СТАБИЛИЗАТОР СВЧ-МОЩНОСТИ
SHF POWER STABILISER

Предлагаемое изобретение относится к области СВЧ-техники и может быть использовано в различных измерительных и радиоэлектронных устройствах.
4
Известны стабилизаторы СВЧ-мощности, используемые в радиоэлектронных и измерительных устройствах, где требуется стабилизация заданного уровня СВЧ-мощности с заданным быстродействием и точностью процесса стабилизации (см. статью Ю.А. Шевченко "Система автоматической стабилизации" в журнале "Вопросы специальной радиоэлектроники" серия ОТ, выпуск 1, 1968 год; информационную карту №245 "Стабилизатор СВЧ мощности" в "Сборнике рефератов научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ их частей и частных решений", серия РЭ, выпуск 8с, Москва, 1968 г.; авторское свидетельство СССР №145914, кл. 21 а, 71, 6.04.1962 г.
Из известных стабилизаторов наиболее близким по технической сущности является стабилизатор СВЧ-мощности. Этот стабилизатор содержит преобразователь СВЧ-сигнала, к выходу которого параллельно подключены четыре амплитудных дискриминатора, которые через логическое анализирующее устройство соединены соответственно с четырьмя логическими схемами "И", при этом вторые входы первых двух схем "И" подключены к выходу генератора импульсов непосредственно, а вторые входы двух других схем "И" - к выходу того же генератора через умножитель частоты импульсов, причем выходы первой и третьей схем "И" через схему "ИЛИ" подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика импульсов, а выходы второй и четвертой схем "И" через схему "ИЛИ" - к вычитающему входу того же счетчика, разрядные выходы которого через преобразователь код-аналог подключены к управляющему входу СВЧ аттенюатора.
С выхода преобразователя на входы амплитудных дискриминаторов поступает сигнал, амплитудное значение которого модулируется величиной СВЧ-мощности. Состояние выходов дискриминаторов характеризует знак и величину отклонения величины мощности СВЧ от заданного уровня, при этом анализирующее устройство "разрешает" прохождение, через соответствующую схему "И" и "ИЛИ" на соответствующий вход реверсивного счетчика, счетных импульсов с выхода генератора импульсов. В одном случае, при больших отклонениях, через умножитель частоты импульсов, в другом случае - при малых отклонениях, непосредственно с выхода генератора. При этом отмечается эффект повышения быстродействия процесса. Однако подобным устройствам всегда будут присущи ограничения, связанные с тем, что получение информации и передача ее к аналого-цифровому преобразователю производится аналоговыми средствами, погрешность которых, из-за температурной нестабильности, низкой помехоустойчивости и др. факторов, значительна. В рассматриваемом устройстве эти средства представляют: преобразователь СВЧ-сигнала, реализующий преобразование величины СВЧ мощности в амплитуду напряжения, и амплитудные дискриминаторы. Кроме инструментальных погрешностей, характерных этим преобразователям, включение амплитудных дискриминаторов в описанный стабилизатор СВЧ-мощности вносит методическую погрешность, абсолютное значение которой равно разности величин порогов амплитудных дискриминаторов, лежащих вблизи заданного уровня СВЧ-мощности.
Целью настоящего изобретения является повышение точности стабилизации СВЧ мощности.
Поставленная цель достигнута благодаря тому, что в известный стабилизатор СВЧ-мощности, содержащий логическое анализирующее устройство, генератор импульсов, логические схемы "И", реверсивный счетчик, разрядные выходы которого через преобразователь код-аналог подключены к управляющему входу электрически управляемого аттенюатора СВЧ-мощности - дополнительно включены: симметричный мультивибратор, во времязадающие цепи которого включены одинаковые пленочные болометры СВЧ, один из которых одновременно включен в СВЧ-тракт; преобразователь код-частота импульсов и двухсторонний реверсивный счетчик, знаковые выходы которого непосредственно соединены соответственно с первыми входами упомянутых двух схем "И", а разрядные выходы через преобразователь код-частота импульсов соединены параллельно с оставшимися вторыми входами этих же схем "И", выходы которых соответственно подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, при этом выходы мультивибратора соединены параллельно соответственно с суммирующим и вычитающим входами двухстороннего реверсивного счетчика и двумя входами анализирующего устройства, еще один вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а три выхода анализирующего устройства соответственно подключены к сигнальному входу преобразователя код-частота импульсов и ко входам счета и установки в "0" двухстороннего реверсивного счетчика.
