УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ В ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАКТАХ СВЧ-ПЕРЕДАТЧИКОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ В ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАКТАХ СВЧ ПЕРЕДАТЧИКОВ.
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения проходящей мощности в выходных трактах СВЧ-передатчиков систем телекоммуникаций. При работе базовых станций мобильных систем связи возникает необходимость оперативного контроля за уровнем излучаемой передатчиком мощности.
Известны устройства предназначенные для этой цели, однако они не позволяют обеспечить полную развязку измерительной схемы и высокочастотного тракта. Известны устройства для контроля мощности в высокочастотном тракте, основанные на электрооптическом эффекте Поккельса, которые позволяют полностью развязать измерительную схему и высокочастотный трактj однако эти устройства имеют малую рабочую полосу частот.
Наиболее близким к заявляемому устройству является электрооптическое устройство для измерения мощности.(Авторское свидетельство №1472836 кл.С01К 21/00). Устройство содержит источник когерентного излучения, оптически связанный с делителем света, каждый из выходов которого оптически связан с двумя датчиками, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки, первого и второго электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой пластинки, анализатора и делителя света, выходы которого являются выходами датчика. Делители света оптически связаны каждый со своим фотодиодом, причем между катодами первой пары фотодиодов и анодами второй пары фотодиодов подключены переменные резисторы, и фильтрующие конденсаторы, к подвижным движкам которых подключен индикатор мощности. Недостатком этого устройства является узкий рабочий диапазон частот.
GOIR 21/00
Задачей полезной модели является - расширение рабочей полосы частот измерителя мощности.
Схема устройства показана на фиг. 1, пример выполнения электродов, нанесенных на электрооптический кристалл показан на фиг.2.
Устройство содержит источник 1 когерентного светового излучения, делитель 2 света, два датчика 3, 4 мощности, каждый из которых состоит из последовательно расположенных по ходу оптического луча первой четвертьволновой пластинки 5, первого б и второго 7 электрооптических кристаллов, второй четвертьволновой пластинки 8, анализатора 9 и делителя 10 света, выходы делителя 10 являются выходами датчиков мощности, они оптически связаны с фотодиодами 11 и 12 соответственно. Между катодами фотодиодов 11 и 12 включен переменный резистор (потенциометр) 13, к. движку которого подключен индикатор 14 мощности, выход которого соединен с переменным резистором (потенциометром) 15,. выводы которого подсоединены к фотодиодам 16 и 17. Конденсаторы 18 включены между выводами - потенциометров 13 и 15 и общей щиной для фильтрации гармонических составляющих.
Источник 1 когерентного света через делитель 2 света оптически связан с каждым из датчиков мощности. При этом электроды, нанесенные на боковые грани первого электрооптического кристалла, включены в передающий тракт 19 последовательно и разомкнуты на вторых концах, а электроды второго электрооптического кристалла включены в передающий тракт 19 параллельно и короткозамкнуты на вторых концах. Электроды первого и второго электрооптических кристаллов нанесены на взаимно перпендикулярные грани. Причем электроды второго электрооптического кристалла второго датчика 4 мощности включены противофазно по отношению к электродам второго электрооптического кристалла первого датчика 3. Перемычки вторых электрооптических кристаллов должны иметь отверстия для прохождения света. Электроды, нанесенные на боковые грани первого и второго электрооптических кристаллов имеют переменную вдоль направления распространения светового луча ширину, причем электроды, нанесенные на боковые грани первого и второго электрооптических кристаллов имеют переменную ширину вдоль направления распространения светового луча, причем у первого электрооптического кристалла к передающему тракту электроды подключены узкой частью, а у второго электрооптического кристалла электроды подключены широкой частью.
Электрооптические кристаллы 6 и 7 - это модуляторы Поккельса, характеризующиеся эллиптической поляризацией, в качестве них могут быть использованы кристаллы ZnSe, LiNbOj или ЫТаОз в зависимости от длины волны источника 1. Анализатор 9 позволяет выделить одну из ортогональных составляющих поляризованного светового луча, он может быть выполнен, например, в виде призмы Глана.
