ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения мощности сверхвысоких частот (СВЧ).

Известно устройство для измерения малых уровней СВЧ-мощности по авторскому свидетельству SU №678435, G 01 R 21/04, содержащее термопреобразователь, источник опорного постоянного напряжения, подключенный к одному из входов операционного усилителя, индикатор, генератор переменного тока, подключенный между выходом операционного усилителя и входом индикатора, второй выход которого через фильтр переменного тока подключен к термопреобразователю, соединенному с вторым входом операционного усилителя через фильтр нижних частот. Недостатком этого устройства является высокий уровень шумов и, как следствие, малая чувствительность и точность измерения на низких уровнях СВЧ-мощности. Это объясняется тем, что операционный усилитель, используемый для усиления малых уровней постоянного напряжения, имеет на частотах отстроек, близких к нулю, высокий уровень фликкер-шумов, спадающих обратно пропорционально частоте отстройки до частот, лежащих в районе единиц килогерц.

Известно также устройство, описанное в книге М.И. Билько и др. Измерение мощности на СВЧ. М.: Сов. Радио, 1976, с.65, содержащее последовательно соединенные термопреобразователь, электронный ключ, усилитель низких частот (УНЧ), фазовый детектор, усилитель постоянного тока (УПТ), выход которого является выходом устройства, и генератор импульсов, два выхода которого подключены к входам управления электронного ключа и фазового детектора. Недостатком устройства является низкая чувствительность и пониженная точность измерения на малых уровнях СВЧ-мощности.

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в книге М.И. Билько и др. Измерение мощности на СВЧ. М., Сов. Радио, 1976, с.65.

Для увеличения чувствительности и точности измерения предложен измеритель мощности СВЧ, содержащий последовательно соединенные термопреобразователь, вход которого является входом устройства, электронный ключ и усилитель низких частот, а также синхронный детектор, усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства, и генератор импульсов, отличающийся тем, что в него введены второй, третий и четвертый электронные ключи, соединенные параллельно по сигнальному входу с первым электронным ключом, последовательно соединенные второй усилитель низких частот, прямой вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, а инверсный вход - с выходом четвертого электронного ключа, первый полосовой фильтр, второй синхронный детектор, сумматор, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу первого усилителя низких частот, а выход - к входу первого синхронного детектора, причем прямой вход первого усилителя низких частот соединен с выходом первого электронного ключа, а инверсный вход - с выходом третьего электронного ключа, а второй вход сумматора соединен с выходом первого синхронного детектора, а также последовательно соединенные первый делитель частоты на два, второй делитель частоты на два, логический элемент И и сдвиговый регистр, четыре выхода которого подключены к управляющим входам четырех электронных ключей, а выход генератора импульсов соединен с тактовым входом сдвигового регистра и входом первого делителя частоты на два, второй вход логического элемента И соединен с выходом первого делителя частоты на два, третий и четвертый полосовые фильтры, входы которых соединены с первым и вторым выходами сдвигового регистра, а выходы - с вторыми входами первого и второго синхронных детекторов соответственно.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

На фиг.1 изображены:

1 - термопреобразователь,

2, 3, 4, 5 - первый, второй, третий и четвертый электронные ключи соответственно,

6, 7 - первый и второй усилители низких частот соответственно,

8, 9, 10, 11 - первый, второй, третий и четвертый полосовые фильтры соответственно,

12, 13 - первый и второй синхронные детекторы соответственно,

14 - сумматор,

15 - УПТ,

16 - генератор импульсов,

17, 18 - первый и второй делители частоты на два соответственно,

19 - логический элемент И,

20 - сдвиговый регистр.

На фиг.2 изображены:

а, б, в, г - временные диаграммы напряжений с выходов ключей 2, 3, 4 и 5 соответственно,

д, е - временные диаграммы сигналов с выходов УНЧ6 и УНЧ7 соответственно.

Измеритель мощности СВЧ содержит термопреобразователь 1, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 электронные ключи, первый 6 и второй 7 УНЧ, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 полосовые фильтры, первый 12 и второй 13 синхронные детекторы, сумматор 14, УПТ 15, генератор импульсов 16, первый 17 и второй 18 делители частоты импульсов на два, логический элемент И 19, сдвиговый регистр 20.

Измеритель мощности СВЧ работает следующим образом. Постоянное напряжение малого уровня с выхода термопреобразователя 1 поступает на сигнальные входы электронных ключей 2, 3, 4 и 5, на управляющие входы которых поступают импульсы с выходов сдвигового регистра 20, сдвинутые между собой на четвертую часть периода. На информационный вход сдвигового регистра 20 поступают импульсы вида фиг.2а с делителя частоты на четыре, образованного последовательно соединенными первым 17 и вторым 18 делителями частоты на два и логическим элементом И 19, а на тактовый вход - сигнал с выхода генератора импульсов 16. С выходов первого 2 и третьего 4 электронных ключей сигналы поступают на прямой и инверсный входы первого УНЧ 6, а с выходов электронных ключей 3 и 5 сигналы поступают на прямой и инверсный входы второго УНЧ 7 соответственно, на выходах которых образуются усиленные двуполярные сигналы, показанные на фиг.2д и е. Затем сигналы поступают на входы первого 8 и второго 9 полосовых фильтров, предназначенных для преобразования импульсного сигнала в синусоидальный и очистки от помех.

После этого сигналы синусоидальной формы преобразуются в постоянный ток в первом 12 и втором 13 синхронных детекторах и суммируются на сумматоре 14. УПТ 15 производит окончательное усиление сигнала постоянного тока до уровня, необходимого для работы индикаторного устройства.

Для получения опорных сигналов, действующих на вторых входах первого 12 и второго 13 синхронных детекторов, используются сигналы с первого и второго выходов сдвигового регистра 20 после преобразования в синусоидальное напряжение третьим 10 и четвертым 11 полосовыми фильтрами.

Как видно из фиг.2д, е на выходах УНЧ 6 и УНЧ 7 по сравнению с аналогом образуется сигнал удвоенной амплитуды, в то же время уровень шумов этих усилителей остается на том же уровне. За счет этого получается выигрыш в отношении сигнал/шум и повышение чувствительности измерителя. Кроме того, дополнительный выигрыш в отношении сигнал/шум и, соответственно, в чувствительности получается за счет того, что на выходе сумматора 14 полезный сигнал постоянного тока удваивается, а шумы УНЧ 6 и синхронного детектора 12 с одной стороны и УНЧ 7 и синхронного детектора 13 с другой стороны при суммировании возрастают всего в 1,42 раза. Это объясняется тем, что шумы этих устройств являются некоррелированными случайными процессами.

Таким образом, при одном и том же уровне входного сигнала СВЧ заявленное устройство позволяет, ориентировочно, трехкратно повысить чувствительность устройства и значительно увеличить точность измерения.

Все элементы устройства могут быть выполнены на стандартной элементной базе и не имеют каких-либо особенностей.