Устройство для измерения полосы пропускания свч-резонаторов

)5 6 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Севастопольский приборостроительный институт(56) Авторское свидетельство СССРЬ 1174876, кл. 6 01 й 27/26, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОСЫ ЙРОПУСКАНИЯ СВЧ-РЕЗОНАТОРОВ(57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике на СВЧ и может быть ис;ольэовано для измерения полосыпропускания, добротности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь веществ. Цель изобретения - повышение быстродействия, Введение в устройство удвоителя 13 частоты, измерителя 14 отношения двух частот, генератора 15 тактовыхимпульсов, генератора 16 управляющего напряжения, сумматора 17, компаратора 18 . и их связей позволяет исключить ручную настройку генератора 8 модулирующего сигнала на частоту Р, равную половине полосы пропускания исследуемого резонатора 1. исключить ручную операцию переключения выхода фильтра 10 низкой частоты на вход генератора 8, исключить операцию пересчета значения А 0 в 2 Ь Ь 0, а также операцию вычисления добротности резонатора 1, 1 з.п. ф-лы, 4 ил,30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения полосы пропускания, добротности, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь веществ.Известно устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов, содержащме СВЧ-генератор, исследуемый СВЧ-резонатор, индикатор,бциако это устройство не обладает высоким быстродействием измерений,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов. содержащее соединенные последовательно СВЧ-генератор, исследуемый СВЧ-резонатор, СВЧ-детектор, усилитель, удвоитель частоты и фазовый детектор, соединенные последовательнр усилитель постоянного тока, фильтр низких частот и индикатор нуля, соединенные последовательно генератор модулирующего сигнала и второй удвоитель частоты. выходом подключенный к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, частотомер, входом соединенный с одним иэ выходов генератора модулирующего сигнала, второй выход которого подключен к входу модуляции СВЧ-генератора, третий выход соединен с входом второго удвоителя частоты, блок автоматической подстройки частоты, включенный между вторым выходом СВЧ-детектора и входом управления частотой СВЧ-генератора, второй выход которого подключен к индикатору резонансной частоты, переключатель, первым входом соединенный с выходом фильтра низких частот, вторым входом - с общей шиной, а выходом - с генератором модулирующего сигнала,Однако известное устройство не обеспечивает высокое быстродействие измерений иэ-эа наличия в измерительном процессе ручных операций управления частотой генератора модулирующего сигнала, управления переключателем, а также операций по вычислению полосы пропускания и добротности исследуемого резонатора,Цель изобретения - повышение быстродействия измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов введены соединенные последовательно третий удвоитель частоты и измеритель отношения двух частот; другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, генератор управляющего напря 5 10 15 20 25 жения и сумматор, вторым входом подключенный к выходу переключателя, а выходом соединенный с управляющим входом генератора модулирующего сигнала, компаратор, первым входом подключенный к выходу фильтра низкой частоты, вторым - к общей шине, а выходом - к входам управления генератора управляющего напряжения и переключателя, причем третий выход генератора модулирующего сигнала подключен к входу третьего удвоителя частоты. При этом генератор управляющего напряжения содержит интегратор, три электронных ключа, резонатор и клемму источника питания, управляющий вход первого ключа соединен с первым входом генератора управляющего напряжения и управляющим входом треть- .его ключа, первый выход которого соединен с первым входом интегратора, а второй выход - с вторым входом интегратора и через соединенные второй ключ и резонатор - с клеммой источника питания, управляющий вход второго ключа соединен с вторым входом генератора управляющего напряжения, выходы первого ключа - с соответствующими входами интегратора, выход которого соединен с выходом генератора управляющего напряжения,Сравнение известного устройства спредлагаемым показывает, что заявляемое .устройство проявляет новые технические свойства. выраженные в повышении быстродействия измерений за счет исключения из измерительного процесса ручных операций настройки генератора модулирующего сигнала, управления переключателем;а также вычислительных операций по определению полосы пропускания и добротности исследуемого СВЧ-резонатора.