ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ Советский патент 1996 года по МПК G01R21/04 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения мощности СВЧ в волноводных трактах с большими уровнями мощности.

Известен преобразователь мощности СВЧ, используемый в ваттметрах проходного типа, включающий отрезок прямоугольного волновода и решетку круглых плоских преобразователей, установленных в одной из его стенок [1]
Недостатком его является малая точность измерений за счет большого значения переменной составляющей погрешности рассогласования.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь высокочастотной мощности СВЧ, содержащий отрезок волновода, в одной из стенок которого выполнено отверстие, в котором установлена плоская мембрана из поглощающего материала, включенная в колебательную систему генератора механических колебаний [2]
Недостатком известного устройства является низкая точность измерений в диапазоне рабочих частот из-за большой величины переменной составляющей погрешности рассогласования.

Цель изобретения увеличение точности измерения в диапазоне рабочих частот путем уменьшения переменной составляющей погрешности рассогласования, а также повышение точности измерения на фиксированной частоте.

Это достигается тем, что в преобразователе мощности СВЧ, содержащем отрезок волновода, в одной из стенок которого выполнено отверстие, в котором установлена плоская мембрана из поглощающего материала, включенная в колебательную систему генератора механических колебаний, плоская мембрана выполнена в форме эллипса, одна из осей которого параллельна оси отрезка волновода, при этом длина l плоской мембраны и размер широкой стенки отрезка волновода выбраны из условия:
l/λ_в 0,612 + (K/2),
где К 0, 1, 2, 3,
λ длина рабочей волны;
.

На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя мощности СВЧ, на фиг. 2
разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 приведены графики зависимости модуля эффективного коэффициента отражения от длины плоской мембраны l, нормированной на длину волны в волноводе λ_в, этот же график характеризует зависимость круглой мембраны [2] от параметра d/λ_в, где d диаметр круглой мембраны. Преобразователь мощности СВЧ содержит отрезок волновода 1, плоскую мембрану 2 и генератор 3 механических колебаний, включающий в себя преобразователи 4 возбуждения и регистрации автоколебаний плоской мембраны 2 и электронный блок 5.

Преобразователь мощности СВЧ работает следующим образом.

Плоская мембрана 2 выполнена в виде эллипса, одна из осей которого параллельна продольной оси отрезка волновода 1 и установлена в отверстие, которое имеет форму плоской мембраны 2. Плоская мембрана 2, образует механический резонатор и с помощью генератора 3 механических колебаний совершает поперечные колебания на собственной резонансной частоте. При отсутствии СВЧ сигнала частота собственных колебаний плоской мембраны 2 определяется ее жесткостью и равна f₀.

При прохождении по отрезку волновода 1 энергии СВЧ за счет частичного поглощения плоской мембраной 2 мощности она разогревается, что приводит к изменению ее жесткости, обусловленной температурным коэффициентом модуля упругости материала мембраны [2] Резонансная частота становится равной f. Приращение частоты Δf = f_o-f является мерой мощности СВЧ.

Уровень мощности, поглощаемой мембраной 2, зависит, в частности, от фазы стоячей волны в отрезке волновода 1 и определяется значением . Значения , в свою очередь, зависят от длины плоской мембраны 2 и, как видно на фиг. 3, в промежутке l=(0;...;0,612)λ_в изменяются в пределах в точках l = [0,612+(K/2)]λ_в при К 0, 1, 2, 3, равны нулю, а в промежутках между этими точками принимают максимальные значения, убывающие при увеличении длины плоской мембраны 2 или частоты СВЧ сигнала. Выбрав, например, l/λ_вmax=1, получим в полосе пропускания волновода и значение переменной составляющей погрешности рассогласования, равное ±2% при модуле коэффициента отражения от нагрузки, равном 0,10, что значительно меньше минимальной погрешности прототипа.

Таким образом, изобретение позволяет увеличить точность измерения мощности по сравнению с прототипом в области рабочих частот и использовать один преобразователь вместо нескольких (двух-трех) при работе в широкой полосе частот.

1. Преобразователь мощности СВЧ, содержащий отрезок волновода, в одной из стенок которого выполнено отверстие, в котором установлена плоская мембрана из поглощающего материала, включенная в колебательную систему генератора механических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне рабочих частот путем уменьшения переменной составляющей погрешности рассогласования, плоская мембрана выполнена в форме эллипса, одна из осей которого параллельна продольной оси отрезка волновода.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений на фиксированной частоте, длина l плоской мембраны и размер широкой стенки отрезка волновода выбраны из условия
l/λ_b=0,612+(K/2),
где K = 0,1,2,3,...;
λ - - длина рабочей волны;

1. Преобразователь мощности СВЧ, содержащий отрезок волновода, в одной из стенок которого выполнено отверстие, в котором установлена плоская мембрана из поглощающего материала, включенная в колебательную систему генератора механических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне рабочих частот путем уменьшения переменной составляющей погрешности рассогласования, плоская мембрана выполнена в форме эллипса, одна из осей которого параллельна продольной оси отрезка волновода. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений на фиксированной частоте, длина l плоской мембраны и размер широкой стенки отрезка волновода выбраны из условия
l/λ_b=0,612+(K/2),
где K 0,1,2,3,
λ - длина рабочей волны;