Термопарный датчик свч-мощности

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 Н 21/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 19 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773693/09; 4776102/09 (22) 25.12.89 (46) 30.08.92, Бюл. N. 32 (71) Научно-исследовальский электромеханический институт (72) Б,А. Фурлендер, С,П. Балешенко и П . Ф . Кути н (56) Билько M.È„Toìàøåâñêèé А.К. Измерение мощности на СВЧ, 1986, с, 27, 69, Microwaves, 1974, November, 13, р. 44. (54) ТЕРМОПАРНЫЙ ДАТЧИК СВЧ-МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к изменению электромагнитных полей, в частности к устройствам измерения их мощности. Цель изобретения — повышение предельно допустимой мощности и расширение динамичеИзобретение 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 СВЧи НЧ-мощностью термоэлементы.

БЫ „„1 758571А1 ского диапазона. Термопарный датчик СВЧмощности 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, орячие края которых расположены в непосредственной близости от поверхностных резисторов, а холодные — максимально удалены от них 2 ил, Недостатками устройства являются низкая электрическая прочность, узкий температурный диапазон, при котором он способен работать. (л

Наиболее близким к предлагаемому яв- рр ляется термопарный датчик, выполненный ц на микрополосковой линии с согласованной нагрузкой на конце, в непосредственной юй близости от которой установлена термопара.

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

1758571 скую подложку 1, металлизированную с одной стороны (экран 7) и имеющую полосок 2 с другой. Резисторы 3 имеют гальванический контакт с полоскам 2 и проводниками

4, имеющими в своя 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 термоЭДС, причем "горячие" спаи термопар находятся, на оси симметрии микрополосковой линии, а "холодные" спаи — вблизи корпуса.

Предлагаемый датчик (фиг. 1, копланарный вариант) содержит диэлектрическую положку 1, имеющую центральный проводник 2, экранные проводники 7. Резисторы 3 имеют гальванический контакт с проводникам 2 и проводниками 7. На конце проводника 2 установлен НЧ фильтр 5. На

5 проводниках 7 установлена подложка 6, металлизированная с одной стороны и имеющая последовательность проводников 8 и 9 с другой стороны, образующих батарею термопар.

0 Устройство работает следующим образом, При подаче на вход микрополасковой линии мощности Р (фиг. 2) происходит разделение мощности: часть мощности посту5 пает на резистор, часть на полосковую . линию с волновым сопротивлением И1. Из условия согласования по постоянному току

R должно быть Ю4 = —,а волновое сопротиви

0 ление Wo должно быть равно суммарному сопротивлению параллельно соединенных резистора R и волнового сопротивления W>, т е. — + . Откуда Ю/1= и

1 1 1 Wo R 1 о

5 соответственно, волновое сопротивление!ой ступени будет равно

R W) — 1 (1)

R — Wi — 1

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. Ha первом резисторе будет .выделяться мощность р ф ц2

n R n

Целью изобретения является повышение точности датчика при одновременном расширении динамического диапазона, Поставленная цель достигается тем, что в термопарном датчике СВЧ-мощности, со- 5 держащем микрополосковую линию, выполненную на диэлектрической подложке и нагруженную на резистивную нагрузку, и термопару, проводник микрополоской линии выполнен сужающимся к выходу, к ко- 10 торому подсоединен введенный низкочастотный фильтр, введены первый и второй проводник, расположенные симметрично относительно проводника микропалосковой линии в области его сужения, при 15 этом расстояние между проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно постоянно вдаль всей области сужения резистивная нагрузка, выполненная в виде поверхност- 20 ных резисторов, установлена в области сужения и имеет гальванический контакт с проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно, первый и второй проводники имеют 2 гальванический контакт с экраном микрополосковой линии и образуют экранный проводник, на котором расположена батарея термопар через диэлектрическую пластину, горячие спаи батареи термопар располаже- 3 ны в непосредственной близости от пленочных резисторов, а холодные — максимально удалены от них.

Положительный эффект достигается за счет меньшего К„, нагрузки предлагаемо- 3 го устройства и исключения возможности попадания СВЧ-мощности на термопару. В датчике расширение динамического диапазона обеспечивается за счет увеличения предельно допустимого уровня подаваемой 4 на нагрузку мощности и применения батареи термопар, установленной вдоль нагрузки.

На фиг. 1 представлена конструкция микрополоскового и копланарного датчика; 4 на фиг. 2 — электрическая схема нагрузки.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1, 6 — диэлектрическая подложка;

2-микрополосковая линия;3- резистивное покрытие; 4 — заземленный проводник; 5 — 5

НЧ фильтр; 7 —; 8 — проводник, напыленный на подложке, например медь; 9— проводник, напыленный или припаянный к проводнику 8, например, константан; 10— корпус; М4 — волновое сопротивление мик- 5 рополосковой линии; W - текущее волновое сопротивление сужающейся линии; n — количество ступеней сужающейся линии.

Предлагаемый датчик.(фиг. 1, микраполосковый вариант) содержит диэлектриче1758571 т. е, U = P Wo, чтобы на втором резисторе

2 напряжение было равно U, необходимо обеспечить значение W1, удовлетворяющему следующему уравнению:

1 0 P Wо

P — — Р=. —, те. и чч> М/

Wo R

ЧЧ вЂ”

1 ——

П

Далее Ч/ должно быть равно

Wi = (2)

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 воэможности попадания (наведения) СВЧмощности 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 диэлектги.еской подложке и нагруженную на резистивную нагрузку, и термопару, отличающийся тем, что, с целью повышения предельно допустимой мощности и расширения динамического ди5 апазона, проводник микрополосковой линии выполнен сужающимся к выходу, к которому подсоединен введенный низкочастотный фильтр, введены первый и второй проводники, расположенные симметрично

10 относительно проводника микрополосковой линии в области его сужения, при этом расстояние между проводником микрополосковой линии и первым и вторым проводниками соответственно постоянно вдоль

15 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 вто20 рым проводниками соответственно, первый и второй проводники имеют гальванический контакт с экраном микрополосковой ли-. нии и образуют экранный проводник, на котором расположена батарея термопар через

25 диэлектрическую пластину, горячие спаи батареи термопар расположены в непосредственной близости от пленочных резисторов, а холодные максимально удалены от них.

1758571

Составитель Б. Фурлендер, Техред М. Мвргентал Корректор Т. Палий

Редактор С. Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2997 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5