На фиг, 1 приведена структурная схемаустройства для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов; на фиг. 2 - структурная схема блока автоматической подстройки частоты; на фиг. 3 - структурная схема генератора управляющего напряжения; на фиг. 4 - осциллограммы управляющих напряженийУстройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов содержит соединенные последовательно СВЧ-генератор 1, СВЧ-резонатор 2. СВЧ-детектор 3, усилитель 4, удвоитель 5 частоты и фазовый детектор 6, второй удвоитель 7, выходом подключенный к второму входу фазового детектора 6. генератор 8 модулирующего сигнала, первым выходом соединенный с управляющим входом СВЧ-генератора 1, вторым выходом подключенный к входу второго удвоителя 7 частоты, соединенные последовательно усилитель 9 постоянноготока, фильтр 10 низких частот и переключатель 11, блок 12 автоматической подстройки, входом подключенный к второму выходуСВЧ-детектора 3, а выходом соединенный свходом управления частотой генератора 5СВЧ 1, соединенные последовательно третий удвоитель 13 частоты и измеритель 14отношения частот, другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора 1,соединенные последовательна генератор 1015 тактовых импульсов, генератор 16 управляющего напряжения и сумматор 17, вторым входом подключенный к выходупереключателя 11, а выходом соединенныйс управляющим входом генератора 8 модулирующего сигнала, компаратор 18, первымвходом подключенный к выходу фильтра 10низкой частоты, вторым входом - к общейшине, а выходом - к входам управлениягенератора 6 управляющего напряжения и 20переключателя 11, причем третий выход генератора 8 модулирующего сигнала подключен к входу третьего удвоителя 13частоты,. Блок 12 автоматической подстройки частоты (АПЧ) содержит усилитель 19 сигналаошибки, входом подключенный к входу АПЧ12, фазовый детектор 20. первым входомсоединенный с выходом усилителя 19, фазовращатель 21, выходом подключенный к 30второму входу фазового детектора 20, модулирующий генератор 22, выходом соеди ненный с входом фазовращателя 21,усилитель 23 постоянного тока, входом подключенный к выходу фазового детектора 3520, фильтр 24 нижних частот, входом соединенный с выходом усилителя 23, а. выходом- с входом модулирующего генератора 22 ивыходом АПЧ 12.Генератор 16 управляющего напряжения содержит интегратор 25, электронныеключи 26-28, резонатор 29 и клемму 30 источника питания, причем первый ключ 26подключен параллельно конденсатору интегратора 25, второй ключ 27 подключен 45между резистором 29 и инвертирующимвходом интегратора 25. третий ключ 28 подсоединен между инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 25,управляющие входы первого 26 и третьего 5028 ключей подключены к первому входу генератора 16, а управляющий вход ключа 27соединен с вторым входом генератора 16.Устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-генераторов работает. следующим образом.В зависимости от положения органовуправления измерителя 14 отношения частот, в качестве которого применяется выпускаемый промышленностью электронный частотомер, измеритель может работать в трех режимах; режим измерения резонансной частоты СВЧ-резонатора 2; режим измерения полосы про пускания СВЧ-резонатора 2 (измерение частоты сигнала с выхода третьего удвоителя 13 частоты; режим отношения резонансной частоты СВЧ-резонатора 2 и частоты сигнала на выходе удвоителя 13 частоты (измерение добротности СВ+резонатора 2).В режиме измерения резонансной частоты СВЧ-резонатора 2 включается .блок АПЧ 12 и СВЧ-генератор 1 настраивается на резонансную частоту исследуемого резонатора 2,Блок АПЧ 12 работает следующим образом,Модулирующий генератор 22.осуществляет частотную модуляцию СВЧ-генератора 1, при этом частота модулирующего генератора 22 постоянна. Система - исследуемый СВЧ-резонатор 2 - СВЧ-детектор 3 - осуществляет нелинейное преобразование частотно-модулированного сигнала СВЧ-генератора 1, в результате чего на нагрузке СВЧ-детектора 3 выделяется сигнал частоты модуляции и ратных вй частот, причем сигнал модулирующей частоты (рабочий сигнал) при изменении знака расстройки СВЧ-генератора 1 относительно исследуемого СВЧ-резонатора 2 меняет фазу на 180 (проходит через нуль). После усиления в усилителе 19 сигнала ошибки рабочий сигнал поступает на вход фазового детектора 20, на второй вход которого через фазовращатель 21 подается сигнал модулирующего генератора 22 (опорный сигнал). На выходе фазового детектора 20: формируется сигнал ошибки, который через усилитель 23 постоянного тока и фильтр 24 поступает на управляющий вход СВЧ-генератора 1, подстраивая его на резонансную частоту исследуемого СВЧ-резонатора 2, При работе АПЧ 12 частота СВЧ-генератора 1 поддерживается равной резонансной.