплитудный детектор 2, интегратор 3, вольтметр 4, осциллограф 5,частотомер 6, источник 7 пилообразного тока и исследуемый СВЧ-генератор8. Диапазон рабочих характеристик ипогрешности измерения определяютсяхарактеристиками фильтра 1, которыйобладает малой нелинейностью характеристики перестройки частоты и можетработать в верхней области СВЧ-диапазона. 3 ил.Изобретение относится к области радиоизмерительной техники измерения крутизны характеристики управления СВЧ-генераторов частота которых из 15 меняется в широких пределах сигналом, поданным на управляющий вход.Целью изобретения является расширение рабочих частот в верхнюю область СВЧ-диапазона и улучшение мас согабаритных характеристик.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для измерения крутизны характеристики управления СВЧ-генераторов, на фиг. 2 - блок-схема возмож ной реализации источника пилообразного тока 1 на фиг. 3 - амплитудно-час - тотная характеристика (АЧХ) железоиттриевого гранат-фильтра (ЖИГ-фильтра) .20Устройство для измерения крутизны характеристики управления СВЧ-генераторов содержит последовательно соединенные перестраиваемый в широком диапазоне частот узкополосный фильтр на 25 Основе монокристалла железоиттриевого гранат-фильтр (ЖИГ-фильтр) 1, амплитудный детектор 2, интегратор 3 и вольтметр 4,а также, осциллограф 5, частотомер 6, источник 7 пилообразно го тока и исследуемый СВЧ-генератор 8, Токовый выход источника 7 пилообразного тока соединен с управляющим входом ЖИГ-фильтра 1 и входом горизонтальной развертки осциллографа35 5, вход вертикальной развертки которого подключен к входу интегратора 3, обнуляющий вход которого. соединен с импульсным выходом источника 7.пилообразного тока.0Вход вольтметра 4 соединен с управляющим входом исследуемого СВЧ-гене- ратора 8, выход которого (через направленный ответвитель) подключен к входу частотомера 6 и входу ЖИГ фильтра 1.Источник 7 пилообразного тока. содержит интегратор 9, компараторы 10 и 11, операционный усилитель 12, преобразователь 13 напряжения в ток,50 переменные резисторы 14-16, КБ-триггер 17, электронный ключ 18, переключатель 19 режимов, опорный диод 20, блок резисторов 21Интегратор 9 выходом подключен к первым входам55 компараторов 10 и 11 и преобразователя 13 напряжения в ток и к неинвертирующему входу операционного усилителя 12, Вторые входы компараторов 10 и 11 подключены к движкам переменных резисторов соответственно 14 и 15, выходы компараторов 10 и 11 соединены соответственно с Б- и К-входами КБ-триггера 17, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа 18 и является импульсным выходом источника пилообразного тока. Инвертирующий вход операционного усилителя 12 соединен с движком переменного резистора 16, выход операционного усилителя 12 подключен через последовательно соединенные конденсатор и резистор к точке "Земля" и к первому входу переключателя 19 режимов, выход которого соединен с входом интегратора 9, а второй вход которого подключен к первому выходу блока 21 резисторов, второй выход которого через опорный диод 20 подключен к точке "Земля", Положительное напряжение подключено к первому входу блока 21 резисторов через электронный ключ 18, отрицательное - к второму входу электронного ключа 18.Устройство для измерения крутизны характеристики управления СВЧ-генераторов работает следующим образом.ЖИГ-фильтр 1 обладает практически линейной характеристикой управления (зависимостью средней частоты фильтрации от тока управления), поэтому в течение прямого хода источника 7 пилообразного тока средняя частота ЖИГ-фильтра 1 меняется во времени линейно. АЧХ управляемого ЖИГ-фильтра показана на фиг. 3. Средняя частота фильтра обозначена Еф; в течение рабочего хода источника пилообразного тока средняя частота Р ф (вместе с АЧХ) с постоянной скоростью двигается от некоторого начального значения частоты до конечного значения, причем диапазон изменения Гф на 2-3 порядка шире полосы прозрачности ЖИГ- фильтра. Если средняя частота ЖИГ- фильтра увеличивается, то его АЧХ, показанная фиг. 3, смещается вправо. Если при этом частота исследуемого СВЧ-генератора, обозначенная Р, находится в полосе прозрачности ЖИГ- фильтра (как это показано на фиг.3), то часть мощности исследуемого генератора проходит через ЖИГ-фильтр 1, детектируется амплитудным детектором 2, интегрируется интегратором 3 и подается на управляющий вход иссле1472837 5 10 15 20 25 30 уже диапазона изменения его частоты.