УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ и ФАЗЫ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ
Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может быть использовано для контроля параметров антенны в процессе работы передатчика, а также для измерения модуля и фазы коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны в тракте.
Известны оптоэлектронные устройства для контроля модуля и фазы коэффициента отражения от комплексной нагрузки, например, антенны. Ближайшим к заявляемому является устройство для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ элемента, описанное в авторском свидетельстве СССР №1737361 кл. G 01 R 27/06
Устройство-прототип содержит микрополосковую измерительную линию, подложка которой выполнена из материала с электрооптическим эффектом, СВЧ генератор, соединенный с входом измерительной линии, расположенные вдоль линии три датчика, каждый из которых содержит оптически связанные систему коллимирующих линз, вход которой является входом датчика, поляризатор, фазовую ячейку, анализатор и фотодетектор, выход которого является выходом датчика, причем вход каждого из датчиков через делитель света оптически связан с лазером через светоделитель, измерительная линия выполнена трехсекционной, причем первая и вторая секция выполнены из материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом, а третья секция - квадратичным, каждая из секций линии является фазовой ячейкой соответствующего по номеру датчика, а электрические длины секций на частоте СВЧ сигнала составляют соответственно 90, 180 и 360 градусов. Выход первого датчика через первый усилитель связан со вторыми входами первого сумматора и первого делителя напряжения, выход первого сумматора подключен к инвертирующему входу второго сумматора и первому входу второго делителя напряжения, ко второму входу второго сумматора через усилитель подключен выход третьего датчика, второй вход второго делителя напряжения соединен с выходом второго сумматора, при этом к выходу первого делителя напряжения подключен индикатор фазы, а к выходу второго делителя напряжения подключен индикатор модуля коэффициента отражения.
G 01 R 27/06
Недостатком устройства является то, что вычисление фазы коэффициента отражения выполняется по функции квадрата тангенса и, следовательно, может быть достоверно выполнено только при изменении фазы в пределах ±45° , кроме того, тангенс является разрывной функцией, и при значениях фазы коэффициента отражения близких к 90°измерения будут прерываться.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения фазы коэффициента отражения. Технический результат достигается за счет введения в устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения компаратора (сравнивающего устройства) и коммутатора, позволяющих вычислять фазу коэффициента отражения по функциям квадрата тангенса или котангенса, в зависимости от величины фазового набега.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения модуля и фазы коэффициента отражения от входа СВЧ-элемента
Устройство содержит источник когерентного света 1, делитель света 2, первый, второй и третий датчики 3-5, измерительную линию 6, СВЧгенератор 7, исследуе мый СВЧ-элемент 8, первый, второй и третий усилители 9, 10, 11, первый и второй делители 12, 13, первый и второй сумматоры 14, 15, индикатор 16 фазы и индикатор 17 модуля коэффициента отражения, сравнивающее устройство 18, коммутирующее устройство 9. Каждый из датчиков содержит систему коллимирующих линз 20, вход которой является входом датчика, поляризатор 21, фазовую ячейку 22, анализатор 23 и фотодетектор 24.
СВЧ-генератор 7 через измерительную линию 6, вдоль которой расположены датчики 3-5, связан с входом исследуемого элемента 8. Источник когерентного света 1 через делитель света 2 оптически связан с входом каждого из датчиков 3-5. В каждом датчике система коллимирующих линз 20 оптически связана с фотодетектором 24, анализатором 23, фазовой ячейкой 22 и поляризатором 21. Выходы датчиков 3,4 через усилители 10 и 11 электрически связаны с первым сумматором 14 и компаратором 18. Выход третьего датчика 5 через усилитель 9 связан с вторым сумматором 15, второй вход которого связан с выходом первого сумматора 14. Выходы сумматоров 14, 15 связаны с входами второго делителя 13, а выходы делителей 12 и 13 связаны соответственно с индикаторами 16 фазы и 17 модуля коэффициента отражения. Выход компаратора электрически связан с управляющим входом коммутатора 19 и управляющим входом индикатора фазы 16, а выходы коммутатора подключены ко входам делителя 12. Входы компаратора 18 и информационные входы коммутатора 19 подключены к выходам усилителей 10 и 11.
