5. マイクロ波測定技術
ほとんどの測定には、標準的なマイクロ波ベンチ構成が使用されます。これには、信号発生器(クライストロンまたはガン発振器)、減衰器、アイソレーター、周波数計、プローブ付きスロットライン、検出器、およびVSWR計またはオシロスコープが含まれます。
5.1. 主要な測定手順
- 電力測定:
- 低電力(0.01~10mW): A ボロメータ (サーミスタまたはバレッタを使用して)ブリッジ回路では、加熱による抵抗の変化を検出して電力を測定します。
- 中出力(10mW~1W): 熱量計技術 比熱が既知の特殊な負荷の温度上昇を測定します。
- 高出力(>10W): 熱量計ワットメーター (乾式または流動式)マイクロ波電力を吸収する流体または誘電体の温度変化を測定します。
- 減衰測定:
- 電力比法: テスト対象デバイスの有無による出力電力の比率を測定します。
- RF置換方法: デバイスは、同じ出力電力を生成するように調整された校正済みの高精度減衰器に置き換えられます。減衰器の測定値は、デバイスの減衰量を直接示します。
- 位相シフト測定: 被試験デバイスを通過する信号と、調整可能な高精度位相シフタを通過する信号をCRO上で比較する比較技術。2つの信号が一致するまで位相シフタを調整することで、位相シフトを直接読み取ることができます。
- VSWR測定:
- 低いVSWR(<10): スロットラインと VSWR メーターを使用して、最大電圧と最小電圧の比率を検出し、直接測定します。
- 高VSWR(>10): その 二重最小法 が使用されます。電圧最小値の両側にある、電力が最小値の2倍になる2点間の距離(d_2 – d_1)を測定します。VSWRは次のように計算されます:VSWR = \frac{\lambda_{g}}{\pi(d_2-d_1)}。
- インピーダンス測定:
- スロットラインの使用: 電圧最小値の位置は、まず未知の負荷で測定され、次に短絡回路で測定されます。最小値の位置のシフトとVSWRを用いて、負荷インピーダンスを決定します。
- 反射計の使用: 2つの方向性結合器は入射電力(P_i)と反射電力(P_r)をサンプリングします。反射係数の大きさは\rho = \sqrt{P_r/P_i}として計算され、そこからVSWRとインピーダンスを導出できます。
- 空洞共振器のQ測定: その 透過法 共振器の出力電力を周波数に対してプロットすることで共振曲線を得る。品質係数(Q_L)は、共振周波数(w_0)と半値幅(2\Delta)から計算される:Q_L = \frac{w}{2(w-w_0)}。