Устройство работает следующим образом. Узкий когерентный световой луч, генерируемый источником 1, поступает на делитель 2 света, на выходах которого образуются два луча одинаковой интенсивности. Эти лучи поступают на датчики 3,4 мощности. В датчике 3 световой луч проходит четвертьволновую пластинку 5 и приобретает циркулярную поляризацию. Далее циркулярно поляризованный свет поступает в первый электрооптический кристалл 6, при этом в кристалле будут распространяться две ортогонально поляризованные компоненты с одинаковьми амплитудами. После прохождения кристалла б эти компоненты приобретают разность фаз TI пропорционально приложенному к управляющим электродам среднему напряжению Ucp
т- 3 L
1 1 7ГПрГи г),
1 е  ср
где По - показатель преломления, г - электрооптический коэффициент; L длина кристалла; d - толщина; Я, - длина волны света.
Электрооптический кристалл 6 с электродами на боковых гранях, представляет собой разомкнутый отрезок неоднородной линии передачи, сопротивление которого между точками подключения в передающий тракт равно нулю в рабочем диапазоне частот. Среднее значение модулирующего напряжения на кристалле 6 равно
. 2 . Ucp iPm-smo)t,
7t
где РЦ; - волновое сопротивление эквивалентной кристаллу линии;
i - амплитуда тока в данном сечении тракта,
(В - частота СВЧ-сигнала.
С учетом последней формулы ri Ki-i-sincot с, где KI - коэффициент пропорциональности.
Итак, разность фаз между ортогонально поляризованными компонента и светового луча на выходе электрооптического кристалла 6 пропорциональна величине тока в данном сечении передающего тракта. Далее луч света поступает на второй электрооптический кристалл 7, кристаллографические
оси которого составляют угол  с осями первого электрооптического кристалла б.
Кристалл 7 с управляющими, короткозамкнутыми на вторых концах электродами по отношению к СВЧ-сигналу эквивалентен короткозамкнутому на втором конце четвертьволновому отрезку линии передачи, подключенному параллельно к передающему тракту 19. Среднее значение модулирующего напряжения:
2 UCD - U-sm(cot + ф),
я
где и - амплитуда напряжения в исследуемом сечении тракта,
ф - фазовый сдвиг между током и напряжением.
После прохождения кристалла 7 пучок света приобретает разность фаз между ортогональными компонентами r- K2-U-sin (fflt+ф) , где К,-;- коэффициент пропорциональности.
В результате прохождения светового луча через систему, состоящую из первого электрооптического кристалла, который формирует разность фаз между ортогональными компонентами пропорционально току в исследуемом сечении тракта, и второго электрооптического кристалла, который формирует разность фаз между ортогональными компонентами пропорционально напряжению, второй четвертьволновой пластинки и анализатора, интенсивность света на выходе датчика мощности будет иметь составляющую, пропорциональную проходящей мощности в исследуемом сечении тракта. Токи фотодиодов 11, 16 и 12, 17 прямо пропорциональны интенсивности света. Высокочастотные составляющие токов фотодиодов фильтруются конденсаторами 18. Мостовая схема, собранная на фотодиодах 11, 12, 16, 17 и резисторах 13 и 15 компенсирует постоянные и случайные засветки фотоприемников и удваивает полезный сигнал, пропорциональный проходящей мощности в индикаторе 14. Работа датчика 4 аналогична датчику 3.
Влияние измерительного устройства на результат измерения уменьшается за счет того, что включение электродов, выполненных в виде неоднородных линий, которые нанесены на электрооптические кристаллы, в передающий тракт эквивалентно включению отрезков с бесконечно малым и бесконечно большим сопротивлениями в щирокой полосе частот.
Наиболее широкая полоса частот получается, если закон изменения волнового сопротивления вдоль длины электродов подчиняется экспоненциальному закону. Р1менно за счет такого выполнения электродов и достигается расширение рабочей полосы частот измерителя мощности.
/,/.24в