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: 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. Устройство для измерения параметров электромагнитной волны содержит разделитель 1 поляризации, выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента 2, компьютер 3, векторный анализатор 4 электрических цепей, выполненный с возможностью подключения к компьютеру 3 и соединения выхода с входом измеряемого элемента 2, и направленный ответвитель 5. 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 разделитель поляризации, выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента, компьютер, введены векторный анализатор электрических цепей и направленный ответвитель, разделитель поляризации первым и вторым выходами соединен соответственно с первым входом векторного анализатора электрических цепей и входом направленного ответвителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно во вторым и третьим входами векторного анализатора электрических цепей, причем векторный анализатор электрических цепей выполнен с возможностью подключения к компьютеру и соединения выхода с входом измеряемого элемента.

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

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

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, предложенное решение 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 - разделитель поляризации;

2 - измеряемый элемент;

3 - компьютер;

4 - векторный анализатор электрических цепей;

5 - направленный ответвитель;

6 - шина USB.

Устройство для измерения параметров электромагнитной волны содержит разделитель 1 поляризации, выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента 2, компьютер 3, векторный анализатор 4 электрических цепей, выполненный с возможностью подключения к компьютеру 3 и соединения выхода с входом измеряемого элемента 2, и направленный ответвитель 5. Разделитель 1 поляризации первым и вторым выходами соединен соответственно с первым входом векторного анализатора 4 электрических цепей и входом направленного ответвителя 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно во вторым и третьим входами векторного анализатора 4 электрических цепей.

Векторный анализатор 4 электрических цепей представляет собой четырехпортовый анализатор, например, серии PNA фирмы Agilent (США) с шиной 6 USB для подключения к компьютеру 3.

Устройство для измерения параметров электромагнитной волны волноводных устройств работает следующим образом. Электромагнитная волна СВЧ диапазона линейной или круговой поляризации поступает на измеряемый элемент 2, после прохождения которого она приобретает эллиптическую поляризацию. Далее электромагнитная волна поступает на вход разделителя 1 поляризации. На разделитель 1 поляризации электромагнитная волна эллиптической поляризации разделяется на две линейно поляризованные составляющие, которые направляются в два параллельных канала через его первый и второй выходы. Сигнал с первого выхода разделителя 1 поляризации подается на первый вход векторного анализатора 4 электрических цепей. Направленный ответвитель 5 своим входом подключен ко второму выходу разделителя 1 поляризации, а своими первым и вторым выходами подключен ко второму и третьему входам векторного анализатора 4 электрических цепей. Результаты измерения уровня вносимых потерь, фазовых характеристик и эллиптичности электромагнитной волны через шину 6 USB поступают на порт компьютера 3, где происходит их обработка по заданному алгоритму. 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 разделитель поляризации, выполненный в виде двухканального поляризационного устройства с возможностью подключения входа к выходу измеряемого элемента, компьютер, отличающееся тем, что введены векторный анализатор электрических цепей и направленный ответвитель, разделитель поляризации первым и вторым выходами соединен соответственно с первым входом векторного анализатора электрических цепей и входом направленного ответвителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно cо вторым и третьим входами векторного анализатора электрических цепей, причем векторный анализатор электрических цепей выполнен с возможностью подключения к компьютеру и соединения выхода с входом измеряемого элемента.

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