Способ измерения свч-мощности

Изобретение относится к техникеизмерений на СВЧ,Известен способ измерения СВЧ-мощности, основанный на преобразованииизмеряемого сигнала в тепловой поток с последующим преобразованиемтеплового потока в электрический сигнал с помощью датчика температуры. термопары или болометра, причем повеличине электрического сигнала датчика температуры в таком .способе определяют значение мощности измеряемого сигнала Г 11Недостатки способа состоят в низкой точности измерений и ограниченном сверху динамическом диапазонеизмеряемых сигналов.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ измерения СВЧ-мощности, включающий преобразование измеряемойСВЧ-мощности в тепловой поток и компенсацию теплового потока охлаждающим потоком термоэлектрическогоохладителя, питаемого электрическимсигналом 2).Однако известный способ не обеспечивает высокой точности измеренийи требует значительного времени напроведение 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 охлаждающимпотоком термоэлектрического охладителя, питаемого электрическим сигналом, при котором электрическийсигнал формируют в виде последовательности двухполярных импульсов,регулируют его среднее значение, поддерживая постоянным действующее значение до момента компенсации, аСВ 9-мощность определяют по величинесреднего значения в момент компенсации теплового потока охлаждающимпотоком,На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства,реализующего способ измерения СВЧмощности, .Устройство содержит волноводныйтракт 1, нагрузку 2, датчик 3 температуры, термоэлектрический охладитель 4, помещенные в корпус 5, микровольтметр б постоянного тока,регулируемый источник 7 питания, измеритель 8 действующего значения напряжения (тока) и измеритель 9 среднего значения напряжения (тока), подключенные к выходу регулируемогоисточника 7 питания.Датчик 3 температуры (батареятермопар) установлен так, что его55 60 65 Электрический сигнал, вырабатываемый регулируемым источником 7 питания, преобразуют с помощью термоэлектричесКого охладителя 4 в охлаждающий поток, протекающий через нагрузку.Компенсируют тепловой поток измеряемого СВЧ-сигнала охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя 4 путем регулирования среднего значения электрического сигнала при постоянном значении действующего знарабочие спаи имеют тепловой контактс нагрузкой 2, а "холоцные" спаис корпусом 5.Термоэлектрический охладитель 4установлен так, что его рабочиеспаи имеют тепловой контакт с нагрузкой 2, а теплоотводящие спаис корпусом 5,Выход датчика 3 температуры соединен с входом микровольтметра б.10 Выход регулируемого источника 7питания соединен с цепью питаниятермоэлектрического охладителя 4.В качестве волноводного тракта 1 может быть использован отрезок15 трубы иэ материала с низкой теплопроводностью, например из нержавеющей стали, с толщиной стенок 2025 мкм. В качестве нагрузки 2 можетбыть использован твердый диэлектрикс большими потерями. В качестве датчика 3 температуры может быть использована термопара или батарея термо"пар.Термоэлектрический охладитель 4может быть выполнен в виде полупроводникового термоэлектрического элемента или в виде батареи термоэлектрических элементов по одной из известных конструктивных схем,В качестве микровольтметра б может быть использован гальванометрмагнитоэлектрической системы. В качестве регулируемого источника 7питания может быть использован стандартный генератор двухполярных импульсов регулируемой длительности,В качестве измерителя 8 действующего значения напряжения тока может быть использован стандартный вольтметр или амперметр. В качестве измерителя 9 среднего значения напряжения(тока) может быть использованстандартный вольтметр или амперметр.Измерение СВЧ-мощности производятследующим 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 б.1084 б 91 0 где К 2 50 60 Р = К Рсеч 65 чения сигнала. В процессе компенсации уровни действующего и среднегозначений электрического сигнала навыходе регулируемого источника 7 контролируют по показаниям измерителей 8 и 9. 5В момент компенсации, определяемыйпо 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 компенсацииподдерживается неизменной частотапрямоугольных двухполярных импульсов тока (напряжения) .на выходерегулируемого источника 7 питания,а также поддерживается неизменнойамплитуда прямоугольных двухполяр"ных импульсов на -выходе регулируемо 20го источника 3 питания, а регулируется длительность разнополярных частей прямоугольных импульсов, тосреднее значение тока (напряжения)питания термоэлектрического охлади- .теля 4 изменяется и пропорциональноему 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 моментравенства нулю показаний микровольтметра 6) значение мощностиизмеряемого СВЧ-сигнала может бытьопределено по среднему значению тока (напряжения) питания термоэлектрического охладителя 4 или по сред-,нему 3 начению длительностей однополярных 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. Физические процессы, протекающие при этом, описываются следующими математическими выражениями,Тепловая мощность Р, выделяемаяизмеряемым сигналом в йагрузке 2,равна где К - коэффициент пропорциональности, зависящей от конструкции волновода и свойствнагрузки;Рсеч- значение мощности измеряемого СВЧ-сигнала.Охлаждающая мощность Рыхл , выделяемая термоэлектрическим охладителем, равнагяохл 7Ркоэффициент пропорциональности, зависящей от свойствматериала охладителя;3 - значение тока через охладительЯ - активное сопротивление охладителяВ момент компенсации Рыл = Рт или К 4 Рсоч = К 73 -ЭЯ . Из последнего выражения видно, что зависимость между измеряемым сигналом Р ц и информативным параметром выходного сигнала Э имеет нелинейный характер. Поскольку реальные термоэлектрические охладители имеют значение РО, то значение ЭгЯ и определяет достижимую точность измерения СВЧ- мощности 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 Р выделяетохлся только в рабочем спае термоэлектрического охладителя, а паразитная нагревающая мощность Э Я выделяется во все объеме термоэлектрического охладителя. Поэтому при любых измен нениях тока Э 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 следователь,но,и квадратичный член Э 7 Я, определяю щий значение паразитной тепловой мощности, выделяемой в термоэлектрическом охладителе, при любых изменениях среднего значения тока (при любых изменениях компенсирующей охлаждающей мощности ) остается постоянным Э Я =сопя:, поэтому завигсимость между измеряемым сигналом (Рс) и информативным параметром .выходного сигнал (Э ) имеет лисрнейный характер, что позволяет повы-. сить точность измерения, применяя1084691 Составитель Г.СтепаненкоРедактор С.Юско Техред М.Кузьма Корректор Ю.Макаренко Заказ 1990/39 Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 реально существующие термоэлектрические охладители.Постоянство в процессе измерения паразитной тепловой мощности ЭР определяет и больщую скорость установления рабочего режима охладителя,что позволяет повысить скорость проведения операции компенсации, т.е.повысить скорость проведения измерения.