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).

Рисунок 5 — общий вид СВЧ генератора, детекторной секции и резонатора.

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, что потери, вносимые образцом, регистрируются как изменение прошедшей мощности через СВЧ резонатор, и она равна:

(1).

где Р_пр — 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 S_o = Дf/ДE_o 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).

Рисунок 6 — Калибровочная кривая.

Рисунок 7 — Зависимость выпрямленного тока от непрерывно падающей СВЧ мощности Квадратичный участок на рисунке 7 заканчивается на 1,5 мА, а СВЧ диод работает на нагрузку, равной 300 Ом следовательно:

Uдетmax = 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:

Pmax = 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 .