마이크로파 공학-측정

마이크로 웨이브 엔지니어링 분야에서는 이미 첫 번째 장에서 언급했듯이 많은 응용 분야가 발생합니다. 따라서 다양한 애플리케이션을 사용하는 동안 효과적인 사용을 위해 전력, 감쇠, 위상 편이, VSWR, 임피던스 등과 같은 다양한 값을 측정해야하는 경우가 종종 있습니다.

이 장에서는 다양한 측정 기술을 살펴 보겠습니다.

전력 측정

측정 된 마이크로파 전력은 도파관의 모든 위치에서 평균 전력입니다. 전력 측정은 세 가지 유형이 있습니다.

저전력 측정 (0.01mW ~ 10mW)

예-부피 측정 기법
중전 력 측정 (10mW ~ 1W)

예-열량계 기술
고전력 측정 (> 10W)

예-열량계 전력계

자세히 살펴 보겠습니다.

저전력 측정

0.01mW에서 10mW까지의 마이크로파 전력 측정은 저전력 측정으로 이해 될 수 있습니다.

Bolometer낮은 마이크로파 전력 측정에 사용되는 장치입니다. 볼로미터에 사용되는 요소는 양 또는 음의 온도 계수 일 수 있습니다. 예를 들어, barrater는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하는 양의 온도 계수를 갖습니다. 서미스터는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 음의 온도 계수를 갖습니다.

볼로미터에는 어느 것이나 사용할 수 있지만 저항의 변화는 측정에 적용되는 마이크로파 전력에 비례합니다. 이 볼로미터는 팔 다리에서 하나로 사용되어 불균형이 발생하여 출력에 영향을 미칩니다. 볼로미터를 사용하는 브리지 회로의 일반적인 예는 다음 그림과 같습니다.

여기서 밀리미터는 흐르는 전류의 값을 나타냅니다. 배터리는 가변적이며 볼로미터의 동작으로 인해 불균형이 발생할 때 균형을 얻기 위해 변경됩니다. DC 배터리 전압에서 이루어지는이 조정은 마이크로파 전력에 비례합니다. 이 회로의 전력 처리 용량은 제한되어 있습니다.

중 출력 측정

10mW에서 1W 정도의 마이크로파 전력 측정은 중간 전력의 측정으로 이해 될 수 있습니다.

일반적으로 특정 값의 비열을 유지하는 특수 부하가 사용됩니다. 측정 할 전력은 이미 유지하고있는 부하의 출력 온도를 비례 적으로 변경하는 입력에 적용됩니다. 온도 상승의 차이는 부하에 대한 입력 마이크로파 전력을 지정합니다.

브리지 균형 기술은 여기에서 출력을 얻는 데 사용됩니다. 열 전달 방법은 열량 측정 기술인 전력 측정에 사용됩니다.

고출력 측정

10W ~ 50KW 주변의 마이크로파 전력 측정은 고전력 측정으로 이해 될 수 있습니다.

높은 마이크로파 전력은 일반적으로 건식 및 흐름 유형일 수있는 열량계 전력계로 측정됩니다. 건식 타입은 히스테리시스 손실이 높은 유전체로 채워진 동축 케이블을 사용하여 명명 된 반면, 플로우 타입은 마이크로파 흡수에 좋은 물이나 기름 또는 액체를 사용하여 명명되었습니다.

부하에 들어가기 전과 후의 액체 온도 변화는 값 교정을 위해 사용됩니다. 이 방법의 한계는 유량 결정, 교정 및 열 관성 등과 같습니다.

감쇠 측정

실제로 마이크로파 구성 요소 및 장치는 종종 약간의 감쇠를 제공합니다. 제공되는 감쇠량은 두 가지 방법으로 측정 할 수 있습니다. 그들은-전력비 방법 및 RF 대체 방법입니다.

