Программно-информационное обеспечение анализа параметров СВЧ-импульсов

Введение. В работе [1] описана схема измерения параметров СВЧ-импульса. Детектированные сигналы с двух измерительных каналов поступают на каналы цифрового осциллографа. Для обоих каналов имеются предварительно полученные с помощью генератора импульсов (ГИН) калибровочные кривые зависимости выходного напряжения датчиков от СВЧ-мощности на входе измерительного канала при различных частотах СВЧ-сигнала. Обработка экспериментальных данных, полученных с помощью цифрового осциллографа, проводилась с использованием программного обеспечения, созданного в среде MathCad. Для экспериментатора данное программное обеспечение является достаточно неудобным, так как требует ввода большого количества данных непосредственно в программе.

В настоящей работе для обработки экспериментальных данных представлено программное обеспечение в среде Qt 4.5 C++ [2]. В отличие от программы в MathCad все необходимые данные вводятся из таблицы, которая создается на основе файла входных параметров.

Измерения параметров СВЧ-импульса. Схема эксперимента представлена на рис. 1. В соответствии с этой схемой СВЧ-импульс поступает на антенну и далее через согласованный тройник распространяется по двум измерительным каналам. В одном из каналов, называемом

Рис. 1. Схема эксперимента:

ДФЛ - двойная формирующая линия; ГИН - генератор импульсов напряжения; DU д _ФЛ - делитель напряжения двойной формирующей линии; DU_TP - делитель напряжения триода;

Div_m - делитель напряжения первого канала; Div_n - входной делитель; I _ТР - ток триода, который измеряется поясом Роговского; K_ish - коэффициент шунта; K_Irc - коэффициент измерения тока в диоде;

С1А - файл данных с первого канала осциллографа А; С2А - файл данных со второго канала осциллографа А; С3А - файл данных с третьего канала осциллографа А; С4А - файл данных с четвертого канала осциллографа А;

С_1Б - файл данных с первого канала осциллографа Б линейным, за фиксированным аттенюатором установлена коаксиальная детекторная головка с полупроводниковым СВЧ-диодом, в котором осуществляется детектирование СВЧ-импульса. Во втором канале, называемом нелинейным, между фиксированным аттенюатором и коаксиальной детекторной головкой, подобной головке в линейном канале, установлен "запредельный" аттенюатор, величина ослабления которого зависит от частоты по определенному закону.

Основными параметрами, определяемыми при обработке экспериментальных данных, являются графики огибающих СВЧ-импульса. Регистрация параметров СВЧ-импульса осуществляется линейным и нелинейным датчиками измерительных каналов. Частотные зависимости измеренной мощности линейного и нелинейного каналов для выходных напряжений датчиков и приведенная импульсная мощность находятся с использованием калибровочных характеристик линейного и нелинейного каналов.

Структура программного обеспечения. В ходе эксперимента данные, полученные от двух цифровых осциллографов, записываются в две папки. В имени каждого файла содержится номер эксперимента, который позволяет выбрать данные файлы для последующей обработки. Входные данные, необходимые для обработки экспериментальных данных, находятся в файле входных данных, который считывается при запуске программы. Эти данные размещаются в таблице данных. При обработке экспериментальных данных можно отредактировать значения входных параметров, если условия эксперимента изменились. После считывания экспериментальных данных создаются формы изображения малых графиков, на которые добавляются графики сигналов с датчиков.

Для расчета параметров СВЧ-импульсов по полученным сигналам с датчиков используются калибровочные файлы, которые формируются в процессе калибровки датчиков. При калибровке датчиков используются необходимый набор частот и соответствующие уровни мощности генератора импульсов. После преобразования сигналов с датчиков с учетом калибровочных пара-

Таблица 1

Номер канала	Данные	Обозначение	Значение	Единица измерения
Осциллограф А
Канал 1	Напряжение ГИН	Um	Файл С1	кВ
	Делитель 1A	Div_m	8,80-103
	Ослабитель 1А	DB5fix	50
	Коэффициент	Kum=DB5fix*Div_m	4,40-105
Канал 2	Напряжение на диоде	Un	Файл С2	кВ
	Делитель 2А	Div_n	2,05-103
	Ослабитель 2А	D1fix	205
	Коэффициент	Kun DHix*Div n	4,20-10 5
Канал 3	Ток в диоде	Ish	Файл С3	кА
	Шунт	Rsh	3,00-10-2
	Ослабитель ЗА	D3fix	440
	Коэффициент	KIsh=D3 fix/Rsh	1,47-10 4
Канал 4	Ток в диоде, пояс Роговского (2)	Irc	Файл С4	кА
	Коэффициент	RCoil	1,92-10 2
	Ослабитель 4А	DA6fix	50
	Коэффициент	KIrc=DA6fix*RCoil*2	1,92-10 4
Осциллограф Б
Канал 1	Ток в диоде, пояс Роговского (1)	Ikp	Файл С4	кА
	Коэффициент	RCoil	1,92-10 2
	Ослабитель 1А	DA6fix	50
Канал 2	Напряжение линейного детектора	U7	Файл С2	кВ
Канал 3	Напряжение нелинейного детектора	U8	Файл С3	кВ
Канал 4	Напряжение подвижного детектора	U1d	Файл С4	кВ

Входные данные

метров осуществляется расчет временной задержки каждого сигнала с учетом среды прохождения сигнала и длины кабеля, по которому передается сигнал. Данные о задержке сигнала по каждому измерительному каналу представлены в табл. 1, 2.

