माइक्रोवेव इंजीनियरिंग - माप

माइक्रोवेव इंजीनियरिंग के क्षेत्र में, कई अनुप्रयोग होते हैं, जैसा कि पहले अध्याय में पहले ही कहा जा चुका है। इसलिए, विभिन्न अनुप्रयोगों का उपयोग करते समय, हम अक्सर प्रभावी उपयोग के लिए अलग-अलग मानों जैसे पावर, एटेन्यूएशन, फेज शिफ्ट, वीएसडब्ल्यूआर, इम्पेडेंस आदि को मापने की आवश्यकता पर आते हैं।

इस अध्याय में, आइए हम विभिन्न माप तकनीकों पर एक नज़र डालें।

शक्ति का मापन

माइक्रोवेव पॉवर मापा जाता है, जो कि तरंग तरंग में किसी भी स्थिति में औसत शक्ति है। बिजली की माप तीन प्रकार की हो सकती है।

• कम शक्ति का मापन (0.01mW से 10mW)

  उदाहरण - बोलोमेट्रिक तकनीक

• मध्यम शक्ति का मापन (10mW से 1W)

  उदाहरण - कैलोरीमीटर तकनीक

• उच्च शक्ति का मापन (> 10W)

  उदाहरण - कैलोरीमीटर वाट मीटर

आइए उनके बारे में विस्तार से जानें।

कम शक्ति का मापन

0.01mW से 10mW के आसपास माइक्रोवेव पावर की माप, कम शक्ति के माप के रूप में समझा जा सकता है।

Bolometerएक उपकरण है जो कम माइक्रोवेव शक्ति माप के लिए उपयोग किया जाता है। बोलोमीटर में प्रयुक्त तत्व सकारात्मक या नकारात्मक तापमान गुणांक का हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक बैराज में एक सकारात्मक तापमान गुणांक होता है जिसका प्रतिरोध तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है। थर्मिस्टर में नकारात्मक तापमान गुणांक होता है जिसका प्रतिरोध तापमान में वृद्धि के साथ घटता जाता है।

उनमें से किसी का उपयोग बोलोमीटर में किया जा सकता है, लेकिन प्रतिरोध में परिवर्तन माप के लिए लागू माइक्रोवेव शक्ति के लिए आनुपातिक है। इस बॉयोमीटर का उपयोग हथियारों के एक पुल के रूप में किया जाता है ताकि किसी भी असंतुलन के कारण उत्पादन प्रभावित हो। एक बॉयोमीटर का उपयोग कर ब्रिज सर्किट का एक विशिष्ट उदाहरण निम्न आकृति में दिखाया गया है।

यहां का मिलीमीटर, बहने वाले प्रवाह का मूल्य देता है। बैटरी परिवर्तनशील है, जो संतुलन प्राप्त करने के लिए विविध है, जब एक असंतुलन बोल्टोमीटर के व्यवहार के कारण होता है। यह समायोजन जो डीसी बैटरी वोल्टेज में किया जाता है वह माइक्रोवेव पावर के लिए आनुपातिक है। इस सर्किट की पावर हैंडलिंग क्षमता सीमित है।

मध्यम शक्ति का मापन

माइक्रोवेव पावर की माप 10mW से 1W के आसपास, मध्यम शक्ति के माप के रूप में समझा जा सकता है।

एक विशेष भार कार्यरत है, जो आमतौर पर विशिष्ट गर्मी का एक निश्चित मूल्य रखता है। मापी जाने वाली शक्ति, इसके इनपुट पर लागू होती है जो आनुपातिक रूप से उस लोड के आउटपुट तापमान को बदलती है जिसे वह पहले से ही बनाए रखता है। तापमान वृद्धि का अंतर, इनपुट माइक्रोवेव पावर को लोड के लिए निर्दिष्ट करता है।

आउटपुट प्राप्त करने के लिए यहां ब्रिज बैलेंस तकनीक का उपयोग किया जाता है। ऊष्मा अंतरण विधि का उपयोग शक्ति के मापन के लिए किया जाता है, जो कि एक कैलोरीमीटर तकनीक है।

उच्च शक्ति का मापन

माइक्रोवेव पावर की माप 10W से 50KW के आसपास, उच्च शक्ति के माप के रूप में समझा जा सकता है।

उच्च माइक्रोवेव शक्ति को आमतौर पर कैलोरिमीटर वाट द्वारा मापा जाता है, जो शुष्क और प्रवाह प्रकार का हो सकता है। शुष्क प्रकार को नाम दिया गया है क्योंकि यह एक समाक्षीय केबल का उपयोग करता है जो उच्च हिस्टैरिसीस नुकसान के डी-इलेक्ट्रिक से भरा होता है, जबकि प्रवाह प्रकार को नाम दिया गया है क्योंकि यह पानी या तेल या कुछ तरल का उपयोग करता है जो माइक्रोवेव का एक अच्छा अवशोषक है।