감쇠는 입력 전력 대 출력 전력의 비율이며 일반적으로 데시벨로 표시됩니다.

$$ 감쇠 \ : in \ : dBs = 10 \ : log \ frac {P_ {in}} {P_ {out}} $$

$ P_ {in} $ = 입력 전력, $ P_ {out} $ = 출력 전력

전력비 방법

이 방법에서 감쇠 측정은 두 단계로 이루어집니다.

Step 1 − 전체 마이크로 웨이브 벤치의 입력 및 출력 전력은 감쇠를 계산해야하는 장치없이 수행됩니다.
Step 2 − 전체 마이크로 웨이브 벤치의 입력 및 출력 전력은 감쇠를 계산해야하는 장치로 수행됩니다.

비교했을 때 이러한 전력의 비율은 감쇠 값을 제공합니다.

다음 그림은이를 설명하는 두 가지 설정입니다.

Drawback − 입력 전력이 낮고 네트워크 감쇠가 큰 경우 전력 및 감쇠 측정이 정확하지 않을 수 있습니다.

RF 대체 방법

이 방법에서는 감쇠 측정이 세 단계로 이루어집니다.

Step 1 − 전체 마이크로 웨이브 벤치의 출력 전력은 감쇠를 계산해야하는 네트워크로 측정됩니다.
Step 2 − 전체 Microwave 벤치의 출력 전력은 네트워크를 정밀 보정 된 감쇠기로 교체하여 측정됩니다.
Step 3 − 이제이 감쇠기는 네트워크로 측정 된 것과 동일한 전력을 얻도록 조정됩니다.

다음 그림은이를 설명하는 두 가지 설정입니다.

감쇠기의 조정 된 값은 네트워크의 감쇠를 직접 제공합니다. 위 방법의 단점은 여기서 피할 수 있으므로 감쇠를 측정하는 더 좋은 절차입니다.

위상 편이 측정

실제 작업 조건에서 실제 신호에서 신호의 위상 변화가 발생할 수 있습니다. 이러한 위상 편이를 측정하기 위해 우리는 위상 편이를 보정 할 수있는 비교 기법을 사용합니다.

위상 편이를 계산하기위한 설정은 다음 그림에 나와 있습니다.

여기에서 마이크로파 소스가 신호를 생성 한 후에는 한 포트가 위상 편이를 측정 할 네트워크에 연결되고 다른 포트가 조정 가능한 정밀 위상 시프터에 연결되는 H- 평면 Tee 접합을 통과합니다.

복조 된 출력은 연결된 CRO에서 관찰되는 1KHz 사인파입니다. 이 위상 시프터는 1KHz 사인파의 출력도 위와 일치하도록 조정됩니다. 듀얼 모드 CRO에서 관찰하여 매칭이 완료된 후이 정밀 위상 시프터는 위상 시프트를 판독합니다. 이것은 다음 그림에서 명확하게 이해됩니다.

이 절차는 위상 편이 측정에 가장 많이 사용되는 절차입니다. 이제 VSWR을 계산하는 방법을 살펴 보겠습니다.

VSWR 측정

모든 Microwave 실제 응용 분야에서 모든 종류의 임피던스 불일치는 정상파의 형성으로 이어집니다. 이러한 정상파의 강도는 전압 정상파 비율 ($ VSWR $)로 측정됩니다. 최대 전압과 최소 전압의 비율은 $ VSWR $를 제공하며 $ S $로 표시됩니다.

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

여기서 $ \ rho = 반사 \ : co-효율적 = \ frac {P_ {reflected}} {P_ {incident}} $

$ VSWR $의 측정은 Low $ VSWR $ 및 High $ VSWR $ 측정의 두 가지 방법으로 수행 할 수 있습니다.

낮은 VSWR 측정 (S <10)

낮은 $ VSWR $의 측정은 감쇠기를 조정하여 VSWR 미터 인 DC 밀리 볼트 미터에서 판독 값을 얻을 수 있습니다. DC 밀리 볼트 미터가 최소 판독 값과 전체 스케일 판독 값을 표시하는 방식으로 슬롯 형 라인과 감쇠기를 조정하여 판독 값을 얻을 수 있습니다.

