Устройство для измерения мощности СВЧ Советский патент 1988 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к технике радиотехнических измерений и может быть использовано при разработке автоматических измерительных: устройств, систем и приборов для измерения падающей мощности сверхвысоких частот (СВЧ).

Цель изобретения - поэьсшение точности измерения и обеспечения сменно- сти терморезистора.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения мощности СВЧ,

Устройство для измерения мощности СВЧ содержит резисторнуго мостовую схема 1 с терморезистором 2 в одном из плеч, диагональ питания которой через регулируемый аттенюатор 3 подключена к регулируемому источнику 4 постоянного тока и формирователю 5 двуполярных импульсов замещения, а измерительная диагональ - к дифферендиальному усилителю 6 постоянного тока непосредственно .и через фильтры 7 нижних частот к соответствующим входам сумматора 8, делитель 9 аналоговых сигналов и последовательно соединенные генератор 10 управляемой частоты и блок It обработки и регистра. ции измерительной информаГщи, причем один из входов делителя 9 соединен с выходом усилителя 6, а другой - с выходом сумматора 8, выход делителя 9 соединен с входом генератора 10 уп равляемой частоты.

Устройство работает следукяцим образом.

При отсутствии мощности СВЧ на

терморезисторе 2 с помощью регулируемого источника 4 добиваются получения на выходе генератора 10 исходного (независящего от сопротивления термо- резистора) значения частоты F, следования импульсов, соответствующей рабочей точке терморезистора К,. R, , при которой его сопротивление равно сопротивлению смежного с ним резис- тора Rp мостовой схемы 1 (или близко по значению к нему) и согласовано с волновым сопротивлением СВЧ-тракта терморезистивного приемного преобразователя. В этом состоянии устойчиво) о равновесия терморезистор нагрет до своей ха рактеристической температуры Тд и рассеиваемая на нем мощность Pgi равна потребляемой Pj-, т.е.

Р.. Н,-(Т,

.,;

S

0

з 5

0

5 « с

0

где , Р„; - суммарная , электрическая мощность, доставляемая по цепи обратной связи системы следящего преобразования и от источника А постоянного тока РП; У - температура окружающей среды, Н коэффициент рассеяния терморезистора,

i услбвный номер терморезистора,

р- - номинальная мощность смещения о

терморезистора при нормальных условиях окружающей среды, определяющая его сопротивле- J, ние в рабочей точке, р. - эквивалентная тепловая мощ- ность, воздействующая на терморезистор и обусловленная отклонением параметров окру- жакмцей среды от номинальных, г - общее число учитываемых параметров.

Отсюда можно сделать вывод, что изменение рассеиваемой на терморезисторе мощности из-за изменения условий внешней окружаклцей среды можно скомпенсировать соответствукхдим изменением мощности дополнителького разогрева от источника 4, .т.е.

РП; - f(Po , ЦР;). (2)

г

При подаче мощности СВЧ (Р.... )

с он

на терморезистор происходит перераспределение потребляемой им мощности и в состоянии устойчивого равновесия уравнение теплового баланса принимает вид:

р. р,+кр р + У ,,, о, 1

где Kj - коэффициент эффективности

процесса замещения. При постоянстве амплитуды U и длительности сГ биполярных импульсов обратной связи выходная частота F генератора 10 связана с мощностью замещения Р.„„ линейной зависимостью

U пи

-

2Мг. Кг S

(4)

RT

где S rj const - чувствительVH

31437790

ность системы следящего преобразования, причем чувствительность не изменяется и при изменении R (смены терморезистора), так как путем изменения величины ослабления аттенюатора 3 пропорционально изменяется и амплитуда импульсов на терморезис-- торе.

Из выражений (1), ет, что Р

FI

(3)

uF

K,S

и (А) следу- (5)

1-

F,-

сеч KgS

Зависимость (5) определяет алгоритм работы блока обработки и регистрации как в прототипе, так и в пред лагаемом решении. Однако известному техническому решению присуща нелинейность характеристики преобразования мощности СВЧ в разность частот следования импульсов, что и обусловливает наличие дополнительной погрешности измерения.

Действительно, для выходной частоты генератора управляемой частоты справедливо вьфажение

(RTn - Ro)Uw

2(Кт„ - R)

KuK

Tr,

(6)

Таким образом, в предложенном тех ническом решении благодаря фор ирова нию сигнала управления генератором управляемой частоты путем деления усиленного сигнала разбаланса по пос тоянному току резисторной мостовой схемы на суммарньй сигнал постоянных составляющих, снимаемый с измеритель ной диагонали последней, а также выполнению резистора, смежного с термо резистором, регулируемым, установле- 25 нию сопротивления этого резистора, равным сопротивлению терморезистора в рабочей точке, и изменению определенным образом величины ослабления

где и.. - напряжение питания мостовой

Г

вводимого в разрыв цепи питания ре- схемы, обеспечиваемое источ- зо зисторной мостовой схемы регулируер iBiH.E.oiyrnclSjNT/ V(Q

2(R,, + RJ где U - выходное напряжение сумматора 8, Ue К„ - коэффициент передачи дели- . теля .9,

лР F,

-F .

const, так как / f(U).