भार में प्रवेश करने से पहले और बाद में तरल के तापमान में परिवर्तन, मूल्यों के अंशांकन के लिए लिया जाता है। इस पद्धति की सीमाएँ प्रवाह निर्धारण, अंशांकन और ऊष्मीय जड़ता आदि जैसी हैं।

मापन का मापन

व्यवहार में, माइक्रोवेव घटक और उपकरण अक्सर कुछ क्षीणन प्रदान करते हैं। पेश किए गए क्षीणन की मात्रा को दो तरीकों से मापा जा सकता है। वे हैं - पावर अनुपात विधि और आरएफ प्रतिस्थापन विधि।

आटिनेशन आउटपुट पावर में इनपुट पावर का अनुपात है और सामान्य रूप से डेसीबल में व्यक्त किया जाता है।

$ $ Attenuation \: in:: dBs = 10 \: लॉग \ frac {P_ {in}} {P_ {out}} $$

जहाँ $ P_ {in} $ = इनपुट पावर और $ P_ {out} $ = आउटपुट पावर

पावर अनुपात विधि

इस पद्धति में, क्षीणन की माप दो चरणों में होती है।

• Step 1 - पूरे माइक्रोवेव बेंच के इनपुट और आउटपुट पावर को डिवाइस के बिना किया जाता है जिसकी क्षीणन की गणना की जानी है।

• Step 2 - पूरे माइक्रोवेव बेंच के इनपुट और आउटपुट पावर को डिवाइस के साथ किया जाता है जिसकी क्षीणन की गणना की जानी है।

तुलना करने पर इन शक्तियों का अनुपात क्षीणन का मूल्य देता है।

निम्नलिखित आंकड़े दो सेटअप हैं जो यह बताते हैं।

Drawback - जब इनपुट पावर कम होती है और नेटवर्क का क्षीणन बड़ा होता है, तो शक्ति और क्षीणन मापन सटीक नहीं हो सकता है।

आरएफ प्रतिस्थापन विधि

इस पद्धति में, क्षीणन की माप तीन चरणों में होती है।

• Step 1 - पूरे माइक्रोवेव बेंच की आउटपुट पावर को उस नेटवर्क से मापा जाता है जिसके क्षीणन की गणना की जानी है।

• Step 2 - पूरे माइक्रोवेव बेंच की आउटपुट पावर को नेटवर्क को एक सटीक कैलिब्रेटेड एटेन्यूएटर से बदलकर मापा जाता है।

• Step 3 - अब, यह एटेन्यूएटर नेटवर्क के साथ मापा गया समान शक्ति प्राप्त करने के लिए समायोजित किया गया है।

निम्नलिखित आंकड़े दो सेटअप हैं जो यह बताते हैं।

एटेन्यूएटर पर समायोजित मान सीधे नेटवर्क का क्षीणन देता है। उपरोक्त विधि में कमी को यहां टाला गया है और इसलिए क्षीणन को मापने के लिए यह एक बेहतर प्रक्रिया है।

चरण शिफ्ट का मापन

व्यावहारिक कार्य स्थितियों में, वास्तविक संकेत से संकेत में एक चरण परिवर्तन हो सकता है। ऐसी चरण पारी को मापने के लिए, हम एक तुलना तकनीक का उपयोग करते हैं, जिसके द्वारा हम चरण पारी को जांच सकते हैं।

चरण शिफ्ट की गणना करने के लिए सेटअप निम्न आकृति में दिखाया गया है।

यहां, माइक्रोवेव स्रोत सिग्नल उत्पन्न करने के बाद, यह एक एच-प्लेन टी जंक्शन से गुजरता है, जिसमें से एक पोर्ट नेटवर्क से जुड़ा होता है, जिसकी चरण शिफ्ट मापी जानी होती है और दूसरा पोर्ट एक समायोज्य सटीक चरण शिफ्टर से जुड़ा होता है।

डिमोड्यूलेटेड आउटपुट 1 KHz साइन लहर है, जो सीआरओ से जुड़ा हुआ है। इस चरण शिफ्टर को ऐसे समायोजित किया जाता है कि 1 KHz साइन लहर का इसका आउटपुट भी उपरोक्त से मेल खाता है। दोहरी मोड सीआरओ में अवलोकन के बाद मिलान किया जाता है, यह सटीक चरण शिफ्टर हमें चरण बदलाव की रीडिंग देता है। यह निम्नलिखित आकृति से स्पष्ट रूप से समझा जाता है।

