Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (Сколник М.И. Справочник по радиолокации в 4-х книгах (1976-1978)), страница 6

Один из элементов защищен от воздействия мощности СВЧ излучения, так что он реагирует только на изменения окружающей температуры, в то время как другой элемент реагирует на изменения и окру. жающей температуры и мощности СВЧ. Другим видом элемента, чувствительного к воздействию колебаний СВЧ, является тонкопленочная термопара или термоэлектрический элемент. Выходное напряжение термопары пропорционально рассеянной на ней мощности. В качестве индикатора мощности служит калиброванный вольтметр. Днапа. зон измеряемых мощностей обычно больше, чем в случае применения боло. метра.

В термонаре отсутствует дрейф пуля при изменении окружавкцей тем. пературы. Существуют устройства с термопарой для коакснальных линий н волноводоа, обеспечивающие широкополосные измерения в диапазоне 10 МГц — 40 ГГц. С соответствующими измерятельными приборами эти устройства мохсно бримеиять н очень шираком диапазоне мощностей, обычно 26 !.5, Элементы и узлы линий передачи 0,3 мВт — 100 мВт с точностью ж 134 от всей шкалы.

Для измерения больших мощностей болометры и термопары используются совместно с калиброванными аттенюаторами и (нлн) направленными ответвнтелями. Однако при этом общая точность измерения мощности снижается из-за допусков на калибровку аттенюаторов. Калорнметры СВЧ диапазона (45) применяются обычно для точного измерения мощности в тех случаях, когда мощность превышает ! Вт. В ка. лориметрах для передачи на термочувствительный датчик температурных изменений, обусловленных рассеиванием мощности СВЧ колебаний в нагрузке, служит либо поток жидкости (воды или масла), либо статический теплопровод.

Термочувствительный датчик является частью саманастраяваюшего моста и калибруется по величине постоянного тока известной мощности. Точность измерения мощности проточными калориметрами лежит обычно в пределах л 0,5 — ЕЗз4 от всей шкалы в диапазоне частот Π— 1 ГГц и в пределах л- (! — 5)эгь в диапазоне ! — 12,4 ГГц пРи УРовне мощности от нескольких милливатт до нескольких ватт. С помощью калориметров со статическим теплопроводом с заухай нагрузкойэ можно измерять мощности с точностью, пре.

вышающей ~ 24 от всей шкалы в диапазоне 0 — 10 ГГц и превышающей -ьЗч4 в диапазоне 8 — 18 ГГц при уровне мощности от нескольких микроватт до 1 Вт. Диапазон измеряемых калориметрами мощностей может быть расширен с помощью направленных ответвителей приблизительно до 10 кВт с некоторой потерей точности.

Измерение относительного значения мощности колебанийСВЧ диапазона — удобный способ определения изменения затухания или контроля уровня мощности, а также определения полного сопротивления. Еслн радиолокационный сигнал промодулироввн по амплитуде сигналом низкой частоты, его можно демодулировать с помощью полупроводникового диодного детектора или детектора барретерного типа и после резонансного усилителя низкой частоты подать на измерительный прибор илн осциллограгР.

Полупроводниковые диоды, так же как и на более низких несущих частотах, выделяют огибающую амплитудной модуляции. Детектирующие свойства болометра определяются зависимостью его сопротввления от мощности рассеяния. Тепловая постоянная времени барретерного элемента мала по сравнению с пернодом модулнрующей частоты, поэтому его температура соответствует кзменению уровня мощности СВЧ колебаний со скоростью модуляции; верхний предел частоты модуляции! — 2 кГц в случае детектированив болометром ограничен постоянной времени барретера обычно 80 †2 мкс.

Как полупроводниковый диод, так и барретер имеют квадратичную харантеристику детектирования в очень большом рабочем диапазоне, так что измерительная аппаратура может быть отиалибрована в относительных значениях мощности с приемлемой точностью. Используемый динамический диапазон таких детекторов определяется, с одной стороны, максимальным уровнем мощности, при котором еще сохраняется в достаточной степени квадратичная зависимость, а с другой — минимальным уровнем мощности, при котором шумовые ошибки еще не очень зяачительны. При мощности не превышакнцей 0,25 мкВт, характеристика правильно нагруженного полупроводникового диода в диапазоне СВЧ отклоняется от квадратичного закона не более чем на 2тэ.

Нанменьшаи мощность сигнала, которую может продетектировать полупроводниковый диод, не зависит от частоты и ограничена его низкочастотным сопротивлением и шириной полос пропускаяня цепей на выходе детектора. В случаях, когда неточность детектирования ие превышает 0,1 дБ, ширина полосы пропускания цепей нагрузни 25 Гц, а минимальное отношение сигналгшум 10 дБ (для точных намерений), можно измерить относительное изменение уровня мощности до ЗЗ дБ и более с помощью правильно рассчитанной схемы полупроводникового детектора.

