ДАТЧИК ХОЛЛА В СВЧ ПОЛЕ БОЛЬШОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

May 7, 2012 by admin Комментировать »

Будай А. Г., Гринчук А. П., Кныш В. П., Светлов В. А. Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Курчатова 7, Минск – 220064, Республика Беларусь Тел.: +375172122480; e-mail: poiiichuk@bsu.by

где

|j – магнитная проницаемость материала датчика ; и – подвижность носителей заряда; b – размеры датчика Холла вдоль распространения волны.

Это предполагает заманчивую идею реализации линейного частотонезависимого датчика СВЧ мощности, а объемный характер взаимодействия датчика с электромагнитным полем – повышенную его стойкость к большим уровням плотности потока мощности. Однако в основном опубликованные материалы ограничиваются теоретическими моделями, эскизами измерительных секций [2, 3], результатами единичных экспериментальных исследований [4-6]. Так в

[4]    рассмотрена работа датчика Холла в сильных электрических полях без учета поглощения в нем энергии падающей волны, а в [5] приведена расчетная зависимость э.д.с. Холла от КСВ тракта, размеров и КСВ собственно элемента Холла.

В то же время от градиента температуры в образце зависит возникающая в полупроводнике тер- мо-э.д.с., а от собственно температуры через изменение подвижности носителей заряда и э.д.с., обусловленная эффектом Холла.

В ходе экспериментальных исследований датчик Холла, помещался в прямоугольный волновод. Это позволило изменять плотность потока мощности через датчик перемещением его по сечению волновода, контролируемо изменять КСВ тракта и минимизировало искажения поля в волноводе сигнальными проводами.

Эксперименты проводились с акцентом на определение характеристик датчика в тракте при наличии стоячей волны. Это обстоятельство авторы считают решающим, поскольку основной особенностью датчика Холла является реакция на вектор плотности потока мощности. То есть показания датчика Холла при измерениях в волноводе, хотя и с некоторой погрешностью [5], определяются прошедшей в нагрузку мощностью. При изменении же уровня мощности в согласованном тракте э.д.с. Холла и термо-э.д.с. могут изменяться синхронно и разделить эти две составляющие практически невозможно.

Испытаниям были подвергнуты 4 датчика, рабочий слой которых был изготовлен из арсенида галлия. Основные электрические и геометрические параметры датчика Холла выбраны исходя из требований работы в волноводе сечением 23×10 мм.

Экспериментальная установка содержала генератор на магнетроне М857 с рабочей частотой 9,4 ГГц и мощностью излучения 5 Вт, отрезок волновода сечением 23×10 мм с испытуемым датчиком Холла, эталонный отражатель и нагрузку. Эталонный отражатель имел ряд фиксированных значений коэффициента отражения с возможностью изменения фазы коэффициента отражения на 180°, что позволяло при одном и том же КСВ тракта изменять распределение поля вдоль направления распространения волны.

Первоначально проводилась оценка температурного режима работы датчика.

Интегральная температура датчика в СВЧ поле определялась косвенно по изменению его омического сопротивления. Для этого предварительно волноводная секция с датчиком помещалась в термошкаф и регистрировалась зависимость сопротивления датчика от температуры.

Для определения погрешности, вносимой возникающей в образце э.д.с., измерение сопротивления проводилось дважды для различной полярности подключения датчика. В одном случае возникающая э.д.с. увеличивает показания омметра, в другом уменьшает. Так максимальная разница двух показаний, полученная для образца №1, составила 3 Ом, что соответствует температурной погрешности в 1-2°С.

После подачи СВЧ мощности в тракт стабилизация выходного сопротивления датчиков наступала через 10-15 секунд и предельное значение его соответствовало температуре от 70 до 90°С. И, несмотря на то, что термо-э.д.с определяется градиентом температуры, этот факт может быть существенным при работе с импульсными и непериодическими сигналами, в трактах с изменяющимися условиями согласования.

В докладе приведены зависимости установившегося выходного сигнала датчиков Холла от коэффициента прохождения, определяемого отношением мощности прошедшей в нагрузку к падающей, и фазы коэффициента отражения эталонного отражателя. В ходе анализа результатов эксперимента выделить какую-либо общую закономерность приведенных зависимостей для всех датчиков Холла не удалось. Для отдельных элементов характерна зависимость от фазы отраженного сигнала и отсутствие монотонности зависимостей, хотя ее предполагают теоретические модели. Кроме этого, при наблюдении динамики изменения сигнала датчика в момент изменения КСВ тракта было обнаружено, что первоначальная тенденция изменения сигнала не всегда совпадает с изменением к стабильному, устойчивому сигналу. Например, при увеличении КСВ в первый момент сигнал уменьшается, затем в последующие 2- 5 секунд увеличивается и приходит к стабильной величине. Все это в совокупности с тем, что уровень выходного сигнала значительно превосходит ожидаемый, говорит о наличии термо-э.д.с, уровень которой значительно превышает уровень холловской э.д.с.

II.   Заключение

Полученные результаты свидетельствуют о значительных трудностях, возникающих на пути использования датчиков Холла в измерителях больших уровней СВЧ мощности. Помимо решения электродинамической задачи здесь появляется необходимость решения и термодинамической, в которой надо учитывать как условия неравномерного объемного разогрева датчика энергией электромагнитной волны, так и процесс отвода тепла материалом подложки и корпуса, сигнальными выводами, конвекционными потоками.

1.   Милованов О. С., Собенин Н. П. Техника сверхвысоких частот. М. Атомиздат, 1980. С. 464.

2.   Валитов Р. А., Сретенский В. Н. Радиотехнические измерения. М.»Сов. радио», 1970. С. 712.

3.   Кушнир Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М. Измерения в технике связи. – М.»Связь», 1970, с.544.

4.   Гашка К. И., Конин А. М. Измерение мощности на эффекте Холла в сильных электрических полях. – Электронная техника. Электроника СВЧ, 1980, № 8, с. 39-41.

5.   Билько М. И. Томашевский А. К. Измерение мощности на СВЧ. – М.: Радио и связь, 1986, 168с.

6.   Ершов В. В., Каи, Л. Е., Семенова Е. М. Малоинерционные измерители высоких уровней импульсной СВЧ мощности для автоматизированных систем управления. – Обзоры по электронной технике. Серия 1. Электроника СВЧ, 1979, вып.10, 74 с.

HALL EFFECT SENSOR IN HIGH-POWER MICROWAVE FIELD

Budai A. G., Grinchuk A. P., Knysh V. P., Svetlov V. A.

Institute of Applied Physical Problems BSU Kurchatov St. 7, Minsk, Belarus, 220064 Phone: +375172122480 E-mail: poliichuk@bsu.by

Abstract – Results of experimental researches of the Hall

effect sensor in the microwave field of the large intensity are

considered.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты