Вимірювач потужності надвисоких частот на основі магніторезистивного ефекту

Вимірювач потужності надвисоких частот (НВЧ) на основі магніторезистивного ефекту, що містить хвилевід, всередині якого розміщена магніторезистивна плівка, яка покрита діелектриком, 3 32905 слідовно проходить гад першою та др угою смужками від початку до кінця, а над третьою та четвертою смужками - від кінця до початку. Пропускання електричного струму по провіднику призводить до такої установки у смужках векторів намагніченості, що зовнішнє магнітне поле, яке реєструється, опір однієї пари смужок збільшує, а др угої - зменшує. Ця структура вміщується у хвилевід і до неї через отвори у стінках цього хвилеводу за допомогою провідників подається напруга постійної величини. При зміні потужності хвилі НВЧ у хвилеводі змінюється і напруженість магнітного поля у місті розташування структури, в результаті чого змінюється опір структури постійному струму. Ця зміна опору викликає розбаланс мостової схеми із опорів, в одне із плечей якої включено структур у із плівок. Величині розбалансу ставиться у відповідність величина потужності у хвилеводі. Розглянутий вище прототип має більш високі електричні параметри, ніж вимірювачі потужності на основі термісторів чи балометрів - вони мають більш високий динамічний діапазон, вищу точність вимірювань та швидкодію. Разом з тим вони мають і недоліки, які притаманні вимірювачам на основі термісторів та балометрів. Це наявність відбиттів як від самої структури магніторезисторів, яка має порівняно великі розміри (перш за все, товщин у), так і від провідників та отворів у стінках, через які ці провідники з'єднують структур у з мостовою схемою. Причому величина та фаза відбитого сигналу, який спотворює результати вимірювань, залежить як від частоти, так і від фази вимірюваного сигналу, а тому практично не може бути вра хована у вигляді поправки при калібруванні, наприклад, пристрою, чи якимось іншим чином. Задачею корисної моделі є розробка пристрою вимірювання потужності НВЧ на основі магніторезистивного ефекту, який мав би підвищену точність вимірювання потужності НВЧ. Технічний результат досягається тим, що пристрій для вимірювання НВЧ потужності, що містить хвилевід, всередині якого розміщена магніторезистивна плівка, яка покрита діелектриком, та індикатор потужності, згідно корисної моделі, пристрій додатково містить ближньо-польовий зонд, другий хвилевід, який має прямокутний поперечний перетин, на одному з кінців якого встановлені послідовно з'єднані НВЧ-генератор, вентиль, а на іншому - поршень, при цьому перший і другий хвилеводи поєднані між собою таким чином, що одна широка стінка кожного хвилеводу є загальною стінкою для обох хвилеводів, які поєднані між собою ближньопольовим зондом, який проходить через другий хвилевід і наскрізний отвір, виконаний по вісі загальної стінки, а іншим кінцем поєднаний зі входом індикатора потужності. Сукупність ознак, що заявляється, є необхідною та достатньою для досягнення технічного результату. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 подана схема розміщення магніторезистивної плівки у першому хвилеводі; на Фіг.2 подана схема вимірювача потужності 4 НВЧ, на Фіг.3 подана залежність показань індикатора потужності від частоти. На Фіг.1 подані перший хвилевід 1, в якому розміщена магніторезистивна плівка 2, отвір 3 у широкій стінці 4. На Фіг.2 подані перший хвилевід 1, в якому розміщена магніторезистивна плівка 2, покрита шаром діелектрика 5, другий хвилевід 6 з генератором 7, вентилем 8, поршнем 9, зонд 10, індикатор потужності 11. На Фіг.3 подані амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) (крива 12) зонда 10, отримана при одній потужності НВЧ у хвилеводі 1 та АЧХ (крива 13) зонда 10, отримана при іншій потужності НВЧ у хвилеводі 1. Магніторезистивна плівка 2 прямокутної форми (сторона плівки менша за чверть вимірюваної довжини хвилі у хвилеводі) розташовується по центру широкої стінки 4 прямокутного першого хвилеводу з хвилею Н 10 симетрично до вісі хвилеводу таким чином, що вісь легкого намагнічування плівки Н л паралельна вісі хвилеводу, тобто перпендикулярна вектору напруженості магнітного поля НВЧ хвилі Н 10 (див. Фіг.1). Магніторезистивна плівка ізолюється від металевої поверхні хвилеводу завдяки нанесеному на одну із її поверхонь або на відповідне місце широкої стінки лінії передачі ізолюючого шару (плівки) діелектрика 5 (див. Фіг.2). У місці розташування плівки у центрі широкої стінки хвилеводу виго товляється отвір 3 з діаметром, значно меншим за довжину хвилі у