Работа устройства описана для интервалов времени, в течение которыхпротекает рабочий ход источника 7пилообразного тока и ток меняется 40 во времени линейно. В течение сбратного хода источника 7 пилообразноготока уровень тока относительно быстро (но не обязательно линейно) возвращается в исходное состояние, со ответствующее начальному значениюсредней частоты ЖИГ-Фильтра 1, которая несколько меньше начальногозначения частоты исследуемого СВЧгенератора 8. В течение обратногохода с импульсного выхода источника 507 пилообразного тока выдается сиг;нал, который, воздействуя на обнуляющий вход интегратора 3, быстро возвращает выходное напряжение интегратора 3 к исхоДному уровню, соответствующему начальному значению частотыисследуемого СВЧ-генератора 8, послечего начинается рабочий ход источника 7 пилообразного тока, описанный дуемого СВЧ-генератора, скорость увеличения частоты которого зависит от разности частот Р ф - Р. Эта зависимость определяется правой ветвью АЧХ ЖИГ-фильтра (на значительной части АЧХ эта зависимость почти линейна) .Коэффициент усиления замкнутой цепи обратной связи (исследуемый СВЧ-генератор 8, ЖИГ-фильтр 1, амплитудный детектор 2, интегратор 3) должен быть выбран так, чтобы при малой разности частот Р ф - Р 2 скорость изменения частоты исследуемого СВЧ- генератора 8 была бы значительно выше скорости изменения средней частоты ЖИГ-фильтра 1 Р, а при разности частот Р,ь - Г более половины полосы прозрачности ЖИГ-фильтра скорость изменения частоты исследуемого СВЧ-генератора 8 была бы значительно ниже скорости изменения частоты ЖИГ-Фильтра 1 Рф. При этом условии происходитзахват" частоты исследуемого СВЧ-генератора 8 - его частота становится в среднем равной средней частоте ЖИГ-фильтра 1 и меняется во времени линейно. Текущее значение частоты исследуемого СВЧ- генератора 8 постоянно находится в пределах голосы прозрачности ЖИГ- фильтра 1, на переднем (правом на фиг. 3) скате его .АЧХ, передвигаясь по этому скату ближе или дальше от средней частоты ЖИГ-фильтра 1, в зависимости от скорости изменения управляющего напряжения исследуемого СВЧ-,генератора 8. Так как при "захвате" частоты исследуемого СВЧ-генератора 8 эта частота меняется во времени линейно, то произведение крутизны характеристики управления СВЧ- генератора 8 на напряжение входа интегратора 3 - постоянная величина, Следовательно, отклонение по вертикали (от нулевой линии) луча электронно-лучевой .трубки (ЭЛТ) осциллографа 5 пропорционально обратному значению крутизны характеристики управления СВЧ-генератора 8 в данной точке частотного диапазона.От уровня мощности исследуемого СВЧ-генератора 8 напряжение входа интегратора 3 не зависит (в установившемся режиме). Если уровень мощности СВЧ-генератора 8 возрос, то кривая АЧХ ЖИГ-фильтра 1 станет несколько выше и шире, чем показанная на фиг, 3. В результате уровень мощности приходящей через Ж 11 Г-фильтр(при той же разности частот Г - Еувеличится, возрастет скорость изменения напряжения на выходе интегратора и, следовательно, увеличитсяскорость изменения частоты исследуемого генератора. Разность частотРф - Рначнет увеличиваться до техпор, пока скорость изменения частотЖИГ-фильтра 1 и исследуемого СВЧ-генератора 8 опять не уравняются, что произойдет при прежнем значении напряжения на входе интегратора 3 (если крутизна характеристики исследуемого генератора не изменилась),Однако многократные колебания уровня мощности СВЧ-генератора 8 в процессе изменения частоты по диапазону вызывают незначительные искажения кривой на экране осциллографа 5 (из-за переходных процессов), Поэтому с целью уменьшения погрешности желательно стабилизировать уровень мощности по частотному диапазону. Величина уровня стабилизации мощности не влияет на форму кривой на экране осциллографа 5, Смещение этой кривой по оси частот, возникающее при изменении уровня стабилизации мощности СВЧ-генераторов, ничтожно мало, так как полоса прозрачностиЖИГ-фильтра 1 на несколько порядков1472837 6 7 пилообразного тока в момент времени, когда напряжение на выходе интегратора 9 становится равным потенциалу, .установленному на переменном резисторе 16, скачком меняется напряжение на выходе усилителя 12, которое дифференцируется КБ-цепочкой и подается на вход вертикальной развертки осциллографа 5. На изображении на ЭЛТ осциллографа 5 создается характерный узкий выброс-метка, которую можно передвигать вдоль изображения, поворачивая движок резистора 16.