202325. lajstromszámú szabadalom • Mérőátalakító elrendezés mikrohullámú teljesítmény mérésére
1 HU 202 325 B 2 A találmány tárgya mérőátalakító elrendezés mikrohullámú teljesítmény mérésére, amely széles sávú mikrohullámú jelek teljesítményét méri. A teljesítménymérés a mikrohullámú technikában nélkülözhetetlen módszer, amely szervesen kapcsolódik a híradástechnika számos területén alkalmazott, alapvetően szükséges mérési eljárásokhoz. Attól függően, hogy mekkora a mérendő teljesítmény, mérési pontosság és milyen frekvencia határok között kell a mérést elvégezni, többféle mérőátalakító elrendezés vált ismertté. Ezek sorrendben a kalorimetrikus elven működő átalakítók, film és huzalbolométer, a tcrmoelemes mérőátalakítók, a mechanikai, elektromos és mágneses elvű átalakítók. Ezeket a mérőátalakító elrendezéseket szükségtelen részletesen ismertetni, csak az egyes mérőátalakító-csoportok hátrányos tulajdonságait soroljuk fel a következőkben, ezek ugyanis nem közismertek:- A kalorimetrikus elven működő teljesítménymérők hátránya bonyolult felépítésük, nehézkes kezelhetőségük, valmint a mérhető teljesítménytartomány és a mérési pontosság korlátozottsága, a hitelesítés nagy időigénye.- A film és huzalbolométerek hátránya a csekély terhelhetőség, a nem-lineáris viselkedés és a körülményes illeszthetőség.- A termoelemmel működő teljesítménymérők figyelemre méltóak (kiemelhetők) a Hewlett-Packard, valamint a Marconi Instruments cégek műszerei. Hátrányuk, hogy fémes termoelemek jele kicsiny. Ezen javított a félvezető és vékonyréteg-technika együttes alkalmazása, pld. a Hewlett-Packard cég HP 435A/8401 A típusú mérőeszközével, ahol egy félvezető chip és két egyforma termoelem van egy egységbe integrálva úgy, hogy a DC feszültségmérő szempontjából sorba, a nagyfrekvenciás jel szempontjából párhuzamosan kapcsolódnak, s a két párhuzamosan kapcsolt termoelem valósítja meg az 50 Ohm-os lezárást a nagyfrekvenciás tápvonalban. Hátrányuk, hogy a termoelektromos teljesítmény a hőmérséklet függvényében nem teljesen állandó, a tantálnitrid réteg öregedése következtében létrejött változások kompenzálása bonyolult. Az eszköz csak igen bonyolult technológiával, költségesen állítható elő. Túlterheléssel szemben igen érzékeny és csak 10 MHz feletti frekvenciákon használható.- A mechanikai elven működő teljesítménymérők csak igen szűk frekvenciatartományban használhatók.- Az elektromos vagy mágneses elven működő mikrohullámú teljesítménymérők által mérhető teljesítményszint, valamint az alkalmazhatósági frekvenciatartomány korlátozott (pld. a Shottky-Barrier-diódás módszerek). Főként nagyérzékenységű méréseknél használatosak, abszolút teljesítménymérésre csak korlátozott mértékben. Példa a Hewlett-Packard cég HP 8484 A típusú mérőfeje. Túlterhelésre szintén nagyon érzékeny. A találmány célja az előzőekben ismertetett mérőátalakító megoldások hátrányainak kiküszöbölése. Részletesebben: célunk olyan DC feszültségkimenetű mikrohullámú teljesítménymérő mérőátalakító kidolgozása, amely 0 Hz-tól működik, széles frekvenciasávban illesztett lezárást képvisel a tápvonal felé, VSWR értéke 18 GHz-ig 1,1 alatt van, széles teljesítménytartományban 10-20 pW-tól 500-1000 mW-ig pontos, beállási ideje 1 msec alatti, érzéketlen a hullámformára, érzéketlen a környezeti hatásokra, különösen a környezeti hőmérséklet változására. Célunk továbbá, hogy