Устройство для измерения параметров электромагнитной волны

Авторы патента:

G01R29/08 - для измерения характеристик электромагнитного поля

Полезная модель относится к технике СВЧ и может быть использовано для измерения уровня вносимых потерь, фазовых характеристик и коэффициента эллиптичности электромагнитной волны волноводных устройств. Технический результат полезной модели: упрощение конструкции устройства для измерения уровня вносимых потерь, фазовых характеристик и эллиптичности электромагнитной волны, сокращение времени измерения волноводных устройств, повышение точности измерений, обеспечение в устройстве оптимальных показателей массы и габаритов. Устройство содержит первый и второй измерители 1, 2 уровня сигнала электромагнитной волны, выполненные с возможностью подключения к соответствующим входам компьютера 3, разделитель 4 поляризации, соединенный первым выходом со входом первого измерителя 2 уровня сигнала электромагнитной волны и выполненный в виде двухканального устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента 5, векторный анализатор 6 электрических цепей и направленный ответвитель 7. Устройство измерения параметров электромагнитной волны позволяет осуществлять одновременно с помощью ПЭВМ амплитудные и фазовые измерения, а также измерение коэффициента эллиптичности, что дает возможность упростить процесс измерения параметров электромагнитной волны и конструкцию устройства в целом. Кроме того, в устройстве обеспечено улучшение в несколько раз показателей массы, габаритов и времени измерения за счет исключения коммутации каналов.

Известен модуляционный турникетный радиополяриметр, содержащий турникетное соединение, выполняющее роль разделителя поляризации, первый и второй вентили, модулятор поляризации, измерительный канал, блок калибровки поляризации, направленный ответвитель, блок калибровки интенсивности, первый и второй модуляторы интенсивности, первый и второй тройники, причем модуляторы и тройники образуют гибридное кольцо, дополнительный измерительный канал, короткозамыкатели и управляющий генератор (см. авторское свидетельство СССР 1518805, МПК G01R 29/08, публ. 30.10.1989 г.).

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции.

Известно устройство для измерения кросс-поляризационной характеристики волноводного тракта, содержащее разделитель поляризации с входом для подключения к выходу измеряемого элемента, и два канала, включающих первый вентиль и второй вентиль, первый выход разделителя поляризации соединен с входом первого вентиля, а второй выход разделителя поляризации соединен с входом второго вентиля, разделитель поляризации выполнен в виде двухканального поляризационного устройства, а также устройство дополнительно снабжено первым аттенюатором, вход которого подключен к выходу первого вентиля, вторым аттенюатором, вход которого подключен к выходу второго вентиля, коммутатором, первый вход которого подключен к выходу первого аттенюатора, а второй вход подключен к выходу второго аттенюатора, а также блоком измерения, вход которого подключен к выходу коммутатора (см. патент РФ 2242769, МПК G01R 29/08, публ. 20.12.2004 г.).

Данное устройство обладает необходимой точностью измерений, но включает в свой состав СВЧ-устройства (аттенюаторы и электронные коммутаторы), наличие которых увеличивает время измерения поляризационной характеристики и усложняет конструкцию, снижая надежность устройства. Большая номенклатура сборочных элементов в двух каналах измерения не позволяет исключить взаимовлияние элементов в них, что снижает точность измерения. Устройство имеет не оптимальные показатели по массе и габаритам.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения эллиптичности электромагнитной волны, содержащее разделитель поляризации, выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента, первый измеритель уровня сигнала электромагнитной волны, второй измеритель уровня сигнала электромагнитной волны, причем указанные измерители выполнены в виде преобразователей мощности с шиной USB и подключены входами непосредственно к соответствующим выходам разделителя поляризации и выполнены с возможностью подключения к компьютеру, эллиптичность электромагнитной волны определяется по формуле: ,

где P1, P2 - уровень сигнала в первом и втором каналах соответственно (см. патент РФ 2398243, МПК G01R 29/08, публ. 27.08.2010 г. - прототип).

Недостаток известного устройства в недостаточном количестве измеряемых параметров электромагнитной волны

Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение количества одновременно измеряемых параметров электромагнитной волны до трех, упрощение конструкции устройства для измерения уровня вносимых потерь, фазовых характеристик и эллиптичности электромагнитной волны, сокращение времени измерения волноводных устройств, повышение точности измерений, обеспечение в устройстве оптимальных показателей массы и габаритов.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения параметров электромагнитной волны, включающее первый и второй измерители уровня сигнала электромагнитной волны, выполненные с возможностью подключения к компьютеру, разделитель поляризации, соединенный первым выходом со входом первого измерителя уровня сигнала электромагнитной волны и выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента, введены векторный анализатор электрических цепей и направленный ответвитель, векторный анализатор электрических цепей входом соединен с первым выходом направленного ответвителя и выполнен с возможностью подключения к компьютеру и соединения выхода с входом измеряемого элемента, причем направленный ответвитель входом и вторым выходом соединен соответственно со вторым выходом разделителя поляризаций и входом второго измерителя уровня сигнала электромагнитной волны.

Векторный анализатор электрических цепей представляет собой двухпортовый анализатор серии PNA с шиной USB для подключения к компьютеру.

