ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ СВЧ МОЩНОСТИ
PULSED MICROWAVE POWER METER

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения СВЧ мощности.
Известные измерители СВЧ мощности состоят из приемного СВЧ преобразователя и низкочастотного измерителя (см., например, М.И. Билько и др., ″Измерение мощности на СВЧ″, М., ″Сов. радио″, 1976, разд. 1.2, рис. 1.4, 1.5).
Общим недостатком известных измерителей СВЧ мощности является низкая помехоустойчивость, что приводит к искажению результатов измерений, особенно при измерении больших уровней мощности, которые стали использоваться сравнительно недавно.
В упомянутых измерителях импульсной СВЧ мощности, состоящих из приемного СВЧ преобразователя и низкочастотного измерителя, часто пользуются методом вольтметра, измеряя напряжение на выходе приемного СВЧ преобразователя, амплитуда которого пропорциональна измеряемой мощности (см., например, М.И. Билько и др., ″Измерение мощности на СВЧ″, М., ″Сов. радио″, 1976, разд. 2.5, 4.1).
Такие измерители также обладают низкой помехоустойчивостью из-за наводок по низкочастотным цепям в момент излучения СВЧ энергии.
Наиболее близким к предлагаемому является измеритель СВЧ мощности по авторскому  свидетельству СССР №752180, содержащий последовательно соединенные диодный преобразователь (приемный СВЧ преобразователь), автокомпенсационный преобразователь и анализирующее устройство (низкочастотный измеритель напряжения).
В диодном преобразователе СВЧ энергия преобразуется в импульсное напряжение (огибающая СВЧ сигнала), амплитуда которого пропорциональна измеряемой импульсной мощности.
В низкочастотном измерителе напряжения импульсное напряжение преобразуется в постоянное, которое может быть измерено непосредственно измерительным прибором, либо использовано в системе автоматизированного контроля.
Этот измеритель импульсной СВЧ мощности выбран в качестве прототипа.
Одним из основных недостатков прототипа является низкая помехоустойчивость, вызванная наводками в низкочастотных цепях, в основном цепях питания, в момент излучения СВЧ энергии и во время затухания переходных процессов (порядка единиц микросекунд).
При небольших и средних уровнях измеряемой импульсной СВЧ мощности повышения помехоустойчивости на практике добиваются рациональным размещением измерителя в приборе, иногда для каждого комплекта индивидуально, экранировкой цепей питания, фильтрацией, рациональной прокладкой кабелей питания и синхронизации и т.д.
При измерении больших уровней импульсной СВЧ мощности сложность обеспечения необходимой помехоустойчивости существенно возрастает, т.к. вышеперечисленные методы не дают положительного результата.
Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости при измерении больших уровней импульсной СВЧ мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в измеритель импульсной СВЧ мощности, содержащий приемный СВЧ преобразователь и низкочастотный измеритель напряжения, введены входной ключ, устройство хранения информации, выходной ключ, элемент связи, выпрямитель, устройство задержки, формирователь строба, которые вместе с приемным СВЧ преобразователем образуют экранированный СВЧ модуль. При этом вход элемента связи является входом СВЧ модуля, прямой выход элемента связи подключен к выпрямителю, а ответвленный выход - к приемному СВЧ преобразователю, выход которого соединен с устройством хранения информации и информационным входом входного ключа, выход которого соединен с корпусом. Выход устройства хранения информации подключен к информационному входу выходного ключа, выход которого соединен с информационным входом низкочастотного измерителя напряжения. Выход выпрямителя подключен к управляющему входу выходного ключа и устройству задержки, выход которого соединен с формирователем строба, подключенным к управляющему входу входного ключа.
Дальнейшее повышение помехоустойчивости может быть достигнуто тем, что измеритель импульсной СВЧ мощности содержит устройство блокировки и выполнен с дополнительным входом синхроимпульса, совпадающего по времени с импульсом запуска передатчика, к которому подключен вход устройства блокировки. Выход устройства блокировки подключен к одной из цепей низкочастотного измерителя напряжения, выполненной с возможностью блокировки.
Использование перечисленных отличительных признаков со связями между ними в других аналогичных устройствах для повышения помехоустойчивости авторам неизвестно.
Таким образом, суть настоящего предложения заключается в том, что измерение импульсной СВЧ мощности производится в то время, когда действие помех и наводок уже закончено. Это происходит: во-первых, за счет запоминания информации, характеризующей измеряемую импульсную СВЧ мощность, и хранения ее на время действия наводок и помех, причем питание устройств, реализующих запоминание и хранение информации, производится за счет использования части СВЧ энергии (от выпрямителя), что позволяет не вводить в СВЧ модуль провода питания, на которые и наводятся помехи, и тем самым обеспечивается высокая степень экранировки СВЧ модуля;
во-вторых, цепи низкочастотного измерителя напряжения блокируются и открываются для измерения только после окончания времени, задаваемого устройством блокировки, и заведомо большего времени действия помех и наводок.
