Давичук А.Г., Смирнов В.В. Введение в теорию и практику исследования устройств сверхвысоких частот и антенн, страница 6

Датчики этих измерителей используют следующие явления:

¾  давление электромагнитных волн на стенки волновода или на специальную пластину;

¾  эффект Холла;

¾  эффект разогрева тонкой пленки;

¾  эффект образования термо ЭДС «горячих» носителей тока в полупроводнике.

В пондеромоторных преобразователях энергия СВЧ колебаний преобразуется в механическую энергию деформации упругого тела. Поскольку сила давления электромагнитных волн крайне мала (при Pпр=1 Вт давление составляет ~10-8 H), то преобразователи этого вида используются для измерения средних и больших уровней проходящей мощности.

В качестве датчиков используются:

¾  упругие пластины, устанавливаемые в частично удаленную узкую стенку волновода и связанные с датчиком механического давления в виде пьезоэлемента, конденсаторного микрофона и т.п.;

¾  металлические пластинки, подвешиваемые на тонкой кварцевой нити внутри волновода, и поворачивающиеся под действием давления электромагнитных волн.

Достоинствами преобразователей этого вида являются:

¾  высокая точность (погрешность измерений до 1%, что и обусловливает их применение в образцовых ваттметрах);

¾  малая инерционность;

¾  нечувствительность к перегрузкам.

Недостатки:

¾  чувствительность к механическим воздействиям;

¾  «ювелирная» точность изготовления;

¾  практическая возможность применения лишь в лабораторных условиях.

В датчиках на эффекте Холла ЭДС Холла является мерой проходящей мощности. Под эффектом Холла понимают возникновение поперечной разности потенциалов во всякой проводящей пластине, по которой в продольном направлении протекает ток, если на этот ток воздействует магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен направлению тока.

Достоинствами таких датчиков являются:

¾  возможность работы в широком частотном диапазоне (0¸10 ГГц);

¾  возможность измерения импульсной мощности;

¾  возможность измерения проходящей мощности независимо от степени согласования нагрузки с фидером;

Недостатки:

¾  низкая чувствительность (£10 мкВ/Вт);

¾  малый динамический диапазон.

На практике датчики на эффекте Холла не нашли широкого применения.

В пленочных преобразователях измеряют изменение сопротивления термочувствительной пленки, находящейся в фидерном тракте, под воздействием СВЧ поля. Пленочные преобразователи называют также преобразователями с поглощающей стенкой. Датчик представляет собой тонкую (0,1 – 0,3 мм) полупроводниковую или металлическую пленку, нанесенную либо на узкую стенку волновода, либо на внешний проводник коаксиальной линии, либо на специальную подложку, расположенную в волноводе.

Протяженность поглощающей стенки вдоль линии должна быть не менее λв/2.

Достоинствами этих датчиков являются:

¾  широкий частотный диапазон (до 40 – 110 ГГц);

¾  простота и надежность.

Недостатки:

¾  малая точность измерений;

¾  инерционность (до 5 сек);

¾  невысокая чувствительность.

Преобразователи проходящей мощности, использующие эффекты «горячих» носителей тока, основаны на:

1)  изменении электропроводности полупроводника в сильном электрическом поле вследствие увеличения кинетической энергии электронов;

2)  образовании термо ЭДС в точечном контакте полупроводника  с металлом в сильном электрическом поле вследствие неоднородного «разогрева» носителей в области контакта.

Теория этих эффектов достаточно разработана, но удовлетворительных практических результатов пока нет.

Достоинства этих датчиков:

¾  простота конструкции;

¾  малая инерционность (10-12 сек);

¾  высокая чувствительность (10 – 20 мВ/мВт).

Недостатки:

¾  малый динамический диапазон (10 – 20 дБ);

¾  большая зависимость от температуры внешней среды;

¾  трудность выделения полезного сигнала из прочих (ЭДС Холла, термо ЭДС);

¾  необходимость калибровки перед каждым измерением.

Эти датчики считаются перспективными для создания автоматизированных ваттметров, особенно для контроля импульсной мощности.

3. Передающие антенны