Предпочтительно первый и второй измеритель уровня сигнала электромагнитной волны выполнить в виде преобразователей мощности с шиной USB.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения параметров электромагнитной волны с подключением ее к измеряемому элементу и компьютеру.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - первый измеритель уровня сигнала электромагнитной волны;

2 - второй измеритель уровня сигнала электромагнитной волны;

3 - компьютер;

4 - разделитель поляризации;

5 - измеряемый элемент;

6 - векторный анализатор электрических цепей;

7 - направленный ответвитель;

8 - шина USB.

Устройство для измерения параметров электромагнитной волны содержит первый и второй измерители 1, 2 уровня сигнала электромагнитной волны, выполненные с возможностью подключения к соответствующим входам компьютера 3, разделитель 4 поляризации, соединенный первым выходом со входом первого измерителя 2 уровня сигнала электромагнитной волны и выполненный в виде двухканального устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента 5, векторный анализатор 6 электрических цепей и направленный ответвитель 7. Векторный анализатор 6 электрических цепей входом соединен с первым выходом направленного ответвителя 7 и выполнен с шиной 8 USB для подключения к компьютеру 3 и соединения выхода с входом измеряемого элемента 5. Направленный ответвитель 7 входом соединен со вторым выходом разделителя 4 поляризаций, а своим вторым выходом соединен с входом второго измерителя уровня сигнала электромагнитной волны.

В качестве измерителей 2, 3 мощности могут быть применены, например, первичные преобразователи мощности U-2000A с шиной USB, выпускаемые фирмой Agilent. Векторный анализатор 6 электрических цепей представляет собой двухпортовый анализатор, например, серии PNA фирмы Agilent. (США).

Измеряемым элементом 5 является волноводное устройство, у которого измеряется уровень вносимых потерь, фазовые характеристики и эллиптичность электромагнитной волны. Измеряемый элемент 5 подключается к входу разделителя 4 поляризации.

В качестве разделителя поляризации 4 может быть применено известное двухканальное поляризационное устройство (см. Журнал "Антенны", выпуск 1 (42), 1999 г., стр. 28-30), которое позволяет разделить электромагнитную волну на две линейно поляризованные составляющие и направить в два параллельных канала. Первый канал в предлагаемом устройстве содержит первый измеритель 1 уровня сигналов электромагнитной волны. Второй канал содержит второй измеритель 2 уровня сигналов электромагнитной волны.

Устройство для измерения параметров электромагнитной волны волноводных устройств работает следующим образом.

Электромагнитная волна СВЧ-диапазона линейной или круговой поляризации поступает на измеряемый элемент 5, после прохождения которого она приобретает эллиптическую поляризацию. Далее электромагнитная волна поступает на вход разделителя 4 поляризации.

На разделителе 4 поляризации электромагнитная волна эллиптической поляризации разделяется на две линейно поляризованные составляющие, которые направляются в два параллельных канала через его первый и второй выходы. Направленный ответвитель 7 в одном канале своим первым выходом подключен к входу первого измерителя 1 уровня сигнала электромагнитной волны, а во втором канале своим вторым выходом подключен к входу второго измерителя 2 уровня сигнала электромагнитной волны. Сигнал с первого выхода направленного ответвителя 7 подается на вход векторного анализатора 6 электрических цепей. Результаты измерения уровня вносимых потерь и фазовых характеристик через шину USB с векторного анализатора 6 электрических цепей подаются на порт компьютера 3, где происходит их обработка по заданному алгоритму. Сигналы с выходов первого и второго измерителей 1, 2 уровня сигналов электромагнитной волны подаются на соответствующие порты компьютера 3 одновременно.

Эллиптичность электромагнитной волны определяется по формуле:

где P1, P2 - уровень сигнала в первом и втором каналах соответственно.

Для упрощения программного обеспечения, повышения точности и быстродействия расчетов в указанной формуле введены модули в степенях.

Устройство измерения параметров электромагнитной волны позволяет осуществлять одновременно с помощью ПЭВМ амплитудные и фазовые измерения, а также измерение коэффициента эллиптичности, что дает возможность упростить процесс измерения параметров электромагнитной волны и конструкцию устройства в целом. Кроме того, в устройстве обеспечено улучшение в несколько раз показателей массы, габаритов и времени измерения за счет исключения коммутации каналов.

1. Устройство для измерения параметров электромагнитной волны, включающее первый и второй измерители уровня сигнала электромагнитной волны, выполненные с возможностью подключения к компьютеру, разделитель поляризации, соединенный первым выходом с входом первого измерителя уровня сигнала электромагнитной волны и выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента, отличающееся тем, что введены векторный анализатор электрических цепей и направленный ответвитель, векторный анализатор электрических цепей входом соединен с первым выходом направленного ответвителя и выполнен с возможностью подключения к компьютеру и соединения выхода с входом измеряемого элемента, причем направленный ответвитель входом и вторым выходом соединен соответственно со вторым выходом разделителя поляризаций и входом второго измерителя уровня сигнала электромагнитной волны.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что векторный анализатор электрических цепей представляет собой двухпортовый анализатор серии PNA с шиной USB для подключения к компьютеру.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй измерители уровня сигнала электромагнитной волны выполнены в виде преобразователей мощности с шиной USB.