Экспериментальное исследование проходного детектора

Экспериментальное исследование проходного детектора

1 12 А.В. Андрианов , Д.Е. Губарев , А.Н. Зикий

1 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог 2 Южный Федеральный Университет, Таганрог

Аннотация: Описаны схема и конструкция детектора, работающего в диапазоне рабочих частот не менее чем от 1 до 1250 МГц. Проведено экспериментальное исследование частотной зависимости чувствительности по напряжению 5 а также амплитудная

характеристика на четырех частотах. Показано, что детектор обладает высокой равномерностью частотной характеристики и может быть использован в измерительной и приёмно-передающей аппаратуре.

Ключевые слова: проходной детектор, чувствительность по напряжению, амплитудная характеристика, неравномерность чувствительности по напряжению.

Проходные детекторы находят применение в измерителях проходящей мощности, в измерителях частотных характеристик, в цепях контроля приёмно-передающей аппаратуры, поэтому их исследование является актуальным [1-5].

Объектом исследования в данной работе является проходной детектор из комплекта прибора X1-42. К нему предъявляются следующие требования [6,7]:

- диапазон рабочих частот от 1 до 1250 МГц;

- чувствительность по напряжению Ва > 50 мв/мВт;

- неравномерность чувствительности в диапазоне рабочих частот не более ± 0,5 дБ;

- волновое сопротивление входа 50 Ом;

- типовое сопротивление нагрузки 1 кОм;

- динамический диапазон сигналов на входе детектора не менее 30-40

дБ.

Схема и конструкция

Схема детектора приведена на рис. 1. Фото детектора со снятой крышкой показано на рис. 2.

Детектор состоит из вилки и розетки типа III по ГОСТ 13317, соединенных между собой на печатной плате из стеклотекстолита. К точке их соединения припаян катодом детекторный диод. Анод детекторного диода соединен сбайонетным выходом и блокировочным конденсатором.

Минимальная длина проводников позволяет детектору работать в диапазоне рабочих частот от 1 до 1250 МГц с высокой равномерностью.

Эксперимент проводился на установке, структурная схема которой изображена на рис. 3. В качестве источника сигнала используется генератор стандартных сигналов типа ГСВЧ - 3000 в режиме НГ. В качестве индикатора выходного сигнала применён цифровой осциллограф с входным сопротивлением 1 МОм. Для приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации между выходом детектора с входом осциллографа установлена нагрузка 1,1 кОм. Свободный выход проходного детектора нагружен на согласованную нагрузку 50 Ом для обеспечения режима бегущей волны на входе детектора. Пределы измерений по диапазону частоты и входных мощностей определялись возможностями используемой измерительной аппаратуры (генераторы ГСВЧ-3000 и Г4-218/1).

Вход XI

Выход СВЧ

С1

VI Диод 2А201А

С1 - Конденсатор КМ-5в-М1500-510 пф ± 5%

/Xх2

Выход детектора

Рис. 1. Принципиальная схема детектора

Рис. 2. Детектор проходной со снятой крышкой

Рис. 3. Структурная схема измерительной установки

Таблица 1

Частотная характеристика детектора

Частота сигнала МГц Выходное напряжение при Рвх=100мкВт, мВ Выходное напряжение при Рвх=1мВт, мВ

100 -5,61 -66,3

200 -5,15 -65,3

300 -5,28 -64,5

400 -5,71 -62,7

500 -5,03 -63,5

600 -5,83 -63,1

700 -5,54 -67,1

800 -6,06 -65,5

900 -5,83 -67,6

1000 -6,25 -66,7

1100 -5,74 -66,8

1200 -6,91 -68,4

1300 -6,30 -70,6

1400 -6,81 -71,5

1500 -7,50 -76,1

1600 -7,32 -76,5

1700 -8,46 -80,2

1800 -7,49 -78,8

1900 -8,42 -77,3

2000 -9,20 -85,2

2100 -8,76 -82,2

2200 -10,4 -93,0

2300 -9,18 -81,9

2400 -10,9 -92,5

2500 -9,53 -86,5

260 -9,8 -84,1

2700 -12,4 -101

2800 -11,5 -98,3

2900 -11,6 -99,1

3000 -10,6 -95,5

Таблица 2

Амплитудные характеристики детектора

Рвх, дБм Цвых, мВ на Цвых, мВ на Цвых, мВ на Цвых, мВ на

1=100 МГц 1=500 МГц 1=1000 МГц 1=2000 МГц

-20 -1,61 -1,52 -1,65 -1,94

-18 -1,78 -1,77 -1,94 -2,40

-16 -2,16 -2,04 -2,32 -3,01

-14 -2,84 -2,62 -3,01 -3,93

-12 -3,84 -3,48 -4,13 -5,56

-10 -5,60 -5,05 -6,23 -9,14

-8 -8,75 -7,66 -9,62 -14,0

-6 -14,7 -13,1 -16,1 -23,4

-4 -24,7 -21,9 -26,0 -35,7

-2 -40,5 -39,5 -42,5 -58,2

0 -75,8 -72,9 -65,6 -84,1

2 -115 -110 -94,2

4 -166 -159 -139

6 -233 221 -195

8 -316 301 -265

10 -424 402 -355

12 -555 -525 -467

140 120 100

1 80

со §

3 60 оа

40

20

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3

Частота, ГГц

Выходное напряжение при Рвх=100мкВт ........ Выходное напряжение при Рвх=1мВт

Рис. 4. Частотные характеристики проходного детектора

Рис. 5. Амплитудные характеристики проходного детектора

Неравномерность чувствительности рассчитывалась по формуле (1):

геста

АВъ = 201д

Более высокочастотный проходной детектор описан в [8]. Проходные детекторы с большим динамическим диапазоном (до 23дБм) описаны в [9]. Они имеют диапазон рабочих частот от 0,01 до 50 ГГц. При проведении данного исследования были полезны работы [10,11].