хвилеводі, через який за допомогою зонда 10 (відрізку провідника) (Фіг.2) цей хвилевід з'єднаний з іншою лінією передачі, у якій збуджена хвиля, з високо стабільною частотою f0 величина якої більша за верхню робочу у першій. Виконання цієї умови не дозволить електромагнітним коливанням першої лінії передачі спотворити поле у другій. Зонд 10, який є навантаженням для другої лінії передачі і практично не впливає на поле першої, доторкається до структури плівок у першому хвилеводі 1. Це забезпечить більш високу чутливість та механічну стабільність зонда 10 як стосовно структури плівок, так і хвилеводу (див. Фіг.2). Сутність роботи пропонованої корисної моделі полягає у наступному. Генератор 7 з постійною частотою f0 через вентиль 8 навантажений на хвилевід 6, який за допомогою малого отвору 3 та зонда 10 з'єднаний з першим хвилеводом 1. Змінюючи розташування рухомого коротко замикаючого поршня 9 (КЗпоршня) зонд 10 можна налаштувати на максимум чутливості до зміни електричних параметрів структури плівок, розташованих у хвилеводі 1. Так, при зміні частоти хвилі Н10 у хвилеводі 6 та при сталих параметрах (частоті, потужності) хвилі Н10 у хвилеводі 1 показання реєструючого приладу індикатора потужності 11 матимуть резонансний вигляд, як показано на Фіг.3. Частота мінімуму залежності показань індикатора потужності 11 від частоти у другому хвилеводі 6 (крива 12 на Фіг.3) та його величина залежать як від відстані КЗ - поршня 9 до зонда 10, так і від електричних параметрів структури плівок, розташованих у хвилеводі 1. 5 32905 Якщо крива 12 на Фіг.3 отримана при потужності у хвилеводі 1, що відповідає середині вимірюваного діапазону потужностей, то частота f 0, яка відповідає середині лінійної частини схилу кривої 12, повинна бути вибрана робочою для генератора 7, для якого навантаженням є хвилевід 6. Криву 12 при вибраних параметрах пристрою можна вважати амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) зонда 10. Із зміною потужності НВЧ сигналу у хвилеводі 1 зміниться й напруженість магнітного поля хвилі Н10, а це призведе до зміни електричних параметрів (опору, а, значить, і діелектричної сталої) магніторезистивної плівки 2. Оскільки структура плівок знаходиться у зоні ближнього поля зонда, то, як відомо найменша зміна її параметрів призведе до значної зміни вхідного опору зонда, а, значить і величини перевипроміненого ним НВЧ сигналу у хвилеводі 6. В результаті крива 12 трансформується в криву, наприклад, 13 і значення реєструючого приладу індикатора потужності зміняться з величини U1 до U2 (U2 U1 (на Фіг.3 не показано). Якщо U2 та U3 отримані при мінімальній та максимальній потужностях у хвилеводі 1, то їх різниця визначає діапазон вимірюваних потужностей, роздільну здатність та точність вимірювань. Висока точність вимірювань забезпечується тим, що: - вся вимірювальна частина приладу працює на одній високо стабільній частоті f0, що дозволяє уникнути необхідності компенсації як правило складних частотни х залежностей вимірювальної 6 апаратури НВЧ; - зв'язок між хвилеводами 1 та 6 утворюється завдяки малого отвору 3, прорізаного по центру спільної широкої стінки 4, яке, як відомо, практично не збурює поле у хвилеводі 1, а тому майже не випромінює енергію і тим самим не спотворює поле НВЧ у хвилеводі 6. І дійсно, сигнал незначної потужності, який все-таки потрапить із першого хвилеводу 1, згасне на відстані 2-3 довжин хвиль, оскільки його частота f буде близькою до критичної частоти хвилеводу 6; - сигнал з частотою f0, який потрапить із другого хвилеводу у перший не призведе до спотворення у ньому потужності, бо потужність генератора f0 мінімальна і становитиме долі мінімальної вимірюваної потужності, а також сигнал з частотою f0, оскільки вона значно більша за f, "сяде" за рахунок "паразитних" ємкостей апаратури, на яку навантажений хвилевід 1; - стр уктура плівок має малу (декілька десятків мкм) порівняно з аналогом товщину, а тому відбиття від неї, які зменшують точність приладу, будуть меншими; - у запропонованому те хнічному рішенні відсутні провідники, що з'єднують плівки, в результаті чого також зменшаться неконтрольовані відбиття від структури плівок, що дозволить підвищити точність вимірювань потужності. Корисна модель, що пропонується може знайти широке застосування під час розробки радіоелектронних систем НВЧ-діапазону в різних галузях техніки як в автоматизованих системах так і для потреб розробників радіоелектронної апаратури відповідного діапазону частот. Фіг.1 7 32905 8 Фіг.2 Фіг.3 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601