Термопарный датчик СВЧ-мощности Советский патент 1992 года по МПК G01R21/04 

Изобретение относится к области измерения электрических и магнитных величин, в частности к устройствам для измерения электрических величин.

Известны термопарные измерители СВЧ-мощности, основанные на калориметрическом методе измерения, в которых измерение мощности сводится к измерению приращения температуры рабочего тела жидкости, определяемого с помощью термопар.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции системы жидкостного охлаждения, невозможность работы в жестких механических и климатических условиях.

Известны также датчики прямого нагрева, т. е. непосредственно нагреваемые СВЧ- и НЧ-мощностью термоэлементы.

Недостатками устройства являются низкая электрическая прочность, узкий температурный диапазон, при котором он способен работать.

Наиболее близким к предлагаемому является термопарный датчик, выполненный на микрополосковой линии с согласованной нагрузкой на конце, в непосредственной близости от которой установлена термопара.

К недостаткам прототипа следует отнести низкую точность датчика, обусловленную: значительным Ксти нагрузки,утечкой части СВЧ-мощности; наводящейся на термопаре, низкую чувствительность ввиду использования одной термопары и малый уровень допустимых измеряемых мощностей, ограниченных малой мощностью нагрузки.

XJ

сл

00

сл VJ

Целью изобретения является повышение точности датчика при одновременном расширении динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в термопарном датчике СВЧ-мощности, содержащем микрополосковую линию, выполненную на диэлектрической подложке и нагруженную на резистмвную нагрузку, и термопару, проводник микрополоской линии выполнен сужающимся к выходу, к которому подсоединен введенный низкочастотный фильтр, введены первый и второй проводник, расположенные симметрично относительно проводника микропо- лосковой линии в области его сужения, при этом расстояние между проводником мик- рополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно постоянно вдоль всей области сужения резистивная нагрузка, выполненная в виде поверхностных резисторов, установлена в области сужения и имеет гальванический контакт с проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно, первый и второй проводники имеют гальванический контакт с экраном микрополосковой линии и образуют экранный проводник, на котором расположена батарея термопар через диэлектрическую пластину, горячие спаи батареи термопар расположены в непосредственной близости от пленочных резисторов, а холодные - максимально удалены от них.

Положительный эффект достигается за счет меньшего Кс™ нагрузки предлагаемого устройства и исключения возможности попадания СВЧ-мощности на термопару. В датчике расширение динамического диапазона обеспечивается за счет увеличения предельно допустимого уровня подаваемой на нагрузку мощности и применения батареи термопар, установленной вдоль нагрузки,

На фиг. 1 представлена конструкция микрополоскового и копланарного датчика; на фиг. 2 - электрическая схема нагрузки,

На фигурах приняты следующие обозначения: 1,6- диэлектрическая подложка; 2 - микрополосковая линия; 3- резистивное покрытие; А - заземленный проводник; 5 - НЧ фильтр; 7 - экран; 8 - проводник, напыленный на подложке, например медь; 9 - проводник, напыленный или припаянный к провбднику 8, например, константан, 10- корпус; W0 - волновое сопротивление микрополосковой линии; W)- текущее волновое сопротивление сужающейся линии; п - количество ступеней сужающейся линии.

Предлагаемый датчик (фиг. 1, микропо- лосковый вариант) содержит диэлектрическую подложку 1, металлизированную с одной стороны (экран 7) и имеющую полосок 2 с другой. Резисторы 3 имеют гальванический контакт с полоском 2 и проводниками

4, имеющими в свою очередь гальванический контакт с экраном 7. На конце полоска 2 установлен индуктивно-емкостный НЧ фильтр 5. На экране подложки 1 установлена подложка 6, металлизированная с одной

стороны и имеющая последовательность проводников 8 и 9, образующих батарею термопар, - с другой. Проводник 8 имеет отличный от проводника 9 коэффициент тер- моЭДС, причем горячие спаи термопар

находятся, на оси симметрии микрополосковой линии, а холодные спаи - вблизи корпуса.