На чертеже, фиг.1, представлена блок-схема стабилизатора СВЧ-мощности.
Стабилизатор СВЧ мощности (Фиг.1) содержит симметричный мультивибратор 1, во времязадающие цепи которого включены одинаковые пленочные болометры СВЧ 2, 3, один из которых 2 одновременно включен в СВЧ-тракт. Выходы мультивибратора 1 подключены параллельно к суммирующему и вычитающему входам двухстороннего реверсивного счетчика 4 и к двум входам логического анализирующего устройства 5. Знаковые выходы двухстороннего реверсивного счетчика 4 подключены к первым входам двух схем "И" 6, 7, а разрядные выходы этого же счетчика через преобразователь код-частота импульсов 8 подключены параллельно ко вторым входам этих же схем.
Выходы схем "И" 6, 7 подключены непосредственно соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивных счетчика 9, разрядные выходы которого через преобразователь код-аналог 10 подключены к управляющему входу электрически управляемого аттенюатора 11, на выходе которого в СВЧ-тракте включен пленочный болометр 2. Генератор импульсов 12 через анализирующее устройство 5 подключен соответственно к сигнальному входу преобразователя код-частота импульсов 8 и ко входу счета двухстороннего реверсивного счетчика 4, а оставшийся выход анализирующего устройства подключен ко входу установки в "0" этого же счетчика.
Симметричный мультивибратор 1 с пленочными болометрами СВЧ 2, 3 во времязадающих цепях, один из которых одновременно включен в СВЧ-тракт, представляет собой датчик величины СВЧ мощности во временной интервал. Это позволяет, с помощью двухстороннего реверсивного счетчика 4 и генератора импульсов 12 получить на знаковых и разрядных выходах этого счетчика знак и код отклонения величины мощности СВЧ от заданного. При этом инструментальные погрешности преобразования, вызванные как температурными нестабильностями, так и другими факторами, влияющими на работу схемы симметричного мультивибратора, генератора импульсов и двухстороннего реверсивного счетчика практически отсутствуют.
Очевидно, что при таком преобразовании величины СВЧ-мощности, а в конечном счете отклонения величины СВЧ-мощности от заданного уровня в код этого отклонения и его знак, обеспечивается с высокой степенью точности, которая практически зависит от методической погрешности преобразования и определяется ценой младшего разряда двухстороннего реверсивного счетчика 4. Последующее преобразование кода отклонения в частоту импульсов, в зависимости от величины отклонения, обеспечивает требуемое быстродействие процесса стабилизации. Таким образом, разрядные выходы реверсивного счетчика 9 через преобразователь код-аналог 10 воздействует на управляющей вход электрически управляемого аттенюатора СВЧ мощности 11 в мере, отображающей с высокой степенью точности характер и величину отклонения СВЧ-мощности от заданного уровня. При этом точность процесса стабилизации определяется ценой младшего разряда реверсивного счетчика 9, а быстродействие прямо зависит от величины отклонения.
