plik

MIERNICTWO MIKROFALOWE

Ćwiczenie laboratoryjne

Pomiar mocy

Opracował:

dr inż. Czesław Rećko

Warszawa 2009

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

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

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

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

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

Rys.8. Struktura miernika mocy HP432

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

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

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.

[GHz]

35.1

35.2

...

[mW]

Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar mocy

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.