5.2. ДАТЧИКИ УРОВНЯ МОЩНОСТИ СВЧ

Применение твердотельных резонаторов в технике измерений и контроля представляет интерес в связи с задачами частотноизбирательного измерения параметров сигналов СВЧ. Особый интерес представляет частотно-избирательное измерение мощности, т. е. измерение мощности одного или каждого из нескольких различающихся по частоте сигналов, поступающих на вход измерительного устройства одновременно. Проблема приобретает все большее значение в связи с необходимостью измерения мощности побочных излучений генераторов СВЧ [126].

Определенным вкладом в решение задачи частотно-избирательного измерения мощности СВЧ явилось создание измерителей на основе перестраиваемых ферритовых резонаторов. В частности, были предложены измерители, определяющие среднее значение мощности СВЧ-сигнала по приращению температуры ферритового резонатора, настроенного в резонанс с частотой измеряемого сигнала и нагреваемого поглощенной мощностью [127—130]. Примерами практических конструкций частотно-избирательных датчиков среднего значения мощности СВЧ могут быть измерительная волноводная головка [130, 131] и коаксиальная головка [132], преимуществами которой являются широкополосность и компактность.

Измерительная коаксиальная головка

Основным элементом коаксиальной измерительной головки (рис. 98) является отрезок коаксиальной линии 1, в котором расположена диэлектрическая пластина 3. Сферический ферритовый резонатор 2 расположен в области круговой (или почти круговой) поляризации СВЧ магнитного поля. Резонатор закреплен на полистироловом держателе 9, который введен внутрь отрезка коаксиальной линии через отверстие во внешнем проводнике 10 коаксиальной линии. Поле подмагничивания создается магнитной системой 8.

Ферритовый резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля, что целесообразно по. двум причинам: во-первых, с целью устранения резонансного отражения энергии от ферритового резонатора и, во-вторых, для обеспечения возможности полного поглощения мощности СВЧ ферритовым резонатором при связи, равной критической

На выходе отрезка коаксиала с ферритовым резонатором может быть включен согласованный развязывающий аттенюатор 7 (например, в виде коаксиальной линии с размещенной в ней поглощающей пластиной 4). Аттенюатор предназначен для уменьшения отражений от оконечного индикатора, в качестве которого в простейшем случае может быть использована детекторная камера с индикатором тока детектора. Гораздо более

совершенным оконечным индикатором является резонансный волномер или приемник (желательно панорамный волномер или приемник), который настраивают на частоту измеряемого сигнала, и при этом другие сигналы не оказывают влияния на показания индикатора.

Рис. 98. Схематическое изображение измерительной коаксиальной головки.

Рис. 99. Система термоиндикации измерительной головки с ферритовым резонатором.

Мерой мощности, поглощенной ферритовым резонатором, является приращение температуры резонатора, измеренное при помощи термопар. Конструкция держателя с вмонтированными в него термопарами показана на рис. 99. Система термоиндикации включает две термопары, одна из которых 1 находится в тепловом контакте с резонатором и является рабочей, а вторая 2 — опорной (термокомпенсирующей). Выводы термопар припаиваются к контактам, укрепленным на держателе.

Расчет параметров коаксиальной головки сводится к определению параметров диэлектрической пластины и ферритового резонатора, при которых коэффициент связи резонатора с частично заполненной диэлектриком коаксиальной линией (табл. 6) близок к единице на средней частоте рабочего диапазона головки. Необходимо также выполнить расчет согласования частично заполненной коаксиальной линии с незаполненной [133].

Рис. 100. Зависимость величины тока выходного прибора от уровня падающей мощности при резонансе (а) и от расстройки ферритового резонатора в области резонанса (б).

Типичные характеристики головки при использовании резонатора на основе -феррита показаны на рис. 100. Зависимость тока термопар от уровня падающей мощности (рис. 100, а) отличается от линейной при мощностях больше что свидетельствует о переходе резонатора в нелинейный режим работы из-за параметрического возбуждения спиновых волн. Зависимость тока термопар от расстройки вблизи частоты ферромагнитного резонанса (рис. 100, б) в сущности представляет собой резонансную кривую ферритового резонатора, определяющую избирательные свойства головки.