Структурная схема измерительного устройства, основанного на методе отношения мощностей:

1 – СВЧ генератор (клистрон); 2, 4 – развязка (диодная); 3 – исследуемый объект; 5 – СВЧ детектор; 6 – индикатор.

Развязка не пропускает энергию от 3 блока к 1, ослабляя её в тысячу раз. Это нужно для компенсации отражения от исследуемого объекта.

По этой схеме можем замерить мощность, прошедшую через испытуемой объект. Почему тогда метод называется методом отношения мощностей? Это объясняется тем, что мы также должны зафиксировать мощность без образца. Если принять мощность без образца за 1, то мощность с образцом будет меньше. Отношение этих мощностей даст нам значение коэффициента прохождения по мощности |T²|.

Недостатком этого простого метода является то, что он работает в диапазоне измерения мощности от 2 дБ до 20 дБ. Ограничение снизу вызвано тем, что сказывается нестабильность генерирования по мощности, т.е. есть флюктуации мощности, лежащие в пределах 2 дБ. Поэтому мы не можем сказать, чем вызвано изменение на индикаторе – влиянием образца или нестабильностью работы генератора. Ограничение сверху обуславливается возможностью больших потерь, которые можем зафиксировать. В этом случае мы ограничены рабочим диапазоном детектором СВЧ и индикатора.

2.3) Метод замещения.

Замещение заключается в том, что вместо исследуемого образца 3 ставим образцовый аттенюатор. Назначение аттенюатора – ослабление энергии, прошедшей по нему. Образцовый аттенюатор имеет очень точную градуировку шкалы затухания. Должны добиваться тех же показаний индикатора, что и при наличии образца. Таким образом, отсчитываем по аттенюатору, сколько должны были, замещая потери, внести потери в нашу измерительную систему. Т.е. потери в образце замещаем потерями в аттенюаторе.

Этот метод имеет больший диапазон – он работает от 0,2 дБ до 80 дБ.

Рассуждая о методе отношений и методе замещений, мы не учли условия измерения – нагрев струей плазмы. Если учесть условия испытания, то добавляются трудности в измерении, поскольку в зоне измерения оказывается не только образец, но и плазма, которая, даже если представляет собой диэлектрик, вносит потери и вызывает изменение фазы, поэтому результаты измерения не можем разделить на две составляющие – измерение прохождения мощности только через диэлектрик и измерение через плазму и диэлектрик. Решение можно предложить следующие – вести измерения в моменты, когда плазму убираем из зоны измерения. Таким образом, измерения должны проводиться дискретно и с высоким быстродействием измерительной аппаратуры, чтобы образец не успел остыть.

Измерение фазы – более хитрая задача по сравнению с измерением мощности, поскольку в СВЧ технике нет стандартных фазометров, они выполняются индивидуально под каждую конкретную задачу. Любой фазометр имеет два канала.

2.4) Компенсационный метод

Структурная схема компенсационного фазометра:

1 – СВЧ генератор; 2 – разветвитель; 3 – исследуемый объект; 4 – образцовый фазовращатель; 5 – фазовый детектор; 6 – индикатор.

В этой схеме в фазовом детекторе идет сравнение фаз двух каналов, с диэлектриком и фазовращателем. Если фазы одинаковы, то индикатор показывает 0. Таким образом, с помощью образцового фазовращателя компенсируем изменение фазы в измерительном канале. Отсчет по фазовращателю покажет, какие изменения внес испытуемый образец диэлектрика.

Точность метода зависит от точности образцового фазовращателя и точности ФД. На практике получают погрешности .

Этот подход несложный и достаточно сложный, однако его мы не используем из-за наличия нагревающей струи плазмы.

2.5) Прямопоказывающий (прямоотсчетный) метод