Изобретение иллюстрируется чертежами Фиг. 1 ÷ Фиг. 5, на которых изображены:
на фиг. 1 - структурная схема предлагаемого устройства;
на фиг. 2 - временная диаграмма работы предлагаемого устройства;
на фиг. 3 - структурная схема низкочастотного измерителя напряжения;
на фиг. 4 - структурная схема устройства блокировки;
на фиг. 5 - пример принципиальной схемы СВЧ модуля.
Предлагаемый измеритель импульсной СВЧ мощности состоит из (см. фиг. 1) экранированного СВЧ модуля 1, низкочастотного измерителя напряжения 2 и устройства блокировки 3.
СВЧ модуль 1 состоит из элемента связи 4, приемного СВЧ преобразователя 5, входного ключа 6, устройства хранения информации 7, выходного ключа 8, выпрямителя 9, устройства задержки 10 и формирователя строба 11.
Вход элемента связи 4 является входом СВЧ модуля 1, прямой его выход подключен к выпрямителю 9, а ответвленный - к приемному СВЧ преобразователю 5. Выход приемного СВЧ преобразователя 5 соединен с информационным входом входного ключа 6, выход которого соединен с корпусом, и с входом устройства хранения информации 7, выход которого подключен к информационному входу выходного ключа 8.
Выход выпрямителя 9 подключен к управляющему входу выходного ключа 8 и входу устройства задержки 10, которое через формирователь строба 11 соединено с управляющим входом входного ключа 6. Выход выходного ключа 8 соединен с информационным входом низкочастотного измерителя напряжение 2, к управляющему входу которого подключено устройство блокировки 3.
Измеритель выполнен с дополнительным входом синхроимпульса, с которым соединен вход устройства блокировки 3.
Элемент связи 4 предназначен для разделения СВЧ энергии на две неравные части: меньшая используется для измерения, а большая - для формирования питающего напряжения. Выполнен, например, в виде периодического шлейфного ответвителя с переходным ослаблением порядка 10 дБ (см. ″Конструирование и расчет полосковых устройств″ под ред. И.С. Ковалева, М., ″Сов. радио″, 1974, стр. 159). На фиг. 5 изображен в виде элемента Э1.
Приемный СВЧ преобразователь 5 предназначен для преобразования СВЧ энергии в электрический сигнал, например, импульсное напряжение, доступный для измерения низкочастотными устройствами, и выполнен, например, в виде детекторной секции, состоящей из приведенных на фиг. 5 СВЧ диода Д1, конденсатора С1 и резистора R1 (см. М.И. Билько и др., ″Измерение мощности на СВЧ″, М., ″Сов. радио″…, 1976, стр. 71).
Входной 6 и выходной 8 ключи предназначены для обеспечения ключевого режима прохождения информации и выполнены, например, на полевых транзисторах типа 2П103Е (см. С.В. Куликов, ″Импульсные измерительные преобразователи″, М., ″Энергия″, 1974, стр. 28, рис. 6В, а также Л. Севин, ″Полевые транзисторы″, под ред. Мазеля, М., ″Сов. радио″, 1968, стр. 136).
На фиг. 5 - транзисторы Т1 и Т2.
Устройство хранения информации 7 предназначено для запоминания и хранения информации и выполнено, например, на представленном на фиг. 5 накопительном конденсаторе С4 и разделительном диоде Д4 типа 2Д522 (см. П. Гарет, ″Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ″, М., ″Мир″, 1981, стр. 142).
Выпрямитель 9 предназначен для преобразования СВЧ энергии в напряжение питания элементов СВЧ модуля 1 и выполнен, например, по схеме удвоения напряжения из представленных на фиг. 5 СВЧ диодов Д2, Д3 и конденсаторов С2, С3 (см. ″Источники электропитания РЭА″, под ред. Найвельта, М., ″Радио и связь″, 1985, стр. 123, 124).
Устройство задержки 10 предназначено для задержки во времени входного сигнала и выполнено, например, по схеме пассивного интегратора из представленных на фиг. 5 резистора R2 и конденсатора С5 (см. А.А. Чесноков ″Решающие усилители″, Л., ″Энергия″, 1969, стр. 42, рис. 19).
Формирователь строба 11 предназначен для выработки строб-импульса заданной длительности и выполнен на двух полевых транзисторах типа 2П103Е (Т3, Т4 на фиг. 5) и времязадающей цепочке из указанных на фиг. 5 резисторов R3, R4 и конденсатора С6 (см. С.В. Куликов ″Импульсные измерительные преобразователи″, М., ″Энергия″, 1974, стр. 28, а также А.А. Чесноков, ″Решающие усилители″, Л., ″Энергия″, 1969, стр. 39, рис. 14).
Таким образом, СВЧ модуль 1 конструктивно представляет собой плату с размещенными на ней элементами, указанными в фиг. 5, и помещенную в экранированный корпус.
Низкочастотный измеритель напряжения 2 предназначен для преобразования входного импульсного сигнала в квазипостоянный уровень с дальнейшим измерением его амплитуды и выполнен по авт. свид. СССР №898335 ″Преобразователь импульсных сигналов в постоянное напряжение″. Структурная схема приведена на рис. 3.