Делитель света 2 предназначен для деления светового луча на три луча равной интенсивности. Система, состоящая из поляризатора 21, фазовой ячейки 22 и анализатора 23 служит для получения на выходе фотодетектора 24 сигнала, пропорционального эффективному напряжению на электродах фазовой ячейки 22. Назначение остальных элементов устройства понятно из фиг. 1.
Устройство для измерения параметров сигнала, отраженного от входа СВЧ-элемента, работает следующим образом. После включения СВЧгенератора 7 вследствие частичного отражения от исследуемого СВЧэлемента 8 в секциях измерительной линии б устанавливается режим смещенных волн. Луч когерентного света, генерируемый лазером 1, в делителе света 2 делится на три луча равной интенсивности, которые поступают на оптические входы каждого датчика. После прохождения системы коллимирующих линз 20 и поляризатора 21 линейно поляризованный луч света поступает в фазовую ячейку 22, представляющую собой первую секцию измерительной линии б, свет в которой распространяется в направлении, -параллельном направлению распространения СВЧ-волны.
Поскольку диэлектрические подложки секций 22 измерительной линии б выполнены из кристаллов, обладающих электрооптическим эффектом, то после их прохождения в результате взаимодействия с СВЧ-сигналом эксцентриситет эллипса поляризации в них будет зависеть от эффективного напряжения вдоль кристалла. Анализатор 23 выделяет одну из ортогональных составляющих поляризации света, так что сигнал на выходе фотодетекторов 24 в датчиках 3, 4 будет пропорционален Эффективному напряжению Одфф.
Электрическая длина первой секции , поэтому сигнал с выхода первого датчика 3 будет пропорционален
U,Um4lp| P
где |р| и ф- соответственно модуль и фаза КО.
Электрическая длина второй секции , поэтому сигнал с выхода второго датчика 4 будет пропорционален
,
и,фф  уи(1-р)
и сигнал с выхода третьего датчика 5 будет равен
(l-|p)
Усилители 11, 10 и 9 имеют коэффициенты усиления 1, 4, и
соответственно.
В зависимости от того, какой из выходных сигналов усилителей 10 и 11 больше на выходе сравнивающего устройства 18 формируется управляющий сигнал для коммутатора 19, который переключает сигналы с усилителей 10 и 11 на входах делителя 12 таким образом, чтобы на выходе делителя 12 всегда получалось отношение по модулю меньще единицы. В итоге, если фаза коэффициента отражения лежит в пределах ±45°, то ее определение будет проходить в индикаторе 16 по функции квадрата тангенса.
В противном случае вычисление фазы будет выполняться по функции квадрата котангенса. Для переключения алгоритма вычисления фазы на управляющий вход индикатора 16 поступает сигнал с выхода сравнивающего устройства 18. На выходе первого делителя 12 формируется сигнал, пропорциональный квадрату тангенса или котангенса фазового угла коэффициента отражения (КО) , который поступает на индикатор 16 фазы коэффициента отражения и на нем индицируется фазовый угол КО - ф.
Поскольку тангенс имеет монотонный закон изменения в пределах ±45° , а котангенс в пределах 45°...135° и -135°...-45° , то всегда в заявляемом устройстве измерение фазы коэффициента отражения выполняется на самом благоприятном с точки зрения точности участке, и, тем самым, уменьщаются ошибки измерений и вероятность пропадания измерений при углах близких к 90°.
На выходе первого сумматора 14 формируется сигнал, равный
и - Ul + 4U2 f а сигнал на выходе второго сумматора 15 с одним инвертирующим входом будет равен
U  ,-4U2
Эти сигналы поступают на входы второго делителя 13, сигнал с выхода которого равен квадрату модуля коэффициента отражения.
тсМх