Предлагаемый датчик (фиг. 1, копланар- ный вариант) содержит диэлектрическую

положку 1, имеющую центральный проводник 2, экранные проводники 7. Резисторы 3 имеют гальванический контакт с проводником 2 и проводниками 7. На конце проводника 2 установлен НЧ фильтр 5. На

проводниках 7 установлена подложка б, металлизированная с одной стороны и имеющая последовательность проводников 8 и 9 с другой стороны, образующих батарею термопар,

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход микрополосковой линии мощности Р (фиг, 2) происходит разделение мощности: часть мощности поступает на резистор, часть на полосковую линию с волновым сопротивлением WL Из

условия согласования по постоянному току Р

должно быть Л/0 - ,а волновое сопротивление W0 должно быть равно суммарному сопротивлению параллельно соединенных резистора R и волнового сопротивления Wi,

4.1 пш - Wo R

w0 wi R иткуда W1 R-WO

соответственно, волновое сопротивление i- ой ступени будет равно

wK-W -1ж

1 R-W(-1 UJ

Для выполнения условия равномерного выделения тепла вдоль нагрузки, что необходимо для обеспечения тех же тепловых условий, что при калибровке по постоянному току, требуется, чтобы на каждый резистор R поступало одинаковое напряжение U. На первом резисторе будет выделяться мощность

Р U2 U2

R п W0

о

т. е. U Р W0, чтобы на втором резисторе напряжение было равно U, необходимо обеспечить значение Wi, удовлетворяющему следующему уравнению:

Р 1 Р U2 Р Р

т.е.

Wi

Далее Wi должно быть равно R

Wi

п- 1

Анализ формул (1) и (2) показывает, что они идентичны, т. е, условия идеального согласования этой нагрузки совпадают с условием равномерного поглощения мощности вдоль нагрузки. Другим условием идентичного воздействия на термопару сигнала СВЧ и сигнала калибровки по постоянному току является требование по исключению возможности попадания (наведения) СВЧ- мощности непосредственно на термопару. Это требование выполняется в устройстве путем установки термопары за экраном, где отсутствует СВЧ поле.

Формула изобретения . Термопарный датчик СВЧ-мощности, содержащий микрополосковую линию, выполненную на диэлектрической подложке и

0

5

0

5

нагруженную на резистивную нагрузку, и термопару, отличающийся тем, что, с целью повышения предельно допустимой мощности и расширения динамического диапазона, проводник микрополосковой линии выполнен сужающимся к выходу, к которому подсоединен введенный низкочастотный фильтр, введены первый и второй проводники, расположенные симметрично относительно проводника микрополосковой линии в области его сужения, при этом расстояние между проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно постоянно вдоль всей области сужения, резистивная нагрузка, выполненная в виде поверхностных резисторов, установлена в области сужения и имеет гальванический контакт с проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно, первый и второй проводники имеют гальванический контакт с экраном микрополосковой ли- нии и образуют экранный проводник, на котором расположена батарея термопар через диэлектрическую пластину, горячие спаи батареи термопар расположены в непосредственной близости от пленочных резисторов, а холодные максимально удалены от них.

Изобретение относится к изменению электромагнитных полей, в частности к устройствам измерения их мощности. Цель изобретения - повышение предельно допустимой мощности и расширение динамического диапазона. Термопарный датчик СВЧ- мощности образован диэлектрической подложкой, с одной стороны которой расположен экран, а с другой - проводник и первый, второй проводники, имеющий гальваническую связь с экраном, причем между проводником и первым, вторым проводниками включены поверхностные резисторы. Проводник сужается к выходу и заканчивается низкочастотным фильтром, а края первого, второго проводников параллельны краям проводника. На экране установлена диэлектрическая подложка с батареей термопар, горячие края которых расположены а непосредственной близости от поверхностных резисторов, а холодные - максимально удалены от них 2 ил. сл С

: я

А

i А I э-S --Н

9

./IZ

Фиг.1

I.

W,

fes.2

Wn-

wn

R