УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенным для управляемого дискретного ослабления уровня (мощности) сигналов высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов. Устройство предназначено для внесения задаваемого оператором затухания в тракт распространения высокочастотных (ВЧ) или сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов и преимущественно применяется в измерительных целях при разработке, отладке, производстве и исследовании СВЧ - устройств.
Из уровня техники известен ограничитель мощности, содержащий полевой транзистор с барьером Шоттки и детекторный диод с барьером Шоттки, при этом в устройство введена цепь постоянного тока, состоящая из нагрузочного сопротивления, подключаемого параллельно детекторному диоду через развязывающий дроссель (RU 2020661 C1, Н01Р 1/22, 30.09.1994).
Также из уровня техники известен СВЧ - ограничитель, содержащий отрезок несимметричной микрополосковой линии передачи и два включенных в противофазе диода. Причем в разрыв отрезка несимметричной микрополосковой линии передачи включен введенный отрезок двухпроводной линии передачи, в одном сечении которого установлены диоды, каждый из которых одним выводом подключен к переходу с несимметричной микрополосковой на двухпроводную линию передачи, а другим - к переходу с двухпроводной на несимметричную микрополосковую линию передачи (RU 2025838 C1, Н01Р 1/22, 30.12.1994).
Также из уровня техники известен диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала, содержащий входную и выходную линии передачи, между которыми
расположены каскадно соединенные системы микрополосковых линий, шунтированных ограничительными диодами, и цепь постоянного тока диодов. Системы микрополосковых линий выполнены в виде резонатора на n=2, 3 … связанных линиях длиной (0,75-1,25) полуволны в связанных микрополосковых линиях. Каждая связанная линия шунтирована, по крайней мере, одним ограничительным диодом, установленным на расстоянии, близком к четверти длины волны от одного из концов резонатора. Сумма волновых проводимостей связанных линий больше волновой проводимости как входной, так и выходной линий (RU 2258278 C2, Н01Р 1/22, 10.03.2005).
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, состоит в повышении удобства использования и обеспечении вариабельности управления устройством для изменения уровня высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов, а также возможности его программирования посредством компьютера.
Эта задача решается за счет того, что устройство для изменения уровня высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов, включает соединенные в электрическую цепь модуль внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов, модуль управления, средство ввода данных, модуль отображения степени вносимого затухания, автономный источник питания.
Средство ввода данных может представлять собой клавиатуру, например, сенсорного типа.
Средство ввода данных может представлять собой, по меньшей мере, одну кнопку, а, предпочтительно, не менее двух кнопок.
Модуль внесения затухания, преимущественно, оснащен входом и выходом высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов, предпочтительно, с разъемом типа SMA.
Модуль внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов может представлять собой, по меньшей мере, один аттенюатор.
Предпочтительно, что модуль внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов состоит из двух цифровых управляемых аттенюаторов, соединенных между собой.
Предпочтительно, что составляющие устройства размещены в одном корпусе.
Часть корпуса, в которой размещен модуль внесения затухания, может быть экранирована для исключения влияния внешних полей на упомянутый модуль, а также для исключения влияния входящего СВЧ сигнала непосредственно на выход модуля внесения затухания.
Предпочтительно, что модуль управления включает, по меньшей мере, микроконтроллер.
Модуль управления, преимущественно, выполнен с возможностью соединения с компьютером, для чего он оснащен разъемом USB, предпочтительно, разъемом mini-USB.
Предпочтительно, что модуль управления выполнен с возможностью получения электропитания для обеспечения его работы и/или подзарядки автономного источника питания от разъема компьютера.
Автономный источник питания может представлять собой аккумуляторную батарею.
Устройство дополнительно может быть оснащено источником питания.
Модуль отображения степени внесенного затухания, предпочтительно, представляет собой дисплей, например, жидкокристаллический.
Устройство может быть дополнительно оснащено индикатором подключения к разъему USB, предпочтительно, светоизлучающим диодом.
Предпочтительно, что модуль управления, средство ввода данных, модуль отображения степени внесенного затухания, автономный источник питания размещены на одной печатной плате и/или соединены с ней, кроме того, на плате дополнительно размещены и/или соединены с ней разъем USB, конвертор напряжения для обеспечения заряда аккумулятора от шины USB, тумблер отключения автономного источника питания, индикатор подключения к компьютеру в виде светоизлучающего диода, при этом модуль отображения степени вносимого затухания выполнен в виде жидкокристаллического дисплея, средство ввода данных представляет собой, по меньшей мере, два сенсорных датчика, а модуль внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов соединен с печатной платой модуля управления через разъем по последовательному интерфейсу и состоит из двух цифровых управляемых аттенюаторов, соединенных между собой.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является значительное повышение удобства использования устройством
Устройство поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства.
На фиг.2 изображен вид сверху на устройство.
На фиг.3 изображен вид с торца.
Устройство для изменения уровня высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов включает соединенные между собой модуль 1 внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов, модуль 2 управления, средство 3 ввода данных, модуль 4 отображения степени вносимого затухания. Также устройство включает автономный источник 5 питания, предпочтительно, аккумулятор.
