Будай А. Г., Гринчук А. П., Книш В. П., Светлов В. А. Науково-дослідний інститут прикладних фізичних проблем ім. А. Н. Севченко Курчатова 7, Мінськ – 220064, Республіка Білорусь Тел.: +375172122480; e-mail: poiiichuk@bsu.by

де

| j – магнітна проникність матеріалу датчика, і – рухливість носіїв заряду; b – розміри датчика Холла вздовж поширення хвилі.

Це передбачає привабливу ідею реалізації лінійного частотонезавісімого датчика НВЧ потужності, а об’ємний характер взаємодії датчика з електромагнітним полем – підвищену його стійкість до великих рівнями щільності потоку потужності. Проте в основному опубліковані матеріали обмежуються теоретичними моделями, ескізами вимірювальних секцій [2, 3], результатами одиничних експериментальних досліджень [4-6]. Так в

[4] розглянута робота датчика Холла в сильних електричних полях без урахування поглинання в ньому енергії падаючої хвилі, а в [5] наведена розрахункова залежність е.р.с. Холла від КСВ тракту, розмірів і КСВ власне елемента Холла.

У той же час від градієнта температури в зразку залежить виникає в напівпровіднику тер-мо-е.р.с., а від власне температури через зміну рухливості носіїв заряду і е.р.с., обумовлена ефектом Холла.

В ході експериментальних досліджень датчик Холла, містився в прямокутний хвилевід. Це дозволило змінювати щільність потоку потужності через датчик переміщенням його по перетину хвилеводу, контрольовано змінювати КСВ тракту і мінімізувало спотворення поля в хвилеводі сигнальними проводами.

Експерименти проводилися з акцентом на визначення характеристик датчика в тракті при наявності стоячої хвилі. Ця обставина автори вважають вирішальним, оскільки основною особливістю датчика Холла є реакція на вектор щільності потоку потужності. Тобто свідчення датчика Холла при вимірах в хвилеводі, хоча і з деякою погрішністю [5], визначаються пройшла в навантаження потужністю. При зміні ж рівня потужності в узгодженому тракті е.р.с. Холла і термо-е.р.с. можуть змінюватися синхронно і розділити ці дві складові практично неможливо.

Випробуванням були піддані 4 датчика, робочий шар яких був виготовлений з арсеніду галію. Основні електричні і геометричні параметри датчика Холла обрані виходячи з вимог роботи в хвилеводі перетином 23×10 мм.

Експериментальна установка містила генератор на магнетроні М857 з робочою частотою 9,4 ГГц і потужністю випромінювання 5 Вт, відрізок хвилеводу перетином 23×10 мм з випробуваним датчиком Холла, еталонний відбивач і навантаження. Еталонний відбивач мав ряд фіксованих значень коефіцієнта відбиття з можливістю зміни фази коефіцієнта відбиття на 180 °, що дозволяло при одному і тому ж КСВ тракту змінювати розподіл поля вздовж напрямку поширення хвилі.

Спочатку проводилась оцінка температурного режиму роботи датчика.

Інтегральна температура датчика в СВЧ поле визначалася опосередковано щодо зміни його омічного опору. Для цього попередньо волноводная секція з датчиком містилася в термошкаф і реєструвалася залежність опору датчика від температури.

Для визначення похибки, що вноситься виникає в зразку е.р.с., вимірювання опору проводилось двічі для різної полярності підключення датчика. В одному випадку виникає е.р.с. збільшує показання омметра, в іншому зменшує. Так максимальна різниця двох показань, отримана для зразка № 1, склала 3 Ом, що відповідає температурної похибки в 1-2 ° С.

Після подачі НВЧ потужності в тракт стабілізація вихідного опору датчиків наступала через 10-15 секунд і граничне значення його відповідало температурі від 70 до 90 ° С. І, незважаючи на те, що термо-е.р.с визначається градієнтом температури, цей факт може бути суттєвим при роботі з імпульсними і неперіодичними сигналами, в трактах до мінливих умов узгодження.

У доповіді наведено залежності сталого вихідного сигналу датчиків Холла від коефіцієнта проходження, що визначається відношенням потужності пройшла в навантаження до падаючої, і фази коефіцієнта відбиття еталонного відбивача. В ході аналізу результатів експерименту виділити яку-небудь загальну закономірність наведених залежностей для всіх датчиків Холла не вдалося. Для окремих елементів характерна залежність від фази відбитого сигналу і відсутність монотонності залежностей, хоча її припускають теоретичні моделі. Крім цього, при спостереженні динаміки зміни сигналу датчика в момент зміни КСВ тракту було виявлено, що первісна тенденція зміни сигналу не завжди збігається зі зміною до стабільного, стійкого сигналу. Наприклад, при збільшенні КСВ в перший момент сигнал зменшується, потім у наступні 2 – 5 секунд збільшується і приходить до стабільної величині. Все це в сукупності з тим, що рівень вихідного сигналу значно перевершує очікуваний, говорить про наявність термо-е.р.с, рівень якої значно перевищує рівень холловського е.р.с.

II. Висновок

Отримані результати свідчать про значні труднощі, що виникають на шляху використання датчиків Холла в вимірниках великих рівнів СВЧ потужності. Крім вирішення електродинамічної задачі тут з’являється необхідність рішення і термодинамічної, в якій треба враховувати як умови нерівномірного об’ємного розігріву датчика енергією електромагнітної хвилі, так і процес відведення тепла матеріалом підкладки та корпусу, сигнальними висновками, конвекційними потоками.

1. Милованов О. С., Собенін Н. П. Техніка надвисоких частот. М. Атомиздат, 1980. С. 464.

2. Валітов Р. А., Стрітенський В. Н. Радіотехнічні вимірювання. М. »Сов. радіо », 1970. С. 712.

3. Кушнір Ф. В., Савенко В. Г., Верник С. М. Вимірювання в техніці зв’язку. – М. »Зв’язок», 1970, с.544.

4. Гашка К. І., Конін А. М. Вимірювання потужності на ефекті Холла в сильних електричних полях. – Електронна техніка. Електроніка СВЧ, 1980, № 8, с. 39-41.

5. Білько М. І. Томашевський А. К. Вимірювання потужності на СВЧ. – М.: Радіо і зв’язок, 1986, 168с.

6. Єршов В. В., Каї, Л. Є., Семенова Є. М. малоінерційні вимірювачі високих рівнів імпульсної НВЧ потужності для автоматизованих систем управління. – Огляди з електронної техніки. Серія 1. Електроніка СВЧ, 1979, вип.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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»