Mikrodalga Mühendisliği - Ölçümler

Mikrodalga mühendisliği alanında, daha önce birinci bölümde belirtildiği gibi birçok uygulama vardır. Bu nedenle, farklı uygulamaları kullanırken, etkili kullanım için genellikle Güç, Zayıflatma, Faz kayması, VSWR, Empedans vb. Gibi farklı değerleri ölçme ihtiyacıyla karşılaşırız.

Bu bölümde, farklı ölçüm tekniklerine bir göz atalım.

Güç Ölçümü

Ölçülen Mikrodalga Gücü, dalga kılavuzundaki herhangi bir konumdaki ortalama güçtür. Güç ölçümü üç tipte olabilir.

• Düşük güç ölçümü (0.01mW ila 10mW)

  Örnek - Bolometrik teknik

• Orta güç ölçümü (10mW ila 1W)

  Örnek - Kalorimetre tekniği

• Yüksek güç ölçümü (> 10W)

  Örnek - Kalorimetre Watt ölçer

Onları detaylı olarak inceleyelim.

Düşük Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 0.01mW ila 10mW civarında ölçümü, düşük gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

BolometerDüşük Mikrodalga gücü ölçümleri için kullanılan bir cihazdır. Bolometrede kullanılan eleman, pozitif veya negatif sıcaklık katsayısına sahip olabilir. Örneğin, bir bariyer, sıcaklık artışı ile direnci artan pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir. Termistör, sıcaklık artışı ile direnci azalan negatif sıcaklık katsayısına sahiptir.

Bunlardan herhangi biri bolometrede kullanılabilir, ancak dirençteki değişiklik ölçüm için uygulanan Mikrodalga gücü ile orantılıdır. Bu bolometre, kolların köprüsünde tek olarak kullanılır, böylece herhangi bir dengesizlik çıktıyı etkiler. Bir bolometre kullanan tipik bir köprü devresi örneği aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Buradaki miliampermetre, akan akımın değerini verir. Batarya değişkendir ve bolometrenin davranışından dolayı bir dengesizliğe neden olduğunda denge elde etmek için değişir. DC akü voltajında ​​yapılan bu ayar Mikrodalga gücü ile orantılıdır. Bu devrenin güç kullanma kapasitesi sınırlıdır.

Orta Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 10mW ila 1W civarında ölçülmesi, orta gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

Genellikle belirli bir özgül ısı değerini koruyan özel bir yük kullanılır. Ölçülecek güç, halihazırda muhafaza ettiği yükün çıkış sıcaklığını orantılı olarak değiştiren girişine uygulanır. Sıcaklık artışındaki fark, yüke giren Mikrodalga gücünü belirtir.

Burada çıktı almak için köprü denge tekniği kullanılır. Kalorimetrik bir teknik olan güç ölçümü için ısı transferi yöntemi kullanılır.

Yüksek Güç Ölçümü

Mikrodalga gücünün 10W ile 50KW arasında ölçülmesi, yüksek gücün ölçüsü olarak anlaşılabilir.

Yüksek Mikrodalga gücü normalde kuru ve akış tipi olabilen Kalorimetrik watt metre ile ölçülür. Kuru tip, yüksek histerezis kaybına sahip di-elektrik ile doldurulmuş bir koaksiyel kablo kullandığı için adlandırılırken, akış tipi, su veya yağ veya mikrodalgaları iyi bir emici olan bir miktar sıvı kullandığı için adlandırılır.

Yüke girmeden önce ve sonra sıvının sıcaklığındaki değişim değerlerin kalibrasyonu için alınır. Bu yöntemdeki sınırlamalar, akış belirleme, kalibrasyon ve termal atalet vb. Gibidir.

Zayıflama Ölçümü

Pratikte, Mikrodalga bileşenleri ve cihazları genellikle bir miktar zayıflama sağlar. Sunulan zayıflama miktarı iki şekilde ölçülebilir. Bunlar - Güç oranı yöntemi ve RF ikame yöntemi.

Zayıflatma, giriş gücünün çıkış gücüne oranıdır ve normalde desibel cinsinden ifade edilir.

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

$ P_ {in} $ = Giriş gücü ve $ P_ {out} $ = Çıkış gücü

Güç Oranı Yöntemi

Bu yöntemde zayıflamanın ölçülmesi iki adımda gerçekleşir.

• Step 1 - Tüm Mikrodalga tezgahının giriş ve çıkış gücü, zayıflaması hesaplanacak cihaz olmadan yapılır.