В режиме "Стоп" источника пилообразного тока интегратор 9 и усилитель 12 образуют следящую систему с обратной связью. Выходное напряжение интегратора 9 свысокой точностью следует за потенциалом установленным на переменном резисторе 16. Оно соответствует мгновенному значению частоты исследуемого СВЧ-генератора 8 в режиме свипирования, при котором наблюдалась метка, "Захват" частоты генератора также осуществляется в режиме "Стоп", Можно точно измерить крутизну характеристики исследуемого генератора в точке, поворачивая на малый угол движок резистора 16 и измеряя приращения частоты СВЧ-генератора 8 и напряжения на его управляющем входе. Крутизна вычисляется. как отношение приращения частоты к приращению напряжения.выше. Во время обратного хода лучосциллографа гасится,Источник 7 пилообразного тока,содержащий токовый и импульсный выходы, может быть основан на различных5физических явлениях. Регулировка исследуемого СВЧ.-.генератора 8 с предложенным устройством значительно облегчается, если источник 7 пилообразного тока, кроме указанных функций,обеспечивает некоторые "сервисные"операции в режиме Стоп, которыевключают: возможность остановить процесс в заранее выбранной точке частотного диапазона, выбираемой с помощью метки на экране осциллографа,передвигаемой оператором по экрануповоротом ручки .переменного резистора 16; возможность точно измеритьчастоту исследуемого СВЧ-генератора8 и напряжение на его управляющемвходе в выбранной точке с помощьючастотомера 6 и вольтмера 7; возможность менять частоту исследуемогоСВЧ-генератора 8 вручную с помощьюпеременного резистора 16.Выбор режима работы источника 7пилообразного тока производится переключателем 19 режима, В верхнем положении движка переключателя 19 источник 7 работает в режиме свипирования,в нижнем - в режиме Стоп.В режиме свипирования знак приращения напряжения на выходе интегратора 9 определяется полярностью нап 35ряжения на его входе, коммутируемогоключом 18. При закрытом ключе 18на вход интегратора 9 подается эталонное напряжение с опорного диода20, при этом напряжение на выходе интегратора 9 увеличивается с постоянной скоростью до уровня, установленного переменным резистором 14.Компаратор 10 перебрасывает триг Вгер 17 в состояние "О", потенциална его инверсном выходе скачком увеличивается, открывая ключ 18, которыйменяет полярность напряжения на входе интегратора 9, напряжение на еговыходе убывает до уровня, установленного переменным резистором 15,тогда срабатывает компаратор 11 иперебрасывает триггер 17 в состояние"1" - процесс повторяется.С помощью переменных резисторов 15,5514 выбирается диапазон изменениячастоты исследуемого СВЧ-генератора8. В течение рабочего хода источника Диапазон рабочих частот и погрешности измерения определяются в основ-ном характеристиками ЖИГ-фильтра, который обладает малой нелинейностью характеристики перестройки частоты и может работать в верхней области СВЧ-диапазона. Устройство для измерения крутизны характеристик управления СВЧ-генераторов позволяет исследовать СВЧ-генераторы, работающие в более коротковолновом участке СВЧ-диапазона, при этом вес и объем устройства существенно уменьшаются,Ф о р м у л а изобретения Устройство для измерения крутизны характеристики управления СВЧ- генераторов, содержащее источник пилообразного тока, осциллограф и исследуемый СВЧ-генератор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширення рабочих частот в верхнююобласть СВЧ-диапазона и улучшениямассогабаритных характеристик, в него введены последовательно соединенные железоиттриевый гранат-фильтр,амплитудный детектор, интегратори вольтметр, а также СВЧ-частотомер,вход которого соединен с выходомисследуемого СВЧ-генератора и с входом железоиттриевого гранат-фильтра,управляющий вход которого подключен к токовому выходу источника пилообразного тока и к входу горизонтальной развертки осциллографа, вход вертикальной развертки которого соединен с выходом амплитудного детектора, импульсный выход источникапилообразного тока соединен с обнуляющим входом интегратора, управ О ляющий вход исследуемого СВЧ-генератора подключен к входу вольтметра.1472837 Составитель Ю.МинкинРедактор О.Спесивых Техред М.Дидык Корректор И,Муска КНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород,агари ЗаказВНИИПИ 704/44 Тираж 711Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра Подписнткрытиямд. 4/5 тениям и оская наб