15

Таким образом, в предложенном техническом решении благодаря фор ирова- нию сигнала управления генератором управляемой частоты путем деления усиленного сигнала разбаланса по постоянному току резисторной мостовой схемы на суммарньй сигнал постоянных составляющих, снимаемый с измерительной диагонали последней, а также выполнению резистора, смежного с терморезистором, регулируемым, установле- 25 нию сопротивления этого резистора, равным сопротивлению терморезистора в рабочей точке, и изменению определенным образом величины ослабления

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и обеспечивает повьппение т-очности, измерения и сменность терморезистора (ТР). Устр-во содержит резисторную мостовую схему 1 с ТР 2 в одном плече, регулируемый аттенюатор 3, регулируемый источник (РИ) 4 постоянного тока, формирователь 5 двухполярных импульсов замещения, дифференциальный усилитель 6 постоянного тока, ;фильтры нижних частот 7, сумматор 8, делитель 9 аналоговых сигналов, генератор 10 управляемой частоты и блок 11 обработки и регистрации измерительной информации. Пои отсутствии на ТР 2 мощности СВЧ с помощью РИ 4 добиваются получения исходной частоты F, , следования импульсов на выходе генератора 10. Частота F, соответствует рабочей точке ТР 2, при которой его сопротивление равно сопротивлению смежного с ним регулируемого резистора R,. В таком состоянии равновесия рассеиваемая на ТР 2 мощность равна потребляемой от РИ 4 мощности. При подаче на ТР 2 мощности СВЧ происходит перераспределение мощности. Изменение рассеиваемой мощности компенсируется соотв. изменением мощности дополнительного разогрева от РИ 4. Точность измерения повьшается благодаря устранению нелинейности преобразования мощности СВЧ в разность частот следования импульсов замещения, связанной с изменением условий внешней окружающей среды и сменой ТР. 1 ил. (Л м со ч 4 ko О

КгНИКОМ 4 постоянного тока, коэффициенты передачи и преобразования соответственно усилителя постоянного тока и генератора управляемой частоты,

1,2- номер тактов измерения . Из выражения (6) можно получить

п

ЬГ F,

- F

.

где Ку - суммарный коэффициент пропорциональности. Следовательно:

&F f(Pe; , ЦР;)/,

- 01

И-Р;),

Г

С6Ч

const. (7)

Практически изменение 1), может достигать 80% от номинального (расчетного) . Поэтому, например, при S 0,25 Гц/мкВт, Ки 2000, К 250 Гц/В, R - i50 Ом данное возмущающее воздействие приводит к появлению дополнительной погрещности в определении F в 2%.

Устройство, реализующее предложенный способ измерения свободно от указанного недостатка, так как в этом случае

мого аттенюатора обеспечивается по- вьщ1ение точности измерения вследствие устранения нелинейности преобразования мощности СВЧ в разность частот 35 следования импульсов сигнала замещения, связанной с изменением условий внешней окружающей среды и сменой терморезистора.

40

Формула изобретения

Устройство zyiя измерения мощности СВЧ, содержащее регулируемый источни постоянного тока, резисторную мосто45 вую схему, в одной из плеч которой включен терморезистор, к которому подводится мощность СВЧ, к измерительной диагонали резисторной мостовой схемы подключен усилитель посто50 янного тока, генератор управляемой частоты, выход которого соединен с входом блока обработки и регистрации и входом формирователя двуполярных импульсов, регулируемый аттенюатор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и обеспечения сменности терморезистора, в него введены последовательно соединенные первый фильтр нижних частот, сумма55

514377906

тор, второй вход которого соединенров 1 ижних частот соответственно, с введенным вторым фи-пьтром нижнихвыходы регулируемого источн та посто- частот, и делитель, выход которогоянного тока и формирователя импуль- соединен с входом генератора управля-сов через регулируемый аттенюатор емой частоты, а второй вход - с выхо-подключены к диагонали питания резис- дом усилителя постоянного тока, пер-торной мостовой схемы, в которой ре- вый и второй входы которого соедине-зистор смежный с терморезистором, ны с входами первого и второго фильт-выполнен регулируемым.