Способ измерения свч-мощности

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЧ-МОЩНОСТИ , включающий преобразование измеряемой СВЧ-мощности в тепловой поток и компенсацию теплового потока охлаждакнаим потоком термоэлектрического охладителя, питаемого электрическим сигналом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, электрический сигнал формируют в виде последовательности двухполярных импульсов, регулируют его среднее значение, поддерживая постоянным действующее значение до момента компенсации, а СВЧ-мощность определяют по величине среднего значения в момент компенсации теплового потока охлаждающим потоком.

(19) (11) .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 6 01 В 21 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ )

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3221 35 4/1 8-09 (22) 22.12.80 (46) 07.04.84. Бюл. )) 13 (72) Ю.С.Мальцев, В.Д.Шевченко и М.М.Чернин (53) 621.317.37(088.8) (56 ) 1 . Билько М.И . и др, Измерение мощности на СВЧ. М., "Coa.ðàäèo", 1976r с.58-65, рис.2.51.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 167545, кл . G 01 R 21/04, 1965 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СВЧ-МОЩНОСТИ, включающий преобразование измеряемой СВЧ-мощности в тепловой поток и компенсацию теплового потока охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя, питаемого электрическим сигнапом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, электрический сигнал формируют в виде последовательности двухполярных импульсов, регулируют его среднее значение, поддерживая постоянным действующее значение до момента компенсации; а СВЧ-мощность определяют по величине среднего значения в момент компенсации теплового потока охлаждающим потоком.

1084691

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ, Известен способ измерения СВЧ-мощ ности основанный на преобразовании измеряемого сигнала в тепловой поток с последующим преобразованием теплового потока в электрический сиг нал с помощью датчика температуры . термопары или болометра, причем по величине электрического сигнала датчика температуры в таком .способе определяют значение мощности измеряемо го сигнала L1).

Недостатки способа состоят в низкой точности измерений и ограниченном сверху динамическом диапазоне измеряемых сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения СВЧ-мощности, включающий преобразование измеряемой

СВЧ-мощности в тепловой поток и компенсацию теплового потока охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя, питаемого электрическим сигналом 2).

Однако известный способ не обеспечивает высокой точности измерений и требует значительного времени на проведение измерений.

Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени измерений.

Для достижения цели согласно способу измерения СВЧ-мощности, включающему преобразование измеряемой СВЧмощности в тепловой поток и компенсацию теплового потока охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя, питаемого электрическим сигналом, при котором электрический сигнал формируют в виде последовательности двухполярных импульсов, регулируют его среднее значение, поддерживая постоянным действующее значение до момента компенсации, а

СВ -мощность определяют по величине среднего значения в момент компенсации теплового потока охлаждающим потоком, На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ измерения СВЧмощности, .

Устройство содержит волноводный тракт 1, нагрузку 2, датчик 3 температуры, термоэлектрический охладитель 4, помещенные в корпус 5, микровольтметр 6 постоянного тока, регулируемый источник 7 питания, измеритель 8 действующего значения напряжения (тока) и измеритель 9 среднего значения напряжения (тока), под ключенные к выходу регулируемого источника 7 питания.

Датчик 3 температуры (батарея термопар) установлен так, что его щего значения напряжения тока может быть использован стандартный вольтметр или амперметр. В качестве измерителя 9 среднего значения напряжения (тока) может быть использован стандартный вольтметр или амперметр.

Измерение СВЧ-мощности производят следующим образом.

Измеряемый СВЧ-сигнал, поступающий по волноводному тракту 1, преобразуют в тепловой поток с помощью нагрузки 2. Изменение температуры нагрузки 2, вызыванное прохождением через нее теплового потока измеряемого сигнала, вызывает изменение сигнала датчика 3 температуры и изменение. показаний микровольтметра 6.

Электрический сигнал, вырабатываемый регулируемым источником 7 питания, преобразуют с помощью термоэлектрического охладителя 4 в охлаждающий поток, протекающий через нагрузку. t

Компенсируют тепловой поток измеряемого СВЧ-сигнала охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя 4 путем регулирования среднего значения электрического сигнала при постоянном значении действующего зна55

65 рабочие спаи имеют тепловой контакт с нагрузкой 2, а "холоцные" спаи с корпусом 5.

Термоэлектрический охладитель 4 установлен так, что его рабочие спаи имеют тепловой контакт с нагрузкой 2, а теплоотводящие спаи с корпусом 5.

Выход датчика 3 температуры соединен с входом микровольтметра 6.

10 Выход регулируемого источника 7 питания соединен с цепью питания термоэлектрического охладителя 4.

В качестве волноводного тракта 1 может быть использован отрезок

15 трубы иэ материала с низкой теплопроводностью, например из нержавеющей стали, с толщиной стенок 2025 мкм. В качестве нагрузки 2 может быть использован твердый диэлектрик с большими потерями. В качестве датчика 3 температуры может быть использована термопара или батарея термопар.

