一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器及系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器及系统，包括信号输入端、同轴线结构、信号输出端和信号测量端；同轴线结构内的微波正交电磁场内嵌入一个霍尔模块，无其它外加源，利用同轴线内的电场与磁场提供给霍尔模块需要的电磁场，其中，微波正交电磁场中的电场平行于霍尔模块，微波正交电磁场中的磁场垂直于霍尔模块；霍尔模块，用于通过信号输入端输入微波信号，在微波正交电磁场内产生霍尔电压，并通过信号测量端来测量霍尔电压，从而实现线性测量微波功率；及通过信号输出端输出通过霍尔模块后的剩余输入功率，供后续测量系统测量使用。本实用新型专利技术整体结构小巧轻便，实现微波功率实时线性宽频测量。实现微波功率实时线性宽频测量。实现微波功率实时线性宽频测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器及系统


[0001]本技术涉及微波测量领域，具体涉及一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器及系统。

技术介绍

[0002]功率是表征微波信号特性的一个重要参数，也是托卡马克等离子体物理实验的关键依据。微波功率测量广泛应用于雷达、电子对抗、无线电通信、广播电视、微波医疗设备和微波加热等军用、民用、科研、生产与维护等领域，对微波功率值的准确测量无疑是现代微波测量中的关键一环。
[0003]如今，高功率微波功率测量应用最广泛的主要有两种方法：流体量热法和定向耦合器法。流体量热法的工作原理是通过测量吸收材料的温度变化来间接测得微波功率值，其测量结果的线性度较好，但由于温度的变化需要时间响应，因此实时性较弱，目前这一方法发展为比对量热法，提高了测量技术，但依旧不能满足微波技术的发展需求；定向耦合器法的工作原理是通过快响应二极管检波微波的电场(电压)信号，其实时性有保障，然而二极管的非线性区域是始终存在的，所以测量结果的线性度稍短一截，目前这一方法发展为定标法和补偿法，在处理中加入定标补偿的分析计算后，函数传递所需要的时间会影响对应微波系统的控保时间。
[0004]因此，在大功率微波
，目前微波功率测量的“线性”和“实时”条件还不能够同时实现，不能很好地满足物理实验需求。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是现有的大功率微波测量不能够同时实现“线性”和“实时”测量微波功率，不能满足物理实验需求。本技术目的在于提供一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器及系统，本技术利用霍尔效应来测量微波功率，实现微波功率实时线性宽频测量。
[0006]本技术通过下述技术方案实现：
[0007]第一方面，本技术提供了一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，所述同轴通过式微波功率探测器包括信号输入端、同轴线结构、信号输出端和信号测量端；所述信号输入端连接同轴线结构，所述同轴线结构连接信号输出端，所述同轴线结构连接信号测量端；
[0008]所述同轴线结构内的微波正交电磁场内嵌入一个霍尔模块，无其它外加源，利用同轴线内的电场与磁场提供给霍尔模块需要的电磁场，其中，微波正交电磁场中的电场平行于所述霍尔模块，微波正交电磁场中的磁场垂直于所述霍尔模块；所述霍尔模块，用于通过信号输入端输入微波信号，在微波正交电磁场内产生霍尔电压，并通过信号测量端来测量霍尔电压，从而实现线性测量微波功率；及通过信号输出端输出通过所述霍尔模块后的剩余输入功率，供后续测量系统测量使用。
[0009]所述同轴通过式微波功率探测器通过信号测量端来测量霍尔电压，从而实现线性测量微波功率；所述同轴通过式微波功率探测器通过信号输出端来输出通过所述霍尔模块后的剩余输入功率，供后续测量系统测量使用。
[0010]本技术将霍尔效应应用于微波测量领域，一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其作用于半导体的电流和磁场都由自身的微波正交电磁场提供，霍尔电压正比于自身的微波正交电磁场功率密度，霍尔电压与频率无关，在宽带检测领域相比于现在的技术路线有优势，具有广泛的运用前景。本技术的工作原理是：利用霍尔效应来测量微波功率，主要是利用同轴线内部自有的微波正交电磁场分布，在不加其他外来源的情况下，直接使用微波的电场和磁场的叉乘作用于霍尔模块上，获得原始性的霍尔电压与微波功率的线性关系，验证了“霍尔电压与微波功率成线性对应关系”的确定性。