Модуль 2 управления, средство 3 ввода данных, модуль 4 отображения степени вносимого затухания, автономный источник питания (аккумулятор) размещены на одной печатной плате 6 и/или соединены с ней. Модуль 2 управления выполнен с возможностью подключения к компьютеру (ЭВМ), и содержит размещенные на печатной плате 6 и соединенные между собой микроконтроллер 7, оснащенный энергонезависимой памятью (условно не показана), разъем 8 USB, конвертор напряжения для обеспечения заряда аккумулятора от шины USB (условно не показан). Кроме того, на печатной плате 6 модуля 2 управления могут быть размещены и/или соединены с ней тумблер 9 отключения автономного источника питания, а также светодиодный индикатор 10 (светоизлучающий диод), сообщающий о подключении устройства к компьютеру через разъем USB.
Модуль 4 отображения степени вносимого затухания (далее модуль отображения) выполнен в виде жидкокристаллического дисплея. Средство 3 ввода данных представляет собой, по меньшей мере, две сенсорных кнопки 11 или клавиатуру.
Модуль 1 внесения затухания высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов соединен с печатной платой 6 модуля 2 управления через разъем (условно не показан) по последовательному интерфейсу 12 и состоит из двух цифровых управляемых, последовательно соединенных между собой аттенюаторов 13.
Аттенюаторы 13 представляют собой интегральные микросхемы (например, типа НМС624). Микросхемы припаяны на печатную плату 6 выполненную из СВЧ-материала (например, Rogers) и помещены в отдельный экранирующий металлический корпус 14. При этом модуль 1 внесения затухания оснащен входом 15 и выходом 16 сигналов, которые, предпочтительно, выполнены в виде разъемов SMA. Компоненты модуля 1 внесения затухания экранированы для исключения влияния внешних полей на упомянутый модуль, а также для исключения влияния входящего сверхвысокочастотного или высокочастотного сигнала непосредственно на выход модуля внесения затухания.
Все перечисленные компоненты устройства размещены в одном корпусе 17.
Устройство работает следующим образом. После подачи питания модуль 2 управления устанавливает значение затухания, заданное по умолчанию, и выводит его на модуль 4 отображения степени вносимого затухания. Затем производится опрос средства 3 ввода данных (клавиатуры или сенсорных кнопок 11) и интерфейса USB для подключения к компьютеру. При нажатии «минусовой» сенсорной кнопки 11 или клавиши уменьшения затухания на клавиатуре (на чертежах не показано) модуль 2 управления вносит затухание, создаваемое устройством в сторону уменьшения на один шаг (дискрет) и отображает новое значение затухания на модуле 4 отображения степени вносимого затухания. При нажатии «плюсовой» сенсорной кнопки 11 или клавиши увеличения затухания на клавиатуре модуль 2 управления увеличивает затухание, вносимое устройством в тракт распространения СВЧ-сигнала на один шаг (дискрет).
Устройство также может управляться от компьютера после установки соответствующих драйверов и определения устройства операционной системой компьютера. В этом случае устройство подключается к компьютеру по стандартному интерфейсу компьютера для подключения внешних устройств, которым в предпочтительном случае является интерфейс USB. По этому интерфейсу от компьютера через разъем USB в модуль управления 2 могут поступать команды на установку конкретного значения затухания, после чего модуль 2 управления преобразует его в код и передает на устройство внесения затухания.
Таким образом, устройство может работать в двух основных режимах:
- режиме ручного управления,
- режиме управления от компьютера (по шине USB).
В режиме ручного управления изменение уровня вносимого затухания сигнала производится с помощью двух сенсорных кнопок 11, одна из которых - «минусовая» расположена с левой стороны поля ручного управления, а другая «плюсовая» расположена справа поля ручного управления.
При питании от шины USB изменение уровня ослабления сигнала может производиться с помощью пересылки команд от компьютера с установленным числовым значением этого ослабления, кроме того, при этом может осуществляться зарядка аккумулятора.
В режиме ручного управления, когда питание от шины USB не поступает, устройство запитывается от встроенного аккумулятора при установке ручки тумблера 9 в положение «от разъема USB». При установке ручки тумблера в положение «к разъему USB» аккумулятор отключается.
Для отображения уровня вносимого затухания сигнала служит модуль 4 отображения, предпочтительно, выполненный в виде четырехпозиционного жидкокристаллического дисплея. Позиции жидкокристаллического дисплея, свободные от значащих цифр, заняты знаком подчеркивания. Мигание десятичной точки свидетельствует о разряженности аккумулятора. Краткое касание места расположения левой («минусовой») сенсорной кнопки приводит к уменьшению значения вносимого затухания на один дискрет, соответствующий, например, 0,5 дБ. Если не прерывать касание, то значение будет убывать по одному дискрету с постоянным темпом. Аналогично ослабление входного сигнала будет расти при касании места расположения правой («плюсовой») сенсорной кнопки 11. При достижении минимального и максимального значений уровень ослабления фиксируется. В случае одновременного касания обеих сенсорных кнопок 11 на модуле 4 отображения в течение нескольких секунд будет отображаться ориентировочное значение напряжения аккумулятора в вольтах. В ручном режиме управления работа устройства начинается после переключения тумблера в положение «от разъема USB» с установки исходного значения уровня вносимого затухания (например, 31,5 дБ). Текущее значение уровня ослабления сигнала, выводимое на модуль 4 отображения, не учитывает собственные потери устройства и потери в сигнальном кабеле.