1
2
1
Предлагаемый стабилизатор СВЧ-мощности работает следующим образом. С выходов симметричного мультивибратора 1 импульсы поочередно поступают параллельно на суммирующий и вычитающий входы двухстороннего реверсивного счетчика 4 и входы анализирующего устройства 5. При этом длительность импульса τ первого в периоде, определяется параметрами элементов времязадающей цепи мультивибратора 1, в которой пленочный болометр 2 одновременно включен в СВЧ-тракт и зависит от величины СВЧ-мощности в тракте и различных дестабилизирующих факторов условий применения симметричного мультивибратора и стабилизатора СВЧ-мощности в целом. Длительность второго импульса τ зависит только от дестабилизирующих факторов, т.к. пленочные болометры 2, 3 конструктивно располагаются в идентичных условиях применения, но второй пленочный болометр не подвергается воздействию СВЧ-мощности. В предлагаемом устройстве термочувствительные пленки болометров 2, 3 являются времязадающими резисторами симметричного мультивибратора 1, а поглощающая пленка болометра 2 служит согласованной нагрузкой СВЧ-тракта. При заданном уровне СВЧ мощности изменяется соответствующим образом сопротивление термочувствительной пленки, и длительность τ при этом равна
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>к</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
где: - к - const,
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub></mrow>
- сопротивление термочувствительной пленки болометра 2,
1
C - емкость соответствующей времязадающей цепи мультивибратора 1.
2
2
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub></mrow>
Длительность второго импульса τ определяется величиной сопротивления
термочувствительной пленки болометра 3 и емкостью C другой времязадающей цепи и равна
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>к</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>C</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
.
2
Выравнивание длительностей при заданном уровне СВЧ-мощности достигается в симметричном мультивибраторе 1 перестройкой конденсатора С, либо путем подогрева поглощающей пленки болометра 3 с помощью отдельного источника тока.
1
2
1
2
В нечетные периоды следования импульсов с выхода мультивибратора 1 первый импульс τ поступает на суммирующий вход счетчика 4 и вход анализирующего устройства 5. При этом анализирующее устройство 5 подключает выход генератора импульсов 12 ко входу счета счетчика 4. Во время импульса счетчик 4 суммирует импульсы генератора 12, во время импульса τ - вычитает. В четные периоды при поступлении первого импульса τ, анализирующее устройство 5 подключает выход генератора импульсов 12 к сигнальному входу преобразователя код-частота импульсов 8. В зависимости от знака и величины отключения СВЧ-мощности от заданного уровня, характеризуемых знаковыми и разрядными выходами счетчика 4, с выхода преобразователя код-частота импульсов через соответствующую схему "И" 6 или 7 на суммирующий или вычитающий входы счетчика 9 поступают импульсы с соответствующей частотой. При этом разрядные выходы реверсивного счетчика 9 через преобразователь код-аналог 10 соответствующим образом воздействуют на управляющий вход электрически управляемого аттенюатора 11. При поступлении импульса τ, двухсторонний реверсивный счетчик 4 устанавливается этим импульсом через анализирующее устройство 5 в "0".
Использование в предлагаемом устройстве симметричного мультивибратора с пленочными болометрами во времязадающих цепях, один из которых одновременно включен в СВЧ-тракте; преобразователя код-частота импульса и двухстороннего реверсивного счетчика, реализующих, в конечном счете, преобразование величины отклонения мощности СВЧ от заданной в код этого отклонения и его знак, открывает принципиальную возможность достижения больших точностей процесса стабилизации СВЧ-мощности с соответствующим быстродействием этого процесса. Это выгодно отличает от прототипа, которому всегда будут присущи ограничения, связанные с тем, что получение информации о величине СВЧ-мощности и передача ее к аналого-цифровому преобразователю производится аналоговыми средствами, погрешность которых в условиях применения аппаратуры обычно составляют не менее 1 дБ и может быть снижена только ценой значительного усложнения и удорожания аппаратуры. Предполагаемый стабилизатор СВЧ-мощности может быть использован в измерительной аппаратуре и радиоэлектронных устройствах СВЧ, где требуется точность процесса стабилизации не хуже 0,1-0,5 дБ.
Макет предлагаемого устройства, используемый в составе автоматизированного измерительного комплекса для высокоточных измерений характеристик ФАР, обеспечил точность стабилизации уровня СВЧ мощности не хуже 0,05 дБ.