§ 7.3. Устройство дискретизации частотного масштаба

Проблемы обнаружения сигнала и измерения его частоты в широком диапазоне издавна решались разработчиками при проектировании панорамных приемников, анализаторов спектра, панорамных измерителей частотных характеристик СВЧ цепей и т. д. Наиболее остро здесь стоят задачи определения мгновенных значений частоты. Известно достаточно много способов решения такого рода задач (например, метод перестраиваемого резонансного волномера, феррорезонансные методы, масштабный метод с использованием линии задержки и некоторые другие). Остановимся более подробно на последнем методе, позволяющем довольно просто преобразовывать СВЧ сигнал в низкочастотный и осуществлять дальнейшее преобразование в цифровой код, получая, таким образом, метод формирования частотного масштаба.

В настоящее время не решены в полной мере вопросы по реализации измерительных устройств масштабных частотных меток в сантиметровом диапазоне длин волн. Это связано в первую очередь с трудностью изготовления линий с большим временем задержки и малыми потерями. Последние два параметра связаны между собой — для достижения указанных времен задержки требуются десятки метров коаксиального кабеля, который имеет собственные потери.

Использование линий задержки на поверхностных акустических волнах ограничено верхним частотным пределом (единицы гигагерц).

Последние достижения по исследованию медленных магнитостатических волн (МСВ) в ферромагнитных материалах показали перспективность реализации в сантиметровом диапазоне линий задержки на галлий-гадолииневом гранате с эпитаксиально выращенным слоем железо-иттриевого граната. Внешнее магнитное поле имеет касательное направление относительно поверхности слоев.

Линия задержки на поверхностных спиновых волнах полиостью отвечает требованиям, необходимым для ее использования в схемах формирования масштабных частотных меток. Реализация схемы приведена на рис. 7.7. В схеме используется смеситель на гибридном кольцевом мосте, рассмотренном в гл. 6.

Рис. 7.7. Объомпый модуль измерителя частоты: а) вид сверху; 6) сечение

Принцип работы измерительного модуля, построенного в виде многослойной ОИС (галлий-гадолиниевый гранат — железо-иттриевых гранат — проводники НПЛ - диэлектрик — металл с СЩЛ - низкочастотный блок цифровой обработки сигнала), следующий. При подаче свипируемого СВЧ сигнала, изменяющегося, например, по линейиому закону, одна половина мощности через -соединепие на СЩЛ НПЛ поступает на вход смесителя частоты, а другая — на линию задержки, в которой при касательном подмагничивании возбуждается медленная МСВ. Выходное плечо лииии задержки непосредственно включено через межслойный переход НПЛ СЩЛ в смеситель. Внутренняя металлизация кольца не имеет гальванического контакта с токоведущими проводниками подводящих линий передачи, что позволяет использовать ее в виде контактной площадки для подключения источника питания смесительных диодов и съема сигнала для передачи в блок обработки частотных меток, который является дополнительным крайним слоем ОИС.

Таким образом, в смеситель попадают два сигнала, задержанные друг относительно друга на время В большинстве практических случаев период изменения частоты генератора значительно больше, чем время задержки сигнала в линии. Поэтому можно с достаточной степенью точности принять частоты задержанного и незадержанного сигналов равными. Относительное же изменение фазы сигналов при их суммировании в смесителе приведет к появлению биений с периодом на выходе смесительных диодов.

Изменение частоты генератора за период биений определяется как Далее, полученный низкочастотный сигнал с помощью блока обработки на логических схемах (последний этаж ОИС) преобразуется в цифровой код. Применение микропроцессоров значительно упрощает схему измерения и время измерения значения мгновенной частоты. Рассмотренный измерительный модуль на ОИС СВЧ может широко использоваться для дискретизации частотного масштаба в приемных и измерительных свип-панорамах, а также в радиорелейных системах передачи для дифференциальной демодуляции цифрового сигнала в СВЧ диапазоне.

В заключение необходимо отметить, что применение новых принципов построения БЭ измерительной аппаратуры на основе ОИС СВЧ позволило существенно сократить габариты аппаратуры, а главное — улучшить электрофизические параметры, уменьшить погрешность измерений и, в некоторых случаях, расширить функциональные возможности устройств. Наилучшим подтверждением этих выводов являются рассмотренные в данной главе устройства.

ОИС СВЧ в сочетании с микропроцессорами открывают поистине революционные возможности в проектировании измерительной аппаратуры. Реализовать эти возможности — значит подняться на новую ступень в повышении эффективности труда, экономном использовании материальных ресурсов и т. д. Для решения этих задач, внедрения их в производство и использования в народном хозяйстве должны быть объединены усилия специализирующихся в данном направлении ученых, инженеров, конструкторов и технологов.