Датчик напряженности электрического поля свч
Патент 444136
Авторы
Датчик напряженности электрического поля свч
Иллюстрации
Реферат
бф(а у у4} ) g . «òåíà мв
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 444I36
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 20.12.72 (21) 1860821/26-9 (51) М. Кл. G 01г 29/08
G Оlг 21/04 с присоединением заявки №
Государственный комитет
Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий (32) Приоритет
Опубликовано 25.09.74. Бюллетень ¹ 35
Дата опубликования описания 13.06.75 (53) УДК 621.317.328 (088.8) (72) Авторы изобретения
А. С. Паужа и И. А. Вашкевичене (71) Заявитель
Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников АН Литовской ССР (54) ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ СВЧ или
Т, — температура сечения датчика на расстоянии х от начала координат;
Т, — температура среды (держателя);
Р— поглощаемая датчиком мощность; где
30
Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано для измерения электрического поля сверхвысоких частот, импульсной СВЧ мощности, коэффициента стоячей волны в волноводных трактах с волной типа Н,о.
Известен датчик, принцип действия которого основан на изменении проводимости под действием сильного СВЧ поля, имеющий V-образную форму с углом при вершине меньшим
45, высоту больше 0,15 высоты волновода, ширину каждой ветви меньше 0,3 его высот! i и толщину меньше 0,25 высоты датчика.
Однако такой датчик имеет большое тепловое сопротивление и, следовательно, малую рассеиваемую мощность, вследствие чего он сильно нагревается при сравнительно небольших средних СВЧ мощностях.
Кроме того, в результате большого разброса ватт-вольтных характеристик из-за больших неконтролируемых градиентов электрического СВЧ поля на острых углах датчика и в приконтактной области увеличивается погрешность измерений.
Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона измерений в сторону больших СВЧ мощностей.
Это достигается тем, что датчик выполнен в виде тела вращения, образованного двумя коаксиально сопряженными цилиндрами, меньший из которых заканчивается полусферой, а больший, служащий основанием датчика, снабжен омическими контактами, причем от основания до центра полусферы датчик разделен на две части узкой щелью, проходящей через его ось.
На чертеже изображен описываемый датчик.
Io Он имеет полусферу 1, меньший цилиндр 2, щель 3, основание 4, омические контакты 5, слой б припоя, держатель 7, слой 8 эпоксидной смолы, проводник 9 для подключения внешней цепи и изоляционную трубку 10.
15 Датчик работает следующим образом.
Распределение температуры в датчике определяется выражением: т,=т / + " 1+ " (1)
20 т, =т,+ p(RT.+Кг,), (2) 1
444i36
Rr, иРт
60
Р + ™ (5) причем t = О,ld — 0,15d.
3
h — высота рабочей части дат чика;
S — сечение датчика; 1 — коэффициент теплопроводности материала датчика;
X — коэффициент теплопроводности материала держателя;
r — эквивалентный радиус пятна пайки датчика к держателю; — соответственно тепловые сопротивления датчика и держателя.
Слои 6 и 8 припоя и эпоксидной смолы так же обладают тепловым сопротивлением, выра жение которого имеет вид: ь
Rr=
xS где б — толщина слоя припоя 6; — коэффициент теплопроводн ости слоя 6;
S — теплопроводящая площадь.
Из приведенных уравнений (2) и (3) следует, что нагрев датчика будет определяться суммой всех тепловых сопротивлений, т. е.
Л
T, = T. + Р . Rr, + Rra+ Rr (4)
i=I
Имея в виду, что толщина слоя припоя б мала (не превышает 0,2 10 — м, а у сравнительно велик (X „= 85 вт/м К, g „„+qI = 246 вт/м К) т — слоя припоя и контактного сплава
Au+ Si будет меньше Ят, и Rr,. Таким образом, тепло в основном отводится через паяное соединение и температура датчика будет определяться теплосопротивлениями Rr, H Rr,.
В свою очередь Rr, также можно представить суммой сопротивлений отдельных участков датчика, например, Кт — рабочей части и R т, — основания, Величину R т и R т, как следует из (1), будут определять параметры h и Si, и hI и $, соответственно.
Высота основания Й выбирается в пределах 0,15d (hI (0,25d, где d — диаметр меньшего цилиндра рабочей части датчика.
Величина Лт, определяется Xq держателя и радиусом сечения контактирующего слоя r, который при условии, что ширина щели t значительно меньше диаметра основания D, выбирается r = лЮ/8;
Диаметр основания D определяется из условия равенства Рт, — Рт„, откуда
Величина d определяется условиями равеНства величины напряженности электрического поля в датчике Е = 0,9 Е в волноводе и составляет порядка 0,1 толщины скин-слоя. Кро5 ме того, для компенсации гармо-эдс в выходном сигнале величина d не должна превышать
1/8 длины волны второй гармоники.
Датчик располагается в волноводе так, что его ось параллельна вектору напряженности Е
10 электрического СВЧ поля, а высота его рабочей части Ь ) d + D. Наибольшим сопротивлением обладает рабочая часть датчика, имеющая диаметр d.
В результате этого уменьшается влияние
15 приконтактной области, обладающей наибольшими разбросами электрофизических параметров (сопротивления, подвижности) на ваттвольтную характеристику, а также уменьшается и влияние градиентов сильного электриче20 ского поля, которые создаются на неровностях и краях омического контакта. Это уменьшает разброс вольтваттных характеристик и увеличивает точность измерений.
Верхняя часть датчика выполнена в виде
25 полусферы, что уменьшает градиенты сильного поля и, кроме того, способствует увеличению электрической прочности системы датчик — волновод. Вторая причина, указывающая на выполнение вершины датчика в виде сфе30 ры, заключается в том, что у вершины прямого угла плотность тока стремится к бесконечности. Это может привести к локальным перегревам и образованию областей сильного поля, в результате чего увеличивается сопротивЗ5 ление датчика независимо от СВЧ поля.
Минимальный радиус скругления определяется выражением:
r = 2 1, arcth — — 2 arcth P
2 (6) где b — диаметр стороны угла, применяемый в конформных преобразованиях.
Датчик может быть изготовлен из полупро45 водникового материала, в котором происходит изменение проводимости под действием сильного СВЧ поля, например, германия и крем ния. При измерениях датчик включается в измерительную цепь, состоящую из датчика, по50 стоянного резистора и источника питания.
При проходе по волноводу импульса СВЧ мощности меняется сопротивление датчика, а тем самым и ток в цепи. Ввиду того, что ток в этой цепи повторяет огибающую СВЧ импульса, измерительный прибор будет мерить амплитуду видеоимпульса, величина которой зависит от напряженности электрического
СВЧ поля.
Предмет изобретения
Датчик напряженности электрического поля
СВЧ, изготовленный из полупроводникового материала, содержащий омические контакты и закрепленный внутри линии передачи на
444136
Составитель Т. Перова
Техред В. Рыбакова
Редактор А. Бер
Корректор О. Тюрина
Згказ 1385/2 Изд. № 551 Тираж 678 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 дер кателе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений, он выполнен в виде тела вращения, образованного двумя коаксиально сопряженными цилиндрами, меньший из которых заканчивается полусферой, а больший, служащий основанием да1чика, снабжен омическими контактами, причем от основания до центра полусферы датчик разделен на две части узкой щелью, проходя5 щей через его ось.