частоте исследуемого СВЧ-резонатора 2.Генератор 16.управляющего напряжения работает следующим образом.Сигнал с генератора 15 тактовых импульсов Оги (фиг, 4 а) поступает.на первый вход генератора 16 управляющего напряжения и далее на электронный ключ 26, подключенный параллельно конденсатору интегратора 25, Одновременно он подается на ключ 28. В результате замыкания ключей 26, 28 конденсатор разряжается, входы интегратора 25 замыкаются и на выходе 20 появляется сигнал, равный нулю. При этом ключ 27 замкнут. После прекращения действия импульса Ого генератора 15 ключи 26, 171814328 размыкаются и напряжение на выходе интегратора 25 Огун (фиг. 4 б) возрастает по линейному закону. В момент появления сигнала Окомп (фиг. 4 г) единичного уровня на втором входе генератора 16 (с выхода компаратора 18) ключ 27 размыкается, и напряжение Ого остается не измен н ы м до прихода следующего импульса Огти. В дальнейшем процесс повторяется.В режиме измерения полосы пропуска ния измеритель работает следующим образом.Генератор 15 тактовых импульсов вырабатывает периодическую последовательность пРЯМОУгольных импульсов Огти, 15 которые поступают на вход генератора 16 управляющих импульсов и запускают его. В результате на его выходе появляется линейно возрастающий сигнал Огун, который через первьгйвход сумматора 17 поступает на 20 управляющий вход генератора 8 модулирующего сигнала, Сигнал Окомп на выходе компаратора 18 равен нулевому уровню, поэтому переключатель 11 находится в состоянии, когда к второму входу сумматора 25 17 подключается общая шина, Генератор 8 начинает перестраиваться по частоте, Сигнал с выхода генератора 1, промодулированный по амплитуде, поступает через СВЧ-резонатор 2 на вход СВЧ-детектора 3. 30 Детектор 3 детектирует этот сигнал, в результатее на его выходе появляется напряжение сигнала огибающей ОзОз=Ои соз(2 от-р) (1) 9 ф= ЕИо, (2) 35 где Оз - напряжение сигнала огибающей;О 1 - амплитуда сигнала огибающей на входе усилителя 4;Е - частота модулирующего сигнала;Ао - половина полосы пропускания ис следуемого СВЧ-резонатора 2;р - фазовый сдвиг огибающей сигнала СВЧ относительно модулирующега сигнала,Сйгнал Оз усиливается в усилителе 4 и поступает на первый удвоитель 5 частоты, 45 Сигнал.на выходе удвоителя 5 частотыО 6 =КОП 12 соз(4 ттЕт - 2 ), (3) где К - коэффициент преобразования.На выходе второго удвоителя 7 частоты сигнал имеет вид 50 01 КОго 2 соз(4 к Ет), (4) где О 2 - амплитуда сигнала на втором выходе генератора 8.Сигналы ОБ, О 7 поступают на фазовый 55 детектор 6, напряжение на выходе которогоО 6= КОК Опт 1 Ощ 2 соз 2 у, (5) . где К 6 - коэффициент передачи фазового детектора 6,После усиления в усилителе 9 черезфильтр 10 этот сигнал Офнч (фиг, 4 в) (сигналошибки) поступает на переключатель 11 и наком паратор 18Перестройка по частоте генератора 8происходит до тех пор, пока сигнал Офнч навыходе фильтра 10 не достигнет нулевогозначения, В этом случае частота модулирующего сигнала Е будет равна половине полосы пропускания исследуемогорезонатора 2, как это следует из выражения(2) и формулы (5)Е = а , .(6)В момент выполнения условия (6) срабатывает компаратор 18 и на его выходе появляется сигнал единичного уровня Окомп,который поступает на второй управляющийвход генератора 16 управляющего напряжения и на управляющий вход переключателя11, Под действием этого сигнала напряжение на выходе генератора 16 перестает возрастать и остается постоянным до приходаочередного тактового импульса с генератора 15, а переключатель 11 подает сигналОфч с выхода фильтра 10 на второй входсумматора 17, который суммирует сигналгенератора 16 с сигналом фильтра 10, Таккак измеритель имеет определенную полосусхватывания, то в результате воздействиясуммарного сигнала генератор 8 точно настраивается на частоту Е. Очевидно, что сигнал на выходе фазового детектора бизменяет знак согласно (2) и(5) при у= 45 О ив этот момент выполняется условие (6),Сигнал с третьего выхода генератора 8 .подается на удвоитель 13 частоты. Напряжение с выхода удвоителя 13 частоты с частотой 2 ЬЬ подается на измеритель 14,который измеряет полосу пропусканияСВЧ-резонатора 2,В режиме измерения добротности измеритель работает следующим образом,. Измеритель 14 устанавливается в режим отношения двух частот. На один из еговходов поступает СВЧ-сигнал с выхода генератора 1, а на другой - напряжение стретьего удвоителя 13 частоты,Работа.