Датчик напряженности электрического поля свч

р 1 444 36 Союз советских Социалистических Республик(5 л, б 01 г 29/08 Сх 01 г 21/04 присоединением зая Государственныи комитет Совета Министров СССР но делам изобретенийи открытий(32) ПриоритетОпубликовано 25.09.74. Бюллетень МДата опубликования описания 13.06.7 53) УДК 621 317 328. С. Паужа и И, А. Вашкевиче 1) Заявите Орден Трудового Красного Знамени институт физикиполупроводников АН Литовской ССР АТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ СВ ил те+ Йт,),ература сечна расстояла координаература срееля);ощаемаяность; Т, - темчик нач То - темжат Р - поглмощ ния датии х от т ы (дер 25 о датчик выполнен бразованного двумя тигается тем,ла вращения,атчиком иде Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано для измерения электрического поля сверхвысоких частот, импульсной СВЧ мощности, коэффициента стоячей волны в волноводных трактах с волной типа Н,о.Известен датчик, принцип действия которого основан на изменении проводимости под действием сильного СВЧ поля, имеющий Г-образную форму с углом при вершине меньшим 45, высоту больше 0,15 высоты волновода, ширину каждой ветви меньше 0,3 его высоты и толщину меньше 0,25 высоты датчика.Однако такой датчик имеет большое тепловое сопротивление и, следовательно, малую рассеиваемую мощность, вследствие чего он сильно нагревается при сравнительно небольших средних СВЧ мощностях.Кроме того, в результате большого разброса ватт-вольтных характеристик из-за больших неконтролируемых градиентов электрического СВЧ поля на острых углах датчика и в приконтактной области увеличивается погрешность измерений.Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона измерений в сторону больших СВЧ мощностей.Это досчт коаксиально сопряженными цилиндрами, меньший из которых заканчивается полусферой, а больший, служащий основанием датчика, снабжен омическими контактами, причем от основания до центра полусферы датчик разделен на две части узкой щелью, проходящей через его ось.На чертеже изображен описываемый датчик.Он имеет полусферу 1, меньший цилиндр 2, щель 3, основание 4, омические контакты 5, слой б припоя, держатель 7, слой 8 эпоксидной смолы, проводник 9 для подключения внешней цепи и изоляционную трубку 10.Датчик работает следующим образом.Распределение температуры в датчике определяется выражением:444 И 6 Лт, ийт 55 60 причем= 0,1 сК - 0,15 А 65 3Й - высота рабочей части датчика;5 - сечение датчика; Х, - коэффициент теплопроводности материала датчика;г - коэффициент теплопроводности материала держателя;г - эквивалентный радиуспятна пайки датчика кдержателю;- соответственно тепловыесопротивления датчика идержателя. Слои 6 и 8 припоя и эпоксидной смолы так же обладают тепловым сопротивлением, выра жение которого имеет вид: ь Рт = х 5где б - толщина слоя припоя 6;- коэффициент теплопроводн остислоя 6;5 - теплопроводящая площадь. Из приведенных уравнений (2) и (3) следует, что нагрев датчика будет определятьсясуммой всех тепловых сопротивлений, т. е.иТ = Т + Р, Кт, + Йт, +Йт,. (4)с=1Имея в виду, что толщина слоя припоя б мала(не превышает 0,2 10 -м, а у сравнительновелик (п,с = 85 вт/мК, УА+з = 246 вт/мК)т - слоя припоя и контактного сплаваАц + Я будет меньше Р т, и Я т, Такимобразом, тепло в основном отводится черезпаяное соединение и температура датчика будет определяться теплосопротивлениями Йт,и Рт,В свою очередь Рт, также можно представить суммой сопротивлений отдельных участков датчика, например, Кт - рабочей частии Я т, - основания, Величину Р т и Р т,как следует из (1), будут определять параметры Й и 5, и Й, и 5, соответственно.Высота основания Й, выбирается в пределах 0,15 И ( Й, ( 0,25 д, где д - диаметрменьшего цилиндра рабочей части датчика.Величина Л т, определяется уг держателяи радиусом сечения контактирующего слоя г,который при условии, что ширина щели 1 значительно меньше диаметра основания О, выбирается г = лЮ/8; Диаметр основания 0 определяется из условия равенства Йт, = Йт откуда- г + г+ --(5) Величина д определяется условиями равеН.ства величины напряженности электрического поля в датчике Ед = 0,9 Е в волноводе и составляет порядка 0,1 толщины скин-слоя. Кро ме того, для компенсации гармо-эдс в выходном сигнале величина Й не должна превышать 1/8 длины волны второй гармоники.Датчик располагается в волноводе так, чтоего ось параллельна вектору напряженности Е 10 электрического СВЧ поля, а высота его рабочей части Й ) д+ О, Наибольшим сопротивлением обладает рабочая часть датчика, имеющая диаметр Й.В результате этого уменьшается влияние 15 приконтактной области, обладающей наибольшими разбросами электрофизических параметров (сопротивления, подвижности) на ваттвольтную характеристику, а также уменьшается и влияние градиентов сильного электриче ского поля, которые создаются на неровностяхи краях омического контакта. Это уменьшает разброс вольтваттных характеристик и увеличивает точность измерений.Верхняя часть датчика выполнена в виде 25 полусферы, что уменьшает градиенты сильного поля и, кроме того, способствует увеличению электрической прочности системы датчик - волновод. Вторая причина, указывающая на выполнение вершины датчика в виде сфе ры, заключается в том, что у вершины прямого угла плотность тока стремится к бесконечности. Это может привести к локальным перегревам и образованию областей сильного поля, в результате чего увеличивается сопротивЗ 5 ление датчика независимо от СВЧ поля.Минимальный радиус скругления определяется выражением:г = 2 1 агсй-- 2 ас 1 ь2(6)где Ь - диаметр стороны угла, применяемый в конформных преобразованиях.Датчик может быть изготовлен из полупро водникового материала, в котором происходитизменение проводимости под действием сильного СВЧ поля, например, германия и крем- ния. При измерениях датчик включается в измерительную цепь, состоящую из датчика, по стоянного резистора и источника питания.При проходе по волноводу импульса СВЧ мощности меняется сопротивление датчика, а тем самым и ток в цепи. Ввиду того, что ток в этой цепи повторяет огибающую СВЧ импульса, измерительный прибор будет мерить амплитуду видеоимпульса, величина которой зависит от напряженности электрическогоСВЧ поля. Пр едмет изобретения Датчик напряженности электрического поля СВЧ, изготовленный из полупроводникового материала, содержащий омические контакты и закрепленный внутри линии передачи на444136 рой, а больший, служащий основанием да 1 чика, снабжен омическими контактами, причем от основания до центра полусферы датчик разделен на две части узкой щелью, проходя щей через его ось. Составитель Т, Пероваедактор А, Бер Техред В. Рыбакова Корректор О. Тюри Згказ 1385/2ЦНИИПИ Изд.551сударственного комитета по делам изобретений иМосква, Ж, Раушская ПодписноСССР ипография, пр. Сапунова, 2 дер 1 кателе, отл ич а ющи йся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений, он выполнен в виде тела вращения, образованного двумя коаксиально сопряженными цилиндрами, меньший из которых заканчивается полусфеТираж 678овета Миннстткрытийаб., д. 45