Таблица 2

Суммарное запаздывание

Номер канала осциллографа	Обозначение	Вычисление	Значение
Канал 1А	TSCns	TLCns	122
Канал 4А	TSCrc	DLrc+TLCrc	131,373
Канал 3А	TSCsh	DLsh+TLCsh	126,352
Канал 2А	Hrc	TSCrc-TSCns	9,373
Канал 1Б	Hrc_sn	TSCrc-TSCsh	5,021
Канал 4Б	TSCdet	Dldet+TLCdet	183,797
Канал 2Б	Hdet	TSCdet-TSCns+hAB	60,618
Канал 3Б	Hkp	TSCkp-TSCns+hAB	8,194

а

б

Рис. 2. Графики сигналов с каналов осциллографа А ( а ) и осциллографа Б ( б )

После преобразования сигналов с датчиков создаются формы графиков и добавляются графики на форму. Имеется возможность подробно исследовать отдельные участки каждого графика. С этой целью используется временное отсечение графика путем задания начальной и конечной временных точек отсечения графика.

Для выполнения количественной оценки параметров СВЧ-импульса на отдельном графике используется красный маркер. Перемещая этот маркер по графику, в соответствующем окне можно получить значение данного параметра. Предусмотрена возможность регистрации временной задержки между отдельными элементами графика. Для этого используется синий маркер. Задавая положение этого маркера, в соответствующем окне можно получить временную задержку между положениями, отмеченными красным и синим маркерами.

Экспериментальные графики. На рис. 2 представлены графики сигналов с датчиков, преобразованных в цифровую форму с помощью двух цифровых осциллографов А, Б.

Экспериментальные данные имеют интервал дискретизации 2 нс. Если дважды щелкнуть левой кнопкой мыши по любому графику, то появляется его увеличенное изображение с соответствующими шкалами измерения. Один из графиков представлен на рис. 3.

При анализе экспериментальных данных большое значение имеют следующие параметры: форма импульса СВЧ на диод, форма импульса с линейного детектора, форма импульса СВЧ с подвижного детектора, ток в диоде пояса Роговского (1), ток в диоде пояса Роговского (2). Формы импульса данных параметров импульса СВЧ представлены на рис. 4. Показаны положение красного и синего маркеров, с помощью которых в соответствующем окне оцениваются значения параметров в месте нахождения красного курсора и запаздывание между максимумами импульсов выбранных параметров.

Рис. 3. Напряжение с генератора ГИН (C1 осциллографа А), увеличенный С1

Рис. 4. Импульс СВЧ на диоде Un ( 2 );

импульс с линейного детектора U7 ( 3 );

ток в диоде (пояс Роговского (2) Irc) ( 4 );

импульс СВЧ с подвижного детектора U1d ( 5)

Сравнение напряжений с линейного, нелинейного и подвижного детекторов представлены на рис. 5. По форме импульса можно оценить точность расположения датчиков.

Мощность импульса является одним из важнейших параметров СВЧ-импульса, от которого зависит качество установки в целом, поэтому данный параметр необходимо оценивать при эксплуатации всей системы. На рис. 6 показана мощность импульса, измеренная линейным детек тором.

Рис. 5. Напряжения с датчиков: линейного U7 ( 1 ), нелинейного U8 ( 2 ), подвижного U1d ( 3 ) детекторов

Рис. 6. Мощность импульса с линейного детектора

W •10⁵, Вт

-0,3

2,1 -

1,8 -

1,5 _

1,2 -

0,9 _

0,6 _

0,3 _

2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600

Рис. 7. Мощность импульса, определенная по частотам с линейного детектора

С, МГц

Очень важно установить, на какой частоте находится максимальная мощность СВЧ-импульса. Оценка данного параметра показана на рис. 7.

Выводы. Разработанные программы градуировки измерительных каналов и оценки параметров СВЧ-импульсов имеют удобный интерфейс, содержат все необходимые сведения для обработки экспериментальных данных, которые могут быть изменены при замене датчиков, и изменения параметров среды прохождения СВЧ-импульса. При этом не требуется изменять программное обеспечение, достаточно изменить параметры в таблицах. Все данные, находящиеся в таблицах, имеют пояснительный текст, что существенно упрощает процедуру изменения исходных данных. Графический интерфейс позволяет представлять параметры СВЧ-импульса в удобной форме, задавая необходимые временные отсечения.