Влияние параметров СВЧ блока на метрологические характеристики. Цель работы. Основные задачи. Требования к СВЧ генератору для прибора

Согласно ТУ (приложение ) данный прибор работает в узком диапазоне температур окружающей среды 22 ± 3 . Это связано с изменением параметров СВЧ блока:

значительное изменение выходной мощности и частоты СВЧ ГУН при температурах (10 - 40 ).

На рисунке 5 представлен СВЧ блок и датчик (резонатор).

Таким образом, для расширения возможности прибора и его эксплуатации в более широком диапазоне температур (10 - 40 ) необходимо разработать новый СВЧ генератор. Так как эксплуатационные параметры СВЧ генератора в приборе тесно связаны с характеристиками СВЧ детектора, для этого необходимо разработать новый СВЧ блок.

Целью данной работы и является разработка и исследование работы СВЧ блока, характеристики и параметры которого слабо изменяются в области температур от + 10 до + 40 . И его применение в измерительно-вычислительном комплексе «SemiCon - 1».

Требования к СВЧ генератору для прибора

Для оптимальной работы прибора требуется минимальная необходимая мощность, равная 30 мВт во всем диапазоне частот от 1 до 2 ГГц. Это обусловлено тем, чтопотери, вносимые образцом, регистрируются как изменение прошедшей мощности через СВЧ резонатор, и она равна:

 (1)

, где Рпр - мощность после СВЧ резонатора,  - внешние добротности петлей связи резонатора, - нагруженная добротность пустого резонатора,  - величина обратная тангенсу угла потерь измеряемого полупроводника, k - коэффициент включения образца в резонатор.

Чувствительность So = Δf/ΔEo также является важной характеристикой, для оптимальной работы прибора. Так как она характеризует настройку ГУН на частоту резонатора с образцом и удержание этой частоты. Минимальная полоса резонансной кривой определяется добротностью пустого резонатора. В данном приборе она составляет 1 МГц, что определяет добротность резонатора:

 , (2)

где  резонансная частота, а  - ширина резонансной кривой при уровне в половину мощности (3 дБ).

- требования к выходной мощности СВЧ генератора определяется оптимальной работой СВЧ резонатора и МПУ.

В данном резонаторе с помощью петель связи регулируется мощность, поступающая с генератора в резонатор и из резонатора к квадратичному детектору.

Мощность, поступающая на детектор, определяется параметрами используемого СВЧ диода, коэффициентом включения полупроводника в резонатор и диапазоном удельного сопротивления измеряемых образцов.

Поэтому параметры СВЧ генератора необходимо рассматривать совместно с СВЧ детектором, т.е. параметры СВЧ блока.

Для построения калибровочной кривой (рисунок 6), по которой определяется удельное сопротивление полупроводников, необходим квадратичный детектор, с достаточно большой линейной областью (рисунок 7). Одним из таких является СВЧ диод типа Д408П, который уже используется в приборе. Рассмотрим зависимость выпрямленного тока от непрерывно падающей СВЧ мощности (рисунок 7).

Квадратичный участок на рисунке 7 заканчивается на 1,5 мА, а СВЧ диод работает на нагрузку, равной 300 Ом следовательно:

детmax = 1,5 · 10-3 А · 300 Ом = 450мВ (3)

Потери на преобразование передачи СВЧ мощности с помощью петель связи 10 - 20 дБ. Таким образом можно оценить максимальную выходную мощность генератора. Она равняется:

 = 1,2 мВт · 15 дБ = 42мВт (4)

Минимальное напряжение определяется чувствительностью МПУ и коэффициентом включения полупроводника в резонатор. Как видно из калибровочной кривой (рисунок 6) она составляет 10 мВ, Отсюда легко определяется min СВЧ мощность. Она равна 20 мкВт. Таким образом эта область напряжений укладывается в квадратичный участок этого СВЧ диода. Эти параметры должны быть на всех частотах стабильными во времени и при изменении температуры от 10 до 40 .

2. Общие положения

Генератор управляемый напряжением (ГУН) - электронный генератор <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80> для управления частотой <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B0> колебаний <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B1%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F> при помощи напряжения <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>. Частота колебаний зависит от подаваемого переменного напряжения, причём ГУН может быть запитан от модулированных сигналов, что позволяет осуществить фазовую <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F> или частотную модуляцию <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F>.

В любом радиотехническом и электронном устройстве необходим источник опорных колебаний со стабильной частотой. Поскольку невозможно построить такой генератор на любую заданную частоту, используют синтезаторы стабильных частот (СЧ) - устройства преобразования частоты колебаний из одного значения в другое с малым шагом перестройки и низкими погрешностями. Схемы построения СЧ, в зависимости от конкретных технических требований, различны, однако в каждой из них используют набор типовых электронных компонентов: управляемые по частоте генераторы, умножители и делители частоты, смесители, частотные фильтры, элементы цифровой техники. Номенклатура этих электронных компонентов чрезвычайно разнообразна, так что их правильный выбор - задача достаточно сложная.