यह प्रक्रिया चरण शिफ्ट की माप में अधिकतर उपयोग की जाने वाली है। अब, देखते हैं कि वीएसडब्ल्यूआर की गणना कैसे की जाती है।

VSWR का मापन

माइक्रोवेव के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, किसी भी तरह की प्रतिबाधा बेमेल लहरों के गठन की ओर ले जाती है। इन स्टैंडिंग वेव्स की ताकत को वोल्ट स्टैंडिंग वेव रेशियो ($ VSWR $) द्वारा मापा जाता है। अधिकतम न्यूनतम वोल्टेज का अनुपात $ VSWR $ देता है, जिसे $ S $ द्वारा दर्शाया जाता है।

$ $ S = \ frac {V_ {अधिकतम}} {V_ {min}} = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} $$

जहां, $ \ rho = प्रतिबिंब \: सह-कुशल = \ frac {P_ {प्रतिबिंबित}} {P_ {घटना}} $

$ VSWR $ की माप दो तरह से की जा सकती है, कम $ VSWR $ और उच्च $ VSWR $ माप।

कम VSWR का माप (S <10)

कम $ वीएसडब्ल्यूआर $ की माप डीसी मिलिवोलमीटर जो वीएसडब्ल्यूआर मीटर है पर एक रीडिंग प्राप्त करने के लिए एटेन्यूएटर को समायोजित करके किया जा सकता है। रीडिंग को स्लोटेड लाइन और एटेन्यूएटर को इस तरह से समायोजित करके लिया जा सकता है कि डीसी मिलिवोलमीटर पूर्ण पैमाने पर पढ़ने के साथ-साथ न्यूनतम रीडिंग भी दिखाता है।

अब इन दो रीडिंग की गणना नेटवर्क के $ VSWR $ का पता लगाने के लिए की जाती है।

उच्च VSWR का माप (S> 10)

उच्च $ VSWR $ का माप जिसका मूल्य 10 से अधिक है, को विधि नामक विधि द्वारा मापा जा सकता है double minimum method। इस विधि में, न्यूनतम मूल्य पर रीडिंग ली जाती है, और पहले और बाद में शिखा में न्यूनतम मूल्य के आधे बिंदु पर रीडिंग भी ली जाती है। इसे निम्न आकृति द्वारा समझा जा सकता है।

अब, वीएसडब्ल्यूआर $ की गणना एक संबंध से की जा सकती है, जैसे -

$$ VSWR = \ frac {\ _ lambda_ {g}} {\ pi (d_2-d_1)} =$

जहां, $ \ lambda_g \: is \: the: the: निर्देशित: \ तरंग दैर्ध्य $

$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {\ sqrt {1 - (\ frac {\ _ lambda_0} {\ lambda_c}) ^ 2}} \ quad जहाँ \ _ \ _ lambda_0 \ _: = {c} / {f}। $$

जैसा कि यहां दो न्यूनतम बिंदुओं पर विचार किया जा रहा है, इसे दोहरी न्यूनतम विधि कहा जाता है। अब, हम प्रतिबाधा के माप के बारे में जानें।

प्रतिबाधा का मापन

मैजिक टी के अलावा, हमारे पास दो अलग-अलग विधियां हैं, एक स्लेटेड लाइन का उपयोग कर रही है और दूसरा रिफ्लेक्टोमीटर का उपयोग कर रही है।

प्रति पंक्ति रेखा का उपयोग प्रतिबाधा

इस विधि में, प्रतिबाधा को स्लोटेड लाइन का उपयोग करके मापा जाता है और $ Z_L $ लोड किया जाता है और इसके उपयोग से $ V_ {अधिकतम} $ और $ V_ {min} $ निर्धारित किया जा सकता है। इस विधि में, प्रतिबाधा की माप दो चरणों में होती है।

• Step 1 - लोड $ Z_L $ का उपयोग करके विमिन का निर्धारण।

• Step 2 - लोड को कम करने के द्वारा विमिन का निर्धारण।

यह निम्नलिखित आंकड़ों में दिखाया गया है।

जब हम लोड का उपयोग करके $ V_ {अधिकतम} $ और $ V_ {min} $ का मान प्राप्त करने का प्रयास करते हैं, तो हमें कुछ मूल्य मिलते हैं। हालांकि, यदि लोड को कम करने के द्वारा ही किया जाता है, तो न्यूनतम स्थानांतरित हो जाता है, या तो दाईं ओर या बाईं ओर। यदि यह शिफ्ट बाईं ओर है, तो इसका मतलब है कि लोड आगमनात्मक है और यदि यह दाईं ओर है, तो इसका मतलब है कि लोड प्रकृति में कैपेसिटिव है। निम्नलिखित आंकड़ा यह बताते हैं।