이제이 두 판독 값을 계산하여 네트워크의 $ VSWR $를 찾습니다.

높은 VSWR 측정 (S> 10)

값이 10보다 큰 높은 $ VSWR $의 측정은 다음과 같은 방법으로 측정 할 수 있습니다. double minimum method. 이 방법에서는 최소값의 판독 값을 취하고 문장 전과 후의 문장에서 최소값의 절반 지점에서 판독 값도 취합니다. 이것은 다음 그림으로 이해할 수 있습니다.

이제 $ VSWR $는 다음과 같이 주어진 관계식으로 계산할 수 있습니다.

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

여기서 $ \ lambda_g \ :는 \ : \ : 유도 된 \ : 파장 $입니다.

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

여기서는 두 개의 최소 점을 고려하고 있으므로이를 이중 최소 방법이라고합니다. 이제 임피던스 측정에 대해 알아 보겠습니다.

임피던스 측정

Magic Tee 외에도 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 슬롯 라인을 사용하는 것이고 다른 하나는 반사 계를 사용하는 것입니다.

슬롯 라인을 사용한 임피던스

이 방법에서는 슬롯 라인과 부하 $ Z_L $를 사용하여 임피던스를 측정하고이를 사용하여 $ V_ {max} $ 및 $ V_ {min} $를 결정할 수 있습니다. 이 방법에서는 임피던스 측정이 두 단계로 이루어집니다.

Step 1 − $ Z_L $ 부하를 사용하여 Vmin 결정.
Step 2 − 부하를 단락시켜 Vmin을 결정합니다.

이것은 다음 그림에 나와 있습니다.

부하를 사용하여 $ V_ {max} $ 및 $ V_ {min} $의 값을 얻으려고하면 특정 값을 얻습니다. 그러나 부하를 단락시켜 동일한 작업을 수행하면 최소값이 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동합니다. 이 이동이 왼쪽이면 부하가 유도 성임을 의미하고 오른쪽으로 이동하면 부하가 본질적으로 용량 성임을 의미합니다. 다음 그림은이를 설명합니다.

데이터를 기록하면 알 수없는 임피던스가 계산됩니다. 임피던스 및 반사 계수 $ \ rho $는 크기와 위상 모두에서 얻을 수 있습니다.

반사 계를 사용한 임피던스

슬롯 형 라인과 달리 반사 계는 위상 각이 아닌 임피던스의 크기 만 찾는 데 도움이됩니다. 이 방법에서는 동일하지만 방향이 다른 두 개의 방향성 커플러가 사용됩니다.

이 두 커플러는 부하에서 입사 전력 $ P_i $ 및 반사 전력 $ P_r $을 샘플링하는 데 사용됩니다. 반사 계는 다음 그림과 같이 연결됩니다. 임피던스를 구할 수있는 반사 계수 $ \ rho $의 크기를 구하는 데 사용됩니다.

반사 계 판독 값에서 우리는

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

$ \ rho $의 값에서 $ VSWR $, 즉 $ S $와 임피던스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

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

여기서 $ z_g $는 알려진 파동 임피던스이고 $ z $는 알려지지 않은 임피던스입니다.

여기서는 순파 및 역파 매개 변수가 관찰되지만 커플러의 방향 특성으로 인해 간섭이 없습니다. 감쇠기는 낮은 입력 전력을 유지하는 데 도움이됩니다.

Cavity Resonator의 Q 측정

측정 방법은 Transmission 방식, Impedance 방식, Transient Decay 또는 Decrement 방식의 세 가지 방법이 있지만 Q 공동 공진기의 가장 쉽고 가장 많이 따르는 방법은 Transmission Method. 따라서 측정 설정을 살펴 보겠습니다.