a mérőátalakító önálló szerkezeti egység legyen, hogy a DC kimenet jele, amely lehet DC áram vagy DC feszültség és arányos a mérendő mikrohullámú teljesítménnyel, tetszés szerinti kijelző eszközzel legyen megjeleníthető. E célok megvalósításánál célszerű volt kiindulni a bolometrikus teljesítménymérők elvéből, a legkorszerűbb, hőhatáson alapuló teljesítménymérők elrendezéséből, és célszerű volt a mikroelektronikai technológiával készült alkatrészkészletet alkalmazni. A találmányi gondolat első eleme az a felismerés, hogy a mérendő mikrohullámú jel útját, azaz a lezáró ellenállást elektromosan el kell választani a hőmérsékletérzékclőktől, azokkal kapcsolódó áramköröktől, és ez úgy valósítható meg, hogy egy vékony szigetelő lapka egyik felületére visszük fel a lezáró ellenállást, a másik felületére az árnyékolt hőmérsékletérzékelőt. A találmányi gondolat második eleme az, hogy második hőmérsékletérzékelőt alkalmazunk úgy, hogy a második hőmérsékletérzékelő az elsővel azonos hőszigetelt térben, egy hőszigetelt, célszerűen földelt és fazék alakú házban van. Mindkét hőmérsékletérzékelővel sorban árambeállító kompenzáló ellenállás van, célszerűen a hőszigetelt házon kívül. Végül hozzátartozik a találmányi gondolathoz az, hogy a két hőmérsékletérzékelőt és a két árambeállító kompenzáló ellenállást hídba kapcsoljuk és a híd kimeneti pontjairól vesszük le a mérendő mikrohullámú teljesítménnyel arányos egycnfeszültséget vagy egyenáramot. A találmány tehát mérőátalakító elrendezés mikrohullámú teljesítmény mérésére, amelynek mikrohullámú bemeneti csatlakozója és ehhez elektromosan csatolt lezáróellcnállása van, legalább egy első és legalább egy második hőmérsékletérzékelője van és ezeket egy fémes anyagból készült ház foglalja magába, amely célszerűen földelt és fazék alakú. Az első és második hőmérsékletérzékelővel sorbakapcsolva első és második árambeállító kompenzáló ellenállás van, amelyek a hőmérsékletérzékelőkkel hídkapcsolást képeznek., A találmányt az jellemzi, hogy a házat hőszigetelő burkolat veszi körül, ennek belsejében hővezető, de elektromosan szigetelő anyagból, célszerűen zafírból készült lapka van. Ennek egyik oldalán van a lezáróellenállás, másik oldalán a lezáróellenállással termikusán csatolva, de attól elektromosan szigetelve az első hőmérsékletérzékelő. Az is jellemzi a találmányt, hogy e házon belül, a lezáróellenállástól termikusán is és elektromosan is szigetelve van a második hőmérsékletérzékelő. A találmány szerinti mérőátalakító elrendezés egyik előnyös kialakításánál a házat a hőszigetelő burkolattal és az első és második árambeállító kompenzáló ellenállással együtt fémből készült burkolat veszi körül. A találmány szerinti mérőátalakító elrendezésnek célszerű kiviteli alakja képezhető ki oly módon, hogy a hídkapcsolás a két szemben lévő csomópontján egyenfeszültség forrásról van táplálva, a másik két szemben lévő csomópontja a két, első és második kimeneti pont. E két kimeneti pontra csatlakozik egy önmagában ismert, két első és második műveleti erősítővel megvalósított különbségképző áramkör, ahol a műveleti erősítők önmagukban invertáló negatív visszacsatolt elrendezésűek. További kiviteli alakok alakíthatók ki oly módon, hogy az első és második hőmérsékletérzékelőt mikroelektronikai technológiával gyártott félvezető ellenál5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