डेटा रिकॉर्ड करके, एक अज्ञात प्रतिबाधा की गणना की जाती है। प्रतिबाधा और चरण दोनों में प्रतिबाधा और प्रतिबिंब गुणांक $ \ rho $ प्राप्त किया जा सकता है।

प्रतिक्षेपक का उपयोग प्रतिबाधा

स्लेटेड रेखा के विपरीत, रिफ्लेक्टोमीटर केवल प्रतिबाधा के परिमाण को खोजने में मदद करता है न कि चरण कोण से। इस विधि में, दो दिशात्मक युग्मक जो समान होते हैं लेकिन दिशा में भिन्न होते हैं।

इन दो कप्लर्स का उपयोग घटना की शक्ति $ P_i $ का नमूना लेने में किया जाता है और भार से $ $ P_r परिलक्षित शक्ति $। रिफ्लेक्टोमीटर जुड़ा हुआ है जैसा कि निम्न आकृति में दिखाया गया है। इसका उपयोग प्रतिबिंब गुणांक $ \ rho $ की परिमाण प्राप्त करने के लिए किया जाता है, जिससे प्रतिबाधा प्राप्त की जा सकती है।

रिफ्लेक्टोमीटर रीडिंग से, हमारे पास है

$ $ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $ $

$ \ Rho $ के मूल्य से, $ VSWR $, यानी $ S $ और प्रतिबाधा की गणना की जा सकती है

$ $ S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} \ quad और \ quad \ frac {z-z_g} {z + z_g} = \ rho $$

जहां, $ z_g $ को लहर प्रतिबाधा कहा जाता है और $ z $ अज्ञात प्रतिबाधा है।

हालांकि आगे और रिवर्स वेव पैरामीटर यहां देखे गए हैं, लेकिन कप्लर्स की दिशात्मक संपत्ति के कारण कोई हस्तक्षेप नहीं होगा। एटेन्यूएटर कम इनपुट शक्ति को बनाए रखने में मदद करता है।

गुहा गुंजयमान यंत्र की क्यू की माप

हालांकि मापने के लिए ट्रांसमिशन विधि, इम्पीडेंस विधि और क्षणिक क्षय या विकृति विधि जैसे तीन तरीके हैं Q एक गुहा प्रतिध्वनि का, सबसे आसान और सबसे अधिक पालन विधि है Transmission Method। इसलिए, आइए हम इसके माप सेटअप पर एक नज़र डालें।

इस पद्धति में, गुहा प्रतिध्वनि उस उपकरण के रूप में कार्य करता है जो संचारित करता है। आउटपुट सिग्नल को आवृत्ति के एक फ़ंक्शन के रूप में प्लॉट किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप एक अनुनाद वक्र होता है जैसा कि निम्न आकृति में दिखाया गया है।

ऊपर के सेटअप से, माइक्रोवेव स्रोत की सिग्नल आवृत्ति भिन्न होती है, सिग्नल स्तर को स्थिर रखता है और फिर आउटपुट पावर मापा जाता है। गुहा प्रतिध्वनि को इस आवृत्ति के लिए ट्यून किया जाता है, और संकेत स्तर और आउटपुट पावर को फिर से अंतर को नोटिस करने के लिए नोट किया जाता है।

जब आउटपुट प्लॉट किया जाता है, तो प्रतिध्वनि वक्र प्राप्त होता है, जिससे हम हाफ पावर बैंडविड्थ (HPBW) $ (2 \ Delta) $ मान देख सकते हैं।

$ $ 2 \ Delta = \ pm \ frac {1} {Q_L} $ $

जहां, $ Q_L $ लोड किया गया मान है

$ $ या \ Quad Q_L = \ pm \ frac {1} {2 \ Delta} = \ pm \ frac {w} {2 (w-w_0)} $ $

यदि माइक्रोवेव स्रोत और गुहा के बीच युग्मन, साथ ही डिटेक्टर और गुहा के बीच युग्मन की उपेक्षा की जाती है, तो

$$ Q_L = Q_0 \: (अनलोडेड \: Q) $$

कमी

इस प्रणाली का मुख्य दोष यह है कि, संचालन के संकीर्ण बैंड के कारण बहुत उच्च क्यू सिस्टम में सटीकता थोड़ी खराब है।

हमने विभिन्न मापदंडों की कई प्रकार की माप तकनीकों को कवर किया है। अब, इन पर कुछ उदाहरण समस्याओं को हल करने का प्रयास करते हैं।