27 Гл. 1. Линии передачи, их основные элементы и узлы Типичным значением чувствительности для полупроводникового детектора ивляется 5000 мкВ выходного напряжения на 1 мкВт мощности высокой частоты. Для барретера — 21 мкВгмкВт. Постоянная времени полупроводниковых детекторов СВЧ много меньше, чем барретеров, и обычно не про. вышает 10 нс.

Полупроводниковые детекторы используются вплоть до мощ. настей порядка нескольких сотен милливатт без опасности выгорания, в то время как для барретеров мощность ограничена 10 мВт. При одинаковой полосе пропускания цепей на выходедетектора наименьшая измеряемая барретером мощность сигнала примерно на !7 дБ больше, чем в случае применения полупроводникового диода. В то же время динамический диапазон измерений барретера больше, чем полупроводникового детектора. Барретерный элемент может работать при максимальном уровне мошмости около 200 мкВт, что соответствует диапазону относительных уровней мощиостн 45 дБ при ошибке детектировании, не превышающей 0,1 дБ.

Динамический диапазон как полупроводникового диода, так и барретера моигно расширить либо путем введения коррекции отклонения характеристи. ки детектора от квадратичного закона, либо применением специальной методики калибровки. Вентили и циркуляторы. Работа ферритов в СВЧ линиях передачи подробно описана а литературе (46 — 48). Феррнты представляют собой магнит. но-керамические материалы, состоящие в основном из окислов металлои, и отличаются от обычных металлических магнитных материалов отсутствием электрической проводимости и незначительными потерями на гистерезис в СВЧ диапазоне. Благодаря чрезвычайно большому удельному сопротивлению хороших ферритов в диапазоне СВЧ электромагнитные волны распространяются в них без значительного отражения и поглощения. Взаимодействие электромагнитного поля сигнала с элентронами феррита управляется с по.

мощью внешнего магнитного поля. Это взаимодействие вызывает изменение магнитной проницаемости феррита и проявляется в таких невзаимиых свойствах, как вращение плоскости поляризации (эффект Фарадея), сдвиг фазы, смещение структуры электромагнитного поля, изменение связи через отверстия, Характеристики электромагнитного поля сигнала зависят от направления распространения через феррит. Феррит характеризуется такими параметрами, как намагниченность насыщения, ширина полосы ферромагнитного резонанса и температура Кюри. Намагниченность насыщения — это величина напряженности магнитного поля, соответствующая магнитному насыщению феррита. На низкочастотном участке диапазона СВЧ потери в феррите возрастают при уменьшении частоты, и наименьшая рабочая частота при заданных потерях пропорцио. нальна намагниченности насьпцения.

Таким образом, в области низкочастот. ного участка диапазона СВЧ требуется небольшая намагниченность насыщения. Ширина полосы ферромагнитного резонанса — это область напряженности приложенного магнитного поля, в пределах которой частота прецессии электронов феррита равна частоте высокочастотного сигнала, вследствие чего возникает резонансное поглощение колебаний СВЧ. Ширина полосы по.

глощения ферритового устройства определяется шириной полосы ферромагнитного резонанса в феррите. При увеличении температуры феррита намагниченность насыщения уменьшается и принимает нулевое значение при температуре Кюри для данного феррита. Средина рабочая мощность колебаний СВЧ в ферритовом устройстве увеличивается с повышением температуры Кюри феррита (при обеспечении соответствующего теплоотвода), Постоянная прецессия электронов в феррите нарушается, когда высокочастотное магнитное поле (по величине импульсной мощности) превышает некоторое критическое значение.

Это авлвется причиной нелинейности режима Работы ферритового устройства. Уровень импульсной мощности, прн котором появляется нелинейность, зависит от напряженности внешнего магнитно~о поля и ширины полосы ферромагнитного резонанса. Разработаны ферритовые 28 1.5. Элементы и узлы линий иередичи устройства с импульсной рабочей мощностьюСВЧ порядка нескольких мегаватт. Основное внимание уделялось уменьшению нелинейности характеристики феррита. Такие характерные для ферритов свойства, иак эффект Фарадея, резонансное поглощение и невзаимное смещение поля, дают возможность разработать пассивные невзаимные»злы СВЧ: вентили, циркуляторы, регу. лируемые аттенюаторы, амплитудные модуляторы, переключатели, ограни. чители и фильтры.

В этом параграфе описаны только вентили и циркуляторы. Веиглиль — устройство однонаправленного действия, предназначенное для защиты какого-либо узла в линии передачи от отражений, возникающих в других узлах, В идеальном случае вентиль полвостью поглощает энергию, уй' Нанрайленае Врал!ения е~ е- хайнай лнадМ Иагнагннае яане Влейнш Вллнейед Вмраиенная Вална [Ц Рнс. !З. Пронина устройства вентнл», в котором нсвольауетсв аффект Фараяен [а!!. распространяющуюся в одном направлении, и обеспечивает передачу внергии без потерь в другом направлении. 74ирлулятор — устройство с !У-плечами, переключающее мощность с одного плеча на другое.