• Step 2 - Tüm Mikrodalga tezgahının giriş ve çıkış gücü, zayıflaması hesaplanacak cihaz ile yapılır.

Karşılaştırıldığında bu güçlerin oranı zayıflama değerini verir.

Aşağıdaki şekiller, bunu açıklayan iki kurulumdur.

Drawback - Giriş gücü düşük ve ağ zayıflaması büyük olduğunda güç ve zayıflama ölçümleri doğru olmayabilir.

RF Değiştirme Yöntemi

Bu yöntemde zayıflamanın ölçülmesi üç adımda gerçekleştirilir.

• Step 1 - Tüm Mikrodalga tezgahının çıkış gücü, zayıflaması hesaplanması gereken ağ ile ölçülür.

• Step 2 - Tüm Mikrodalga tezgahının çıkış gücü, ağın hassas kalibre edilmiş bir zayıflatıcıyla değiştirilmesiyle ölçülür.

• Step 3 - Şimdi, bu zayıflatıcı, ağ ile ölçülen aynı gücü elde edecek şekilde ayarlandı.

Aşağıdaki şekiller, bunu açıklayan iki kurulumdur.

Zayıflatıcı üzerinde ayarlanan değer, ağın doğrudan zayıflamasını sağlar. Yukarıdaki yöntemdeki dezavantaj burada önlenir ve bu nedenle bu, zayıflamayı ölçmek için daha iyi bir prosedürdür.

Faz Kaymasının Ölçülmesi

Pratik çalışma koşullarında, gerçek sinyalden gelen sinyalde bir faz değişikliği olabilir. Bu tür faz kaymasını ölçmek için, faz kaymasını kalibre edebileceğimiz bir karşılaştırma tekniği kullanıyoruz.

Faz kaymasını hesaplamak için kurulum aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Burada, mikrodalga kaynağı sinyali oluşturduktan sonra, bir bağlantı noktasının faz kayması ölçülecek ağa bağlandığı ve diğer bağlantı noktasının ayarlanabilir hassas faz kaydırıcıya bağlandığı bir H-düzlemi Tee bağlantısından geçirilir.

Demodüle edilmiş çıkış, bağlı CRO'da gözlenen 1 KHz'lik bir sinüs dalgasıdır. Bu faz kaydırıcı, 1 KHz sinüs dalgası çıkışı da yukarıdakilerle eşleşecek şekilde ayarlanır. İkili mod CRO'da gözlemlenerek eşleştirme yapıldıktan sonra, bu hassas faz kaydırıcı bize faz kaymasının okunmasını sağlar. Bu, aşağıdaki şekilden açıkça anlaşılmaktadır.

Bu prosedür, faz kaymasının ölçülmesinde en çok kullanılan prosedürdür. Şimdi VSWR'yi nasıl hesaplayacağımızı görelim.

VSWR ölçümü

Herhangi bir Mikrodalga pratik uygulamasında, her türlü empedans uyumsuzluğu, duran dalgaların oluşumuna yol açar. Bu duran dalgaların gücü, Gerilim Daimi Dalga Oranı ($ VSWR $) ile ölçülür. Maksimumun minimum gerilime oranı, $ S $ ile gösterilen $ VSWR $ 'ı verir.

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

Nerede, $ \ rho = yansıma \: ortak - verimli = \ frac {P_ {yansıyan}} {P_ {olay}} $

$ VSWR $ ölçümü iki şekilde yapılabilir: Düşük $ VSWR $ ve Yüksek $ VSWR $ ölçümleri.

Düşük VSWR Ölçümü (S <10)

Düşük $ VSWR $ ölçümü, zayıflatıcıyı VSWR ölçer olan bir DC milivoltmetre üzerinde bir okuma elde edecek şekilde ayarlayarak yapılabilir. Okumalar, oluklu hat ve zayıflatıcı, DC milivoltmetrenin tam ölçekli bir okumanın yanı sıra minimum bir okuma göstereceği şekilde ayarlanarak alınabilir.

Şimdi bu iki okuma, ağın $ VSWR $ 'ını bulmak için hesaplanır.

Yüksek VSWR Ölçümü (S> 10)

Değeri 10'dan büyük olan yüksek $ VSWR $ ölçümü, double minimum method. Bu yöntemde minimum değerde okuma alınır ve kretteki minimum değerin yarım noktasında önceki ve sonraki tepe noktasındaki okumalar da alınır. Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Şimdi, $ VSWR $ şu şekilde verilen bir ilişki ile hesaplanabilir:

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

$ \ Lambda_g \: is \: the \: guided \: wavelength $

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

Burada iki minimum nokta dikkate alındığından buna çift minimum yöntem denir. Şimdi empedans ölçümünü öğrenelim.