Подсоединение к компьютеру посредством USB шины переводит работу устройства в режим управления от компьютера, при этом начинает светиться светодиодный индикатор 10, и устройство автоматически переходит в режим управления по интерфейсу USB.
Обмен компьютера с микроконтроллером устройства происходит четырехбайтовыми посылками. Первый байт задает команду. В наборе возможны команды: «считать состояние устройства», «записать ослабление», «считать ослабление», «перевести устройство в режим ручного управления без отсоединения от компьютера». Значение уровня вносимого затухания задается вторым байтом, причем два последних байта являются резервными. Значение уровня ослабления задается кодом, минимальное ослабление (0 дБ на модуле 4 отображения) соответствует уровню собственных вносимых потерь в устройстве и в подключенных кабелях.
На каждую посылку, принятую от компьютера, модуль 2 управления устройства отвечает посылкой из четырех байтов, первым из которых является командный (повторяющий командный байт от компьютера), второй и третий содержат значения управляющих кодов отдельно для каждой из интегральных микросхем аттенюаторов, в последнем находится байт с битами - индикаторами текущего состояния модуля 2 управления.
Для отображения текущего состояния устройства и уровня вносимого затухания сигнала, как и в режиме ручного управления, служит четырехпозиционный модуль 4 отображения в виде жидкокристаллического дисплея. Левая позиция может информировать о текущем состоянии устройства:
- в случае зарядки аккумулятора в этой позиции мигает знак «А»,
- в случае перехода в режим ручного управления без отсоединения от компьютера в этой позиции мигает знак «Р».
Переход к заряду аккумулятора происходит при касании и удержании в течение нескольких секунд «плюсовой» сенсорной кнопки 11. Прерывание заряда происходит при касании в течение нескольких секунд «минусовой» сенсорной кнопки 11. Для того, чтобы аккумулятор мог заряжаться, ручка тумблера 9 должна быть установлена в положение «от разъема USB» (аккумулятор подключается к цепи заряда). Длительность автономной непрерывной работы устройства зависит от емкости и степени заряженности аккумулятора и может составлять до нескольких суток. Длительность полной зарядки не превысит нескольких часов, если шина USB компьютера обеспечит ток не менее 250 мА. Менее мощная шина (порт) компьютера будет заряжать аккумулятор дольше. При этом за процедурой зарядки в модуле 2 управления следит микроконтроллер, который выключит ее, не позволив превысить максимальное допустимое значение напряжения на аккумуляторе.
Если питание происходит от шины USB без зарядки аккумулятора, касание в течение нескольких секунд «минусовой» сенсорной кнопки 11 переводит режим управления устройством из компьютерного в ручной. Возврат в режим управления от компьютера обеспечивается подачей команды по интерфейсу USB, изменяющей значение уровня вносимого затухания.
Работа устройства в режиме управления от компьютера начинается после подсоединения к компьютеру независимо от положения ручки тумблера 9. Отсоединение USB-кабеля переводит работу устройства в режим ручного управления, если тумблер стоит в положении «от разъема USB», или же приводит к выключению в противном случае.
Для обеспечения компьютерного управления устройством в комплект поставки включена библиотека, которая позволяет пользователю составлять собственные программы для своих приложений с функциями автоматизации работы устройства.
Программный модуль связи с устройством выполнен в виде библиотеки динамического подключения Win32 (dll). Он обеспечивает:
- логическое подключение к устройству и контроль наличия связи при подключении устройства к компьютеру через интерфейс USB;
- отправку и прием команд.
Полный набор возможностей компьютерного управления устройством
поддерживает управляющая программа с пользовательским интерфейсом для операционной системы Windows, входящая в состав поставляемого с устройством программного обеспечения.
При работе управляющая программа периодически опрашивает устройство с целью обновления отображаемого значения напряжения аккумулятора и текущего уровня затухания. Измененное значение вносимого затухания пересылается в устройство после нажатия на поле «Задать затухание».
При переводе устройства в режим ручного управления путем нажатия и продолжительного удерживания сенсорной зоны «минус» управляющая программа получает соответствующее сообщение и отображает его в своей экранной форме.
Таким образом, устройство для изменения уровня высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов может эффективно работать как в режиме ручного управления за счет оснащения его средством ввода данных и модулем отображения степени вносимого затухания, так и в режиме управления от компьютера, кроме того, появляется возможность автономной работы в условиях отсутствия источников питания за счет использования встроенного автономного источника питания (аккумулятора), а также возможность зарядки и программирования от компьютера за счет оснащения устройства модулем управления, что значительно повышает удобство пользования устройством и его возможности.