MIERNICTWO MIKROFALOWE

Ćwiczenie laboratoryjne

Pomiar mocy

Opracował:

dr inż. Czesław Rećko

Warszawa 2009

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

2

Ćwiczenie laboratoryjne

Temat:

Pomiar mocy

Cel ćwiczenia:

- zapoznać się z parametrami mierników mocy wykorzystywanych w technice mi-

krofalowej,

- poznać budowę mikrofalowych mierników mocy.

Zagadnienia do przygotowania przed zajęciami:

- elementy mikrofalowe stosowane jako elementy pomiarowe sygnału mikrofalowego

(dioda detekcyjna, termistor, termopara),

- struktura wewnętrzna miernika mocy zbudowanego w oparciu o termistor i diodę de-

tekcyjną,

- mierniki mocy do pomiaru dużych mocy.

Zadania do wykonania w trakcie ćwiczeń (szczegółowy zakres, kolejność i warunki określa

prowadzący zajęcia w podgrupie):

- pomiar wskazań miernika Ja2M64 w funkcji czasu,

- pomiar wskazań miernika Ja2M66 w funkcji czasu,

- pomiar wskazań miernika HP432A w funkcji czasu,

- pomiar charakterystyki mocy wyjściowej w funkcji częstotliwości generatora G4-141

dla trzech ustawionych wartości mocy,

- na podstawie otrzymanych danych liczbowych przedstawić w sprawozdaniu odpo-

wiednie wykresy we współrzędnych prostokątnych,

- sformułować wnioski merytoryczne dotyczące przeprowadzonych pomiarów.

Literatura:

- J. Dobrowolski Technika wielkich częstotliwości, Warszawa, 2001,

- B. Galwas Miernictwo mikrofalowe, Warszawa, 1985,

- R. Litwin, M. Suski Technika mikrofalowa, Warszawa, 1972.

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

3

Elementy wykorzystywane jako czujniki mocy mikrofalowej

Metody służące do pomiaru mocy mikrofalowej można podzielić na dwie grupy:

- metody wykorzystujące nieliniowość charakterystyki prądowo-napięciowej diody

- metody termiczne wykorzystujące efekt przyrostu temperatury T jako skutek wy-

dzielenia mocy P

Pomiar mocy mikrofalowej z wykorzystaniem nieliniowości charakterystyki prądowo-

napięciowej diody można podzielić na:

- detektory diodowe,

- mieszacze diodowe,

- detektory homodynowe.

Metody termiczne można podzielić na:

- bolometryczne mierniki mocy – zmiana rezystancji R jako skutek przyrostu tempe-

ratury T w wyniku wydzielenia mocy P,

- mierniki z termoparą – pod wpływem przyrostu temperatury T wytwarzane jest

napięcie o wartości E,

- mierniki kalorymetryczne - duże moce – mierzony jest przyrost temperatury T

bezpośrednio termometrem.

Konstrukcja detektora mikrofalowego wykonanego na NLP przedstawiono na rysunku 1.

Rys.1. Przykładowa struktura detektora mikrofalowego na NLP

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

4

Praktyczne rozwiązania detektorowych głowic mikrofalowych są bardziej rozbudowane. Na

rys. 2 przedstawiona jest struktura głowicy detekcyjnej miernika mocy typu E firmy HP.

Rys.2. Struktura głowicy miernika mocy typu E firmy HP

Termoelektryczne mierniki mocy wykorzystują zjawisko powstawania różnicy potencjałów

dla układu połączonych ze sobą metali, gdy miejsca styku znajdują się w różnych temperatu-

rach. Zjawisko ilustruje rysunek 3 natomiast rysunek 4 i 5 przedstawiają budowę głowicy

termoelektrycznej.

Rys.3. Zjawisko termoelektryczne

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

5

Rys.4. Termoelement głowicy do pomiaru mocy HP8481 (dół)

Rys.5. Termoelement głowicy do pomiaru mocy HP8481 (góra)

Do budowy głowic pomiarowych mierników mocy wykorzystywane są także termistory.

Schemat głowicy mikrofalowej z termistorem przedstawiony jest na rysunku 6 a widok na

rysunku 7.

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

6

Rys.6. Schemat głowicy pomiarowej z wykorzystaniem termistora HP 478 10 MHz-18GHz

Rys.7. Głowicy pomiarowa HP 486 8-40 GHz

Struktura miernika mocy z głowicą termistorową została przedstawiona na rysunku 8.

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

7

Rys.8. Struktura miernika mocy HP432

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

8

Opis stanowiska pomiarowego

W ćwiczeniu będą podlegały badaniu charakterystyki przebiegu mocy sygnału wyjściowego
w funkcji częstotliwości generatora G4-141.
Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rysunku 9.

Generator

mikrofalowy

Miernik mocy

M3-10

Rys. 9. Schemat stanowiska do pomiaru charakterystyk generatorów G4-141

Do wyjścia badanego generatora mikrofalowego podłączany jest miernik mocy.

Przebieg ćwiczenia

1. Przygotowanie stanowiska pomiarowego

Sprawdzić poprawność połączeń elementów stanowiska pomiarowego (Rys. 9.). Spisać

przyrządy wykorzystywane w ćwiczeniu. Włączyć zasilanie przyrządów pomiarowych (gene-

ratora mikrofalowego, miernika mocy). Ustawić moce sygnałów wyjściowych z generatorów

P

g

zgodnie z zaleceniami nauczyciela prowadzącego.

2. Pomiar charakterystyki przebiegu mocy sygnału wyjściowego w funkcji częstotliwości

generatora G4-141 dla trzech ustawionych wartości mocy.

Do wrót wyjściowych generatora G4-141 dołączyć miernik mocy. Dla poziomów mocy

0.5 mW, 1 mW i 2 mW generatora przeprowadzić pomiar, ustawiając kolejne częstotliwo-

ści sygnału z generatora mikrofalowego (38 GHz – 53 GHz MHz z krokiem 100 MHz).

Pomierzyć i zanotować w tabeli 1 wartości mocy wskazywane przez miernik mocy.

Tabela.1.

f

[GHz]

35

35.1

35.2

...

53

P

o1

[mW]

P

o2

[mW]

P

o3

[mW]

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

9

Opracowanie wyników pomiarów

W oparciu o wartości mocy i częstotliwości zanotowane w kolejnych tabelach należy naryso-

wać odpowiednie charakterystyki.

Informacje końcowe

Sprawozdanie powinno być sporządzone starannie na arkuszach papieru formatu A4

i musi zawierać:

- tabele z wielkościami zarejestrowanymi w trakcie ćwiczenia,

- wnioski obejmujące:

-

komentarz kształtu charakterystyk zbadanego generatora mikrofalowego,

-

omówienie czynników, które mogły mieć wpływ na dokładność pomiarów wy-

konywanych w trakcie ćwiczenia.