Выводы

Сравнение паспортных данных детектора и его экспериментально снятых параметров приведено в таблице 3.

Таблица 3

Параметры детектора

Наименование параметра, размерность По паспорту Измерено

Диапазон рабочих частот, МГц 1 - 1250 100-3000

Чувствительность по напряжению ± , мВ/мВт при От 50 до 124

Ян = 1 кОм

Входное сопротивление, Ом 50 50

Неравномерность чувствительности в ± 0,5 дБ 1,054 дБ

полосе частот 1250 МГц при Рвх = 1 мВт

Неравномерность чувствительности _: ^ в - 2,79 дБ

полосе частот 1250 МГц при Рвх = 100 мкВт

Неравномерность чувствительности в - 4,23 дБ

полосе частот 3000 МГц при Рвх = 1 мВт

Неравномерность чувствительности в - 7,8 дБ

полосе частот 3000 МГц при Рвх = 100 мкВт

Динамический диапазон мощностей входного сигнала, дБ 30

Литература

1.Бутков В.П., Губарев Д.Е., Зикий А.Н., Зламан П.Н. Серийные детекторы СВЧ (Обзор) // Инженерный вестник Дона, 2017, №1. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4032.

2. Губарев Д.Е., Зикий А.Н., Зламан П.Н., Мамченко С.О. Детекторы СВЧ фирмы АЭРОФЛЕКС. Инженерный вестник Дона, 2017, №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4409.

3. Бутков В.П., Зикий А.Н., Зламан П.Н. Сверхширокополосный детектор. Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014, №2, том 10, с. 111-116.

4. Радиоизмерительная аппаратура СВЧ и КВЧ. Узловая и элементная базы. Под ред. А.М. Кудрявцева М.: Радиотехника, 2006. - 208с.

5. Загородний А.С. Измерители мощности сигналов СВЧ и КВЧ диапазонов на основе диодных детекторов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Томск, ТУСУР, 2014. - 120с.

6. Х1-42. Прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик. Альбом электрических схем. - 39 с.

7. Прибор для исследования АЧХ X1-42. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1.400.132ТО. - 130с.

8. Сокол И.И., Гольдберг Л. А. Согласованная детекторная секция СВЧ. А.С. СССР № 1.483.389, м. кл. GO1R 21/12. Опубл. 30.05.89.

9.Диоды и диодные МИС. Каталог АО «Микран». Томск, 2016, - 36с.

10. Keysight Technologies. Fundamentals of RF and microwave Power Measurements (Part2). Power Sensors and Instrumentation. Application Note. Published in USA, 2014-60p.

11. AG314. Principles, Applications and Selection of Receiving Diodes. M/A-Com, 2017- 70p.

References

1.Butkov V.P., Gubarev D.E., Zikij A.N., Zlaman P.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №1. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4032.

2. Gubarev D.E., Zikij A.N., Zlaman P.N., Mamchenko S.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4409.

3. Butkov V.P., Zikij A.N., Zlaman P.N. Sverhshirokopolosnyj detektor. EHlektrotekhnicheskie iinformacionnye kompleksy isistemy [Ultra-wideband detector. Electrical and information systems and systems]. 2014, №2, tom 10, p. 111-116.

4. Radioizmeritel'naya apparatura SVCH i KVCH. Uzlovaya i ehlementnaya bazy [Radio equipment, SHF and EHF. Node and element bas]. Pod red. A.M. Kudryavceva M.: Radiotekhnika, 2006. 208 p.

5. Zagorodnij A.S. Izmeriteli moshchnosti signalov SVCH i KVCH diapazonov na osnove diodnyh detektorov. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni k.t.n. [Measuring the signal power of the microwave and EHF ranges based on diode detectors. Thesis for the degree of candidate of technical Sciences]. Tomsk, TUSUR, 2014. 120 p.

6. H1-42. Pribor dlya issledovaniya amplitudno-chastotnyh harakteristik. Al'bom ehlektricheskih skhem [The device for the study of amplitude-frequency characteristics. Electrical schematics album]. 39 p.

7. Pribor dlya issledovaniya ACHKH X1-42. Tekhnicheskoe opisanie i instrukciya po ekspluatacii [The device for the study of frequency response X1-42. Technical description and instruction manual]. 1.400.132T0. 130 p.

8. Sokol I.I., Gol'dberg L.A. Soglasovannaya detektornaya sekciya SVCH [A coherent detection section of the microwave]. A.S. SSSR № 1.483.389, m. kl. GO1R 21/12. Opubl. 30.05.89.

9. Diody i diodnye MIS. Katalog AO «Mikran» [Diodes and diode-MISS]. Tomsk, 2016. 36 p.

10. Keysight Technologies. Fundamentals of RF and microwave Power Measurements (Part2). Power Sensors and Instrumentation. Application Note. Published in USA, 2014-60p.

11. AG314. Principles, Applications and Selection of Receiving Diodes. M/A-Com, 2017. 70p.