3.2.4.3 Индикаторы мощности (детекторные и термисторные головки)

Детекторная секция (головка) или диодная камера представляет собой от-резок коаксиальной или волноводной линии с устройствами для размещения де-тектора, для согласования ее с линией и подключения измерительного прибора. Конструкция камеры должна обеспечивать непросачиваемость электромагнитного поля на зажимы схемы. Одна из схем диодной камеры приведена на рис. 4.1. Диод 3 при помощи металлической шайбы 5 подсоединяют одним

Рис.4.1

концом к внешнему проводнику коаксиальной линии 1, а другим - к внутреннему проводнику . Таким образом, диод является нагрузкой ВЧ- тракта и поглощает ВЧ- мощность, преобразуя ее в постоянный ток. Цилиндрический кондесатор 4, образованный металлической шайбой 5 и внешним проводником коаксиальной линии, замыкает переменную составляющую выпрямленного тока. Для замыкания цепи 6 постоянного тока камера содержит четвертьволновую металлическую опору (металлический изолятор) 2.Согласование с ВЧ- трактом осуществляется с помо-щью четвертьволнового трансформатора .

Для измерения мощности в камеру вместо диода помещают полупровод-никовые термоэлементы или термисторы.

3.2.4.4Объемные резонаторы

Часть пространства, заполненная диэлектриком и окруженная замкнутой проводящей поверхностью, образует электромагнитную систему, называемую объ-емным или полым резонатором. В технике СВЧ резонаторы составляют нео-тъемлемую часть генераторов, усилителей, фильтров, ускорителей заряженных частиц, частотомеров и др.

Наибольший интерес для технических устройств представляют объемные резонаторы с низкочастотным или основным видом колебаний. Для связи с дру-гими устройствами в стенках резонатора имеются отверстия, которые несколько изменяют распределение поля и резонансную частоту собственных видов коле-баний. Эти изменения обычно бывают невелики и резонансные частоты резона-торов мало отличаются от собственных видов колебаний. Возможность постро-ения таких резонаторов вытекает из уравнений Максвелла, согласно которым переменное электрическое поле является источником переменного магнитного по-ля и наоборот. Т.е. происходит непрерывный обмен между электрическими и маг-нитными полями в любой области пространства. Если устранить возможность из-лучения электромагнитных волн из резонатора и добиться отсутсвия тепловых потерь, то обмен энергиями должен протекать сколь угодно долго, т.е. будет иметь место незатухающий колебательный процесс.

Резонансная частота в резонаторах зависит от структуры полей в нем, формы и размеров. Каждой резонансной счастоте соответствует определенная структура электромагнитного поля в резонаторе.Колебание, которому при данных размерах резонаторасоответствует минимальная резонансная частота , называтся низ-шим колебанием.

Общие потери электромагнитной энергии в резонаторе складывются из потерь в среде, заполняющей резонатор , потерь в металлической оболочке резонатора , потерь, обусловленных частью энергии, которая передается

через элементы связи в устройства, связанные с резонатором , и потерь на излучение (для открытых резонаторов) равны

. (4.1)

Основные часто используемые конструкции резонаторов приведены на рис. 4.2,где резонаторы а,б,в- тороидального типа; г- типа отверстие- щель; д- типа щели; е- лопаточного типа.

Рис. 4.2,а,б,в,г,д,е

Эквивалентная схема резонатора.Физическая аналогия между процессами, про-текающими в контуре и в объемных резонаторах , дает возможность условно пре-дставить эквивалентную схему последних в виде цепи с сосредоточенными пара-метрами. Резонатор - этоустройство с распределенными постоянными. Вопросы же распределения полей должны решаться на основе применения теории поля. Основными параметрами колебательного контура являются индуктивность L, емкостьC, и активное сопротивление R, поскольку эти величины легко измеря-ются. В технике СВЧ измерение этих параметров невозможно, поэтому в качестве основных параметров выбраны резонансная частота, добротность и входное соп-ротивление при резонансе, которые доступны для экспериментального определе-ния или расчета методами теории поля. Выбор эквивалентной схемы полого резо-натора в значительной степени произволен. Различные устройства удобно пред-ставлять последовательными или параллельными контурами, схемы которых при-ведены на рис.4.3. Определение эквивалентных значений индуктивности и емко-

Рис. 4.3,а,б

сти для резонатора, возбужденного на выбранном типе колебаний достаточно сложная задача и в данном разделе не рассматривается.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные свойства характеристической матрицы двухполюсника без потерь и с потерями.

2. Объясните принципы конструирования и физику работы бесконтактных и кон-тактных подвижных поршней в волноводе.

3. Каковы особенности конструкции и работы коаксиальных и волноводных де-текторных секций.

4. Расскажите о назначении и типах согласованных нагрузок.

5. Поясните работу индикаторов мощности на основе болометров и термисторов.