Empedans Ölçümü

Magic Tee dışında iki farklı yöntemimiz var, biri oluklu çizgi, diğeri de reflektometre kullanıyor.

Oluklu Çizgi Kullanan Empedans

Bu yöntemde, empedans oluklu çizgi kullanılarak ölçülür ve $ Z_L $ yüklenir ve bu kullanılarak $ V_ {max} $ ve $ V_ {min} $ belirlenebilir. Bu yöntemde empedans ölçümü iki adımda gerçekleşir.

• Step 1 - $ Z_L $ yükünü kullanarak Vmin'i belirleme.

• Step 2 - Yükü kısa devre yaparak Vmin'in belirlenmesi.

Bu, aşağıdaki şekillerde gösterilmektedir.

Bir yük kullanarak $ V_ {max} $ ve $ V_ {min} $ değerlerini elde etmeye çalıştığımızda, belirli değerler elde ederiz. Bununla birlikte, aynı şey yükün kısa devre yaptırılmasıyla yapılırsa, minimum sağa veya sola kaydırılır. Bu kayma sola doğru ise yükün endüktif olduğu, sağa kayması ise yükün doğası gereği kapasitif olduğu anlamına gelir. Aşağıdaki şekil bunu açıklamaktadır.

Verilerin kaydedilmesiyle bilinmeyen bir empedans hesaplanır. Empedans ve yansıma katsayısı $ \ rho $ hem büyüklük hem de faz olarak elde edilebilir.

Reflektometre Kullanılarak Empedans

Yivli hattın aksine Reflektometre, faz açısını değil, sadece empedans büyüklüğünü bulmaya yardımcı olur. Bu yöntemde aynı olan ancak yönleri farklı olan iki yönlü kuplör alınır.

Bu iki bağlayıcı, yükten gelen olay gücü $ P_i $ ve yansıtılan gücü $ P_r $ örneklemek için kullanılır. Reflektometre aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bağlanır. Empedansın elde edilebileceği $ \ rho $ yansıma katsayısının büyüklüğünü elde etmek için kullanılır.

Reflektometre okumasından

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

$ \ Rho $ değerinden, $ VSWR $, yani $ S $ ve empedans şu şekilde hesaplanabilir:

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

$ Z_g $ dalga empedansı olarak bilinir ve $ z $ bilinmeyen empedans olarak bilinir.

Burada ileri ve geri dalga parametreleri gözlenmekle birlikte, kuplörlerin yönsel özelliğinden dolayı herhangi bir girişim olmayacaktır. Zayıflatıcı, düşük giriş gücünün korunmasına yardımcı olur.

Kavite Rezonatörünün Q Ölçümü

İletim yöntemi, Empedans yöntemi ve Ölçüm için Geçici bozunma veya Azaltma yöntemi gibi üç yöntem vardır. Q bir boşluklu rezonatörün en kolay ve en çok takip edilen yöntemi Transmission Method. Bu nedenle, ölçüm kurulumuna bir göz atalım.

Bu yöntemde boşluklu rezonatör, ileten cihaz görevi görür. Çıkış sinyali, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir rezonans eğrisi ile sonuçlanan bir frekans fonksiyonu olarak çizilir.

Yukarıdaki kurulumdan, mikrodalga kaynağının sinyal frekansı değiştirilir, sinyal seviyesi sabit tutulur ve ardından çıkış gücü ölçülür. Boşluk rezonatörü bu frekansa ayarlanır ve sinyal seviyesi ve çıkış gücü, farkı fark etmek için tekrar not edilir.

Çıktı çizildiğinde, Yarı Güç Bant Genişliği (HPBW) $ (2 \ Delta) $ değerlerini görebileceğimiz rezonans eğrisi elde edilir.

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

$ Q_L $ yüklenen değerdir

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

Mikrodalga kaynağı ile boşluk arasındaki bağlantı ve ayrıca dedektör ile boşluk arasındaki bağlantı ihmal edilirse,

$$ Q_L = Q_0 \: (yüklenmemiş \: Q) $$

Dezavantaj

Bu sistemin ana dezavantajı, dar çalışma bandı nedeniyle çok yüksek Q sistemlerinde doğruluğun biraz zayıf olmasıdır.

Farklı parametrelerin birçok ölçüm tekniğini ele aldık. Şimdi bunlarla ilgili birkaç örnek problem çözmeye çalışalım.