ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СВЧ СИГНАЛА

Полезная модель относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для использования в различных радиотехнических устройствах для измерения частоты, регистрации импульсов и индикации изменения частоты.
Известен частотомер СВЧ диапазона (Патент РФ №2289141, МПК GOIR23/04, опубл. 10.12.2006), содержащий отрезок коаксиального кабеля, два диода, два операционных усилителя, цепь отрицательной обратной связи, аналоговый перемножитель и индикатор.
Недостатками данного устройства является отсутствие режима работы с импульсными сигналами и ограниченность верхней границы частотного диапазона 12 ГГц (максимальный диапазон стандартных коаксиальных кабелей и устройств коммутации).
Наиболее близким по технической сущности является устройство индикатор поля - частотомер излучений радиодиапазона сверхвысоких частот (Патент РФ №2308040, МПК 7 GOIR 23/04, G01R 29/08, опубл. 10.10.2007), содержащий в качестве дисперсионного элемента отрезок коаксиального кабеля, согласованный на входе и выходе, две идентичные цепочки последовательно соединенных диодов, усилителей постоянного тока и аналогово-цифровых преобразователей, вычислитель и индикатор частоты сигнала. При этом выходы диодов однополярно подключены к выходу и входу отрезка коаксиального кабеля. Выходы усилителей постоянного тока дополнительно нагружены на светоизлучающие индикаторы, а выходы аналогово-цифровых преобразователей, синхронизированных между собой каналом, подключены к входам вычислителя, выход которого подключен ко входу цифрового индикатора частоты.
Недостатками устройства является ограничение максимальной измеряемой частоты верхней частотной границей коаксиального кабеля, а также сложность подключения устройства к волноводным трактам.
Технической задачей полезной модели является повышение границы частотного диапазона устройства и вычисление изменения частоты исследуемого сигнала.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей без уменьшения точности измерения и увеличения габаритов устройства.
Измеритель частоты СВЧ сигнала, содержащий дисперсионный элемент, к началу и к концу которого подсоединены две идентичные цепочки последовательно соединенных диодов, усилителей постоянного тока и аналогово-цифровых преобразователей, синхронизированные каналом друг с другом и подключенные к входам вычислителя, выход которого подключен к входу цифрового индикатора частоты, он снабжен цифровым индикатором изменения частоты, а дисперсионный элемент выполнен в виде диэлектрического стержня, заключенного между металлическими параллельными пластинами, диэлектрический стержень имеет пирамидальную форму со стороны металлического волноводного фланца и скос с противоположной стороны, на который установлена согласованная нагрузка, широкая сторона волноводного фланца перпендикулярна металлическим параллельным пластинам, а уровни металлического волноводного фланца и металлических параллельных пластин плавно сопряжены между собой по внутренней поверхности, металлические штыри размещены симметрично посередине между металлическими параллельными пластинами, пронизывая насквозь диэлектрический стержень и подключены к катодам диодов каждой идентичной цепочки, вычислитель выполнен с дополнительным калибровочным входом, один выход вычислителя подключен к цифровому индикатору частоты, а другой его выход подключен к цифровому индикатору изменения частоты.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема измерителя частоты СВЧ сигнала, на фиг. 2 (вид сбоку) и физ. 3 (вид сверху) изображена конструкция дисперсионного элемента на базе неизлучающего диэлектрического волновода, на фиг.4 показана зависимость коэффициента передачи дисперсионного элемента от частоты.
Измеритель частоты СВЧ сигнала содержит дисперсионный элемент 1, диоды 2 и 3, усилители постоянного тока (УПТ) 4 и 5, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6 и 7, канал синхронизации 8 аналого-цифровых преобразователей 6 и 7, вычислитель 9, цифровой индикатор частоты 10 и цифровой индикатор изменения частоты 11. Дисперсионный элемент 1 выполнен в виде диэлектрического стержня 12, заключенного между металлическими параллельными пластинами 13 и 14. Диэлектрический стержень 12 имеет пирамидальную форму со стороны металлического волноводного фланца 15, и скос с противоположной стороны, на который установлена согласованная нагрузка 16. Широкая сторона фланца 15 перпендикулярна металлическим параллельным пластинам 13 и 14, а уровни металлического волноводного фланца 15 и металлических параллельных пластин 13 и 14 плавно сопряжены между собой по внутренней поверхности. Подключенные к катодам диодов 2 и 3 штыри 17 и 18 находятся строго симметрично посередине между металлическими параллельными пластинами 13 и 14, пронизывая насквозь диэлектрический стержень 12.
Измеритель частоты СВЧ сигнала работает следующим образом.
Измеряемый сигнал СВЧ поступает на вход дисперсионного элемента 1, в начале дисперсионного участка установлен металлический штырь 17 с подключенным к нему диодом 2, в конце участка - металлический штырь 18 с подключенным к нему диодом 3, а также согласованная нагрузка 16 для компенсации отражения от конца дисперсионного элемента. Сигнал в первой цепочке с диода 2 поступает в УПТ 4, а затем на АЦП 6. Сигнал во второй цепочке с диода 3 поступает в УПТ 5, а затем на АЦП 7. АЦП 6 и 7 синхронизированы каналом 8 друг с другом. Цифровые сигналы с АЦП 6 и 7 поступают на вычислитель 9, где с учетом начальных данных, поступивших с входа 3 «Калибровка» вычислителя, вычисляется текущая частота (Выход 1) и изменение частоты по сравнению с предыдущим значением (Выход 2). Вычислитель на первом шаге производит чтение текущих данных из АЦП на входах 1 и 2, на втором шаге вычисляет отношение значений, полученных с первой и второй цепочек, на третьем шаге проводится расчет частоты с помощью интерполяции табличных значений, загруженных в вычислитель через вход 3 «Калибровка», на четвертом шаге производится сравнение частоты на предыдущем шаге и текущей частоты, и на выходе 2 появляется значение разности частот. Цифровые индикаторы 10 и 11 служат для индикации вычисленных значений частоты и изменения частоты соответственно.
Дисперсионный элемент 1 выполнен в виде неизлучающего диэлектрического волновода, размеры и материал которого определяют вид дисперсионной кривой. Конструкция дисперсионного элемента 1 такова, что в неизлучающем волноводе сформирована распространяющаяся волна, электрические силовые линии которой параллельны металлическим параллельным пластинам 13 и 14. Частотный диапазон измерителя частоты определяется диэлектрической проницаемостью стержня 12 и расстоянием между металлическими параллельными пластинами 13 и 14.
Устройство обладает той же точностью измерения, что и металлические резонансные частотомеры, применяемые в лабораторной технике; при этом время измерения частоты значительно сокращается, появляется возможность подключать устройство к волноводным трактам без дополнительных переходов, в зависимости от параметров дисперсионного элемента подбирать диапазон работы устройства.
Измеритель частоты СВЧ сигнала может быть выполнен из типовых элементов и модулей в соответствии с назначением и областью использования объекта. В качестве вычислителя могут быть использованы как дискретные элементы, так и сигнальные процессоры. Скорость вычисления изменения частоты зависит от быстродействия процессора вычислителя.
Использование полезной модели позволяет расширить функциональные возможности без уменьшения точности измерения и увеличения габаритов устройства.