устройства для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов в режимеизмерения добротности не отличается отего работы в двух предыдущих режимах.Значение добротности как и два других параметра снимается с цифрового индикатораизмерителя отношения частот,Таким образом, введение в устройстводля измерения полосы пропускания СВЧрезонаторов третьего удвоителя частоты,измерителя отношения частот, генераторатактовых импульсов, генератора управляющего напряжения, сумматора и компаратора позволяет исключить ручную настройку генератора модулирующего сигнала на частоту Е, исключить ручную операцию переключения выхода фильтра низкой частоты 5 на вход генератора модулирующего сигнала, исключить операцию пересчета значения Ьо в 2 Ьо, а также операцию вычисления добротности по формулет еэ 102 очто позволяет повысить быстродействие измерений, чем и достигается поставленная цель.Спектр СВЧ-сигнала генератора 1 со держит несущую сигнала СВЧ, два противофазных спутника (ЧМ-модуляция с малым индексом), отстоящие от несущей на +Ечм, два синфазных спутника АМ-модуляция), отстоящие от несущей на ч= Езм.20На СВЧ-детекторе 3 выделяется частота Ечм (сигнал ошибки, этот сигналобращается в нуль при работе блока 12), частота Едм (сигнал используется в системе измерения полосы пропускания исследуемого СВЧ-ре зонатора 2), частота Ем . Ечм (легко показать, что при настройке СВЧ-генератора 1 на резонансную частоту исследуемого СВЧ- резонатора 2 эти сигналы обращаются в нуль), .30Для совместимости блока 12 ь рассматриваемым устройством для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов необходимо выполнить условие Ечм Ф то дибо, если полоса пропускания исследуемого 35 СВЧ-резонатора 2 изменяется по каким-либо причинам (например, из-.за введения исследуемого образца), вынести Ечм за пределы изменения половины полосы пропускания исследуемого СВЧ-резонатора 2, 40 При правильной настройке блока 12 сигнал частоты Ечм, попадающий на фазовый детектор 20, не влияет на его работу, так как фазовый детектор 20 интегрирует сигналы всех частот, отличных от Ечм, Для лучшей 4 развязки можно выполнить усилитель 19 сигнала ошибки паласовым на частоты Ечм)Формула изо бр ете н и я 50 1. Устройство для измерения полосы пропускания СВЧ-резонаторов, содержащее соединенные последовательно СВЧ-генератор, СВЧ-резонатор, СВЧ-детектор, усилитель, удвоитель частоты и фазовый де тектор, второй удвоитель частоты, выходом подключенный к второму входу фазового детектора, генератор модулирующего сигнала, первым выходом соединенный с управляющим входом СВЧ-генератора, вторым выходом подключенный к входу второго удвоителя частоты, .соединенные последовательно усилитель постоянного тока, фильтр низких частот и переключатель, вторым входом подключенный к общей шине, блок автоматической подстройки частоты, входом подключенный к второму выхоДу СВЧ-детектора, а выходомсоединенный с входом управления частотой СВ Ч-генератора, выход фазового детектора подключен к входу усилителя постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в него введены соединенные последовательно третий удвоитель частоты и измеритель отношения двух частот. другим входом подключенный к второму выходу СВЧ-генератора, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, генератор управляющего напряжения и сумматор, вторым входом подключенный к выходу переключателя, а выходом соединенный с управляющим входом генератора модулирующего сигнала,компаратор, первым входом подключенный к выходу фильтра низкой частоты, втором вхщом к общей шине, а выходом - к входам управления генератора управляющего напряжения и переключателя, причем третий выход генератора модулирувщего сигнала подключен к входу третьего удвоителя частоты..2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор управляющего напряжения содержит интегратор, три.электронных ключа, резонатор и клемму источника питания, управляющий вход первого ключа соединен с первым входом генератора управляющего Напряжения и управляющим входом третьего ключа, первый выход которого соединен с первым входом интегратора, а второй выход с вторым входом интегратора и через соединенные второй ключ и резонатор с клеммой источника питания, управляющий выход второго ключа соединен с вторым входом генератора управляющего напряжения, выходы первого ключа соединены с соответствующими входами интегратора, выход которого соединен с выходом генератора управляющего напряжения,1718143 Реда В. Да аказ 878 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,Гагарина, 10 Составитель А, Тр Техред М.Моргент ин Корректор О. Кравцова