Устройство блокировки 3 предназначено для блокирования низкочастотного измерителя напряжения 2 на время действия помех и наводок и состоит, например, из (см. фиг. 4):
- формирователя импульса 17, предназначенного для согласования цепей и выполненного, например, по схеме эмиттерного повторителя на микросхеме серии 218-218УЭ2 (см. ″Краткий информационный справочник. Интегральные микросхемы″., т. 2, ЦНИИ ″Румб″, 1970, стр. 25);
- устройства задержки 18, предназначенного для получения заданного сдвига относительно синхроимпульса и выполненного, например, по схеме ждущего мультивибратора на микросхеме серии 218-218ГФ2 (см. ″Краткий информационный справочник. Интегральные микросхемы″, т. 2, ЦНИИ ″Румб″, 1970, стр. 41);
- формирователя строба 19, предназначенного для получения строб-импульса заданной длительности и выполненного, например, по схеме ждущего мультивибратора на микросхеме серии 218-218ГФ2 (см. ″Краткий информационный справочник. Интегральные микросхемы″, т. 2, ЦНИИ ″Румб″ 1970, стр. 41).
Измеритель импульсной СВЧ мощности работает следующим образом:
СВЧ сигнал поступает в СВЧ модуль 1 на вход элемента связи 4, где разветвляется и по ответвленному выходу часть СВЧ энергии направляется в приемный СВЧ преобразователь 5 для дальнейшего преобразования и измерения, а по прямому выходу СВЧ энергии поступает на выпрямитель 9 для формирования напряжения питания устройств СВЧ модуля 1.
На выходе приемного СВЧ преобразователя 5 образуется огибающая СВЧ сигнала (см. фиг. 2), в начале и в конце которой, как правило, имеются выбросы по амплитуде, определяемые переходными процессами, а между ними - стационарный участок. Для выделения стационарной части огибающей служит входной ключ 6. При отсутствии напряжения на его управляющем входе входной ключ 6 открыт и шунтирует сигнал на выходе приемного СВЧ преобразователя 5. Управление входным ключом 6 осуществляет формирователь строба 11. Напряжение с выхода выпрямителя 9 задерживается устройством задержки 10 на время, в течение которого существуют выбросы амплитуды в начале огибающей СВЧ сигнала, после чего формирователь строба 11 вырабатывает строб-импульс, длительность которого соответствует длительности стационарной части огибающей. Этот строб-импульс поступает на управляющий вход входного ключа 6, он закрывается на время действия строб-импульса и стационарная часть огибающей СВЧ сигнала запоминается в устройстве хранения информации 7. После окончания строб-импульса входной ключ 6 открывается и шунтирует задний фронт огибающей СВЧ сигнала.
При появлении напряжения на выходе выпрямителя 9 оно поступает на управляющий вход выходного ключа 8 и он закрывается, разрывая цепь между выходом устройства хранения информации 7 и выходом СВЧ модуля 1.
Когда напряжение на выходе выпрямителя 9 уменьшится до уровня открывания выходного ключа 8 (а это время заведомо больше времени действия помех и переходных процессов), последний открывается и сигнал с выхода устройства хранения 7 поступает на выход СВЧ модуля 1.
При очередном поступлении СВЧ сигнала на вход СВЧ модуля 1 процесс повторяется.
Несмотря на то что информация с выхода СВЧ модуля 1 поступает на информационный вход низкочастотного измерителя напряжения 2 уже после окончания действия помех и переходных процессов, результаты измерения могут оказаться недостоверными, т.к. помехи на входе низкочастотного измерителя напряжения 2 могут быть восприняты им как полезный сигнал и измерены. Для исключения подобного явления низкочастотный измеритель напряжения 2 блокируется и открывается для измерения только по сигналу устройства блокировки 3.
Синхроимпульс, совпадающий во времени с импульсом запуска передатчика, задерживается в устройстве блокировки 3 на время превышающее время действия помех и переходных процессов. После окончания этого времени в устройстве блокировки 3 вырабатывается строб-импульс, поступающий на управляющий вход низкочастотного измерителя напряжения 2, открывая его для измерения входного сигнала. Длительность строб-импульса выбрана достаточной для обеспечения процесса измерения.
В том случае, если вместо синхроимпульса на вход устройства блокировки 3 поступит сигнал помехи, устройство блокировки 3 запустится этим сигналом и строб-импульс на его выходе появится через время, также превышающее время действия помехи и переходных процессов.
В результате, измеряется амплитуда только стационарной части огибающей СВЧ-сигнала, причем сигнал для измерения выдается из СВЧ модуля 1 только после окончания действия помех и переходных процессов.
Низкочастотный измеритель напряжения 2 также блокирован на время действия помех и переходных процессов и, более того, сигнал помехи, пришедший на вход устройства блокировки 3, сам и запускает его, и время открывания низкочастотного измерителя напряжения 2 отсчитывается от времени прихода сигнала помехи на вход.
Благодаря этому помехоустойчивость предлагаемого устройства по сравнению с прототипом повышается на 2-3 порядка.