Термоэлектрический охладитель 4 может быть выполнен в виде полупроводникового термоэлектрического элемента или в виде батареи термоэлектрических элементов по одной из известных конструктивных схем.

В качестве микровольтметра 6 может быть использован гальванометр магнитоэлектрической системы. В качестве регулируемого источника 7 питания может быть использован стандартный генератор двухполярных импульсов регулируемой длительности, В качестве измерителя 8 действуюга84бИ

0 где К2

60

Р = К . P ч сеч

65 чения сигнала. В процессе компенсации уровни действующего и среднего значений электрического сигнала на выходе регулируемого источника 7 контролируют по показаниям измерителей8и9. 5

В момент компенсации, определяемый по нулевым показаниям микровольтметра б, по среднему значению электрического сигнала регулируемого источника питания б (по показаниям измерителя 9) определяют значение измеряемой СВЧ-мощности °

Если в процессе компенсации поддерживается неизменной частота прямоугольных двухполярных импуль- 15 сов тока (напряжения) .на выходе регулируемого источника 7 питания, а также поддерживается неизменной амплитуда прямоугольных двухполярных импульсов на выходе регулируемО.- gp го источника 3 питания, а регулиру« ется длительность разнополярных частей прямоугольных импульсов, то среднее значение тока (напряжения ) питания термоэлектрического охладителя 4 изменяется и пропорционально ему изменяется величина охлаждающего потока. В то же время действующее значение тока питания термоэлектрического охладителя 4 остается постоянным во всем диапазоне изменения среднего значения тока (напряжения) питания.

В момент компенсации (в момент равенства нулю показаний микровольтметра 6) значение мощности измеряемого СВЧ-сигнала может быть определено по среднему значению тока (напряжения) питания термоэлектрического охладителя 4 или по сред-, нему значению длительностей однополяр- 40 ных частей импульсов тока (напряжения) питания термоэлектрического охла дителя 4.

Процесс измерения может быть автоматизирован введением отрицательной обратной связи с выхода датчика 3 температуры на управляющий вход регулируемого источника 7 питания.

Преимущества предложенного способа измерения СВЧ-мощности состоят в следующем. По способу-прототипу в процессе измерения регулируют амплитуду тока (напряжения) питания термоэлектрического охладителя. Фи» зические процессы, протекающие при этом, описываются следующими математическими выражениями, Тепловая мощность Р, выделяемая измеряемым сигналом в йагрузке 2, равна где К„- коэффициент пропорциональности, зависящей от конструкции волновода и свойств нагрузки; рс ч- значение мощности измеряемого СВЧ-сигнала.

Охлаждающая мощность Р „„, выделяемая термоэлектрическим охладителем, равна

= К З вЂ” 12 охл г

I коэффициент пропорциональности, зависящей от свойств материала охладителя; з — значение тока через охладитель;

R — активное сопротивление охладителя °

В момент компенсации Рб„„ -— Рт, или К4 Рсач = К23-32R . Из последнего выражения видно, что зависимость между измеряемым сигналом Р ц и информативным параметром выходного сигнала 3 имеет нелинейный характер.

Поскольку реальные термоэлектрические охладители имеют значение

Р ф О, то значение Э2R и определяет достижимую точность измерения СВЧмощности по способу-прототипу.

Кроме того, недостатком прототипа является значительное время измерения, что объясняется следующим образом. При изменении в процессе компенсации значения тока 3 пропорционально изменяется и член Э Я, определяющий значение паразитной тепловой мощности, рассеиваемой в термоэлектрическом охладителе. При этом охлаждающая мощность P выделяетохл ся только в рабочем спае термоэлектрического охладителя, а паразитная нагревающая мощность Э и выделяется во все объеме термоэлектрического охладителя. Поэтому при любых измен нениях тока 3 необходимо некоторое время для установления рабочего режима, которое зависит как от конструкции термоэлектрического охладителя 4, так и от условий его теплообмена с окружающей средой.

В предлагаемом способе регулирование компенсирующей величины осуществляют так, что действующее значение тока питания, а следовательно,и квадратичный член 72R, определяю щий значение паразитной тепловой мощности, выделяемой в термоэлектрическом охладителе, при любых изменениях среднего значения тока (при любых изменениях компенсирующей охлаждающей мощности) остается постоянным 3 R =const, поэтому зави2 симость между измеряемым сигналом (Р „ ) и информативным параметром .выходного сигнал (3 ) имеет лиср нейный характер, что позволяет повы-. сить точность измерения, применяя

1084691

Составитель Г.Степаненко

Редактор С.Юско Техред М.Кузьма Корректор Ю.Макаренко

Заказ 1990/39 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 реально существующие термоэлектрические охладители.

Постоянство в процессе измерения паразитной тепловой мощности Э Р определяет и больщую скорость установления рабочего режима охладителя, что позволяет повысить скорость проведения операции компенсации, т.е. повысить скорость проведения измерения.