[0011]本技术主要采用同轴线结构，通过设计芯线与金属外壳的尺寸以及改变填充介质的介电常数来调节并实现阻抗(阻抗值为50欧姆)匹配。本技术的同轴通过式微波功率探测器，不仅可以通过信号测量端来测量霍尔电压，从而实现线性测量微波功率；还可以通过信号输出端输出通过所述霍尔模块后的剩余输入功率，供后续测量系统测量使用。本技术可以兼顾微波功率测量中的线性度与实时性特点，同时具有应用范围更广的宽频响应特性。
[0012]优选地，所述信号输入端、信号输出端均采用N母头，所述信号测量端采用Q9头。
[0013]优选地，所述信号输入端设置于所述同轴线结构的右侧；所述信号输出端设置于所述同轴线结构的左侧；所述信号测量端设置于所述同轴线结构的上侧，且靠近信号输出端。
[0014]优选地，所述同轴线结构为三段式结构，包括左端第一段结构、中间第二段结构和右端第三段结构，所述左端第一段结构与右端第三段结构为采用合适的材料浇注或模块填充的方式构成对称式结构；所述中间第二段结构用于设置电路板及填充介质材料，所述电路板上设置有霍尔模块。
[0015]其中，填充介质材料形状、尺寸等均根据实验的具体要求来设计与加工。
[0016]同轴线结构的金属外壳接地形成微波的边界条件，以微波电磁场分布为基础，确定图1中电路板与填充介质材料的电路设计、安置位置与介质选择。整体结构要求满足微波阻抗匹配特性，工艺上采用一体化设计，减少微波通过时的反射对测量过程的影响以及降低插入损耗。
[0017]优选地，所述同轴线结构包括金属外壳，所述金属外壳是一个水平放置且呈圆柱型的中空腔体，左端第一段结构、中间第二段结构和右端第三段结构依次从左至右设置于金属外壳内；
[0018]所述金属外壳内沿中空腔体的正中轴向设置有芯线；所述中间第二段结构包括电路板，所述电路板通过其中心圆孔穿过所述芯线；所述右端第三段结构包括第一填充介质和第二填充介质，所述第一填充介质的直径小于第二填充介质的直径；所述左端第一段结构包括第三填充介质和第四填充介质，第三填充介质的直径大于和第四填充介质的直径；所述第一填充介质、第二填充介质、电路板、第三填充介质和第四填充介质于金属外壳内从右至左依次穿过芯线进行装配；
[0019]所述霍尔模块通过信号测量线连接所述信号测量端。
[0020]优选地，所述第一填充介质、第二填充介质、电路板、第三填充介质和第四填充介质于金属外壳内从右至左依次通过每个部件的中心圆孔穿过芯线进行装配；每个器件的中心圆孔直径与所述芯线直径相等；
[0021]所述电路板的中心圆孔内部与外圈外部均镀有金属层。
[0022]优选地，所述第一填充介质和第四填充介质的材料采用聚四氟乙烯；
[0023]所述第二填充介质和第三填充介质是采用由聚丙交酯PLA材料进行3D打印形成的圆柱体结构。
[0024]优选地，所述霍尔模块的引脚(霍尔模块的4个引脚同一个方向)正对所述信号输入端；
[0025]所述霍尔模块的输出端焊有由电感与电阻组成的滤波电路，从而稳定信号输出，去除其中的纹波噪声。
[0026]优选地，所述霍尔模块是能够实现霍尔效应的器件，所述霍尔模块包括金属薄片或者半导体。
[0027]第二方面，本技术又提供了一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测系统，该探测系统包括所述的一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器；该探测系统还包括微波源、功率计、微伏电压表、放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其特征在于，所述同轴通过式微波功率探测器包括信号输入端(3)、同轴线结构(2)、信号输出端(1)和信号测量端(4)；所述信号输入端(3)连接同轴线结构(2)，所述同轴线结构(2)连接信号输出端(1)，所述同轴线结构(2)连接信号测量端(4)；所述同轴线结构(2)内的微波正交电磁场内嵌入一个霍尔模块(5)，其中，微波正交电磁场中的电场平行于所述霍尔模块(5)，微波正交电磁场中的磁场垂直于所述霍尔模块(5)；所述霍尔模块(5)，用于通过信号输入端(3)输入微波信号，在微波正交电磁场内产生霍尔电压，并通过信号测量端(4)来测量霍尔电压，从而实现线性测量微波功率；及通过信号输出端(1)输出通过所述霍尔模块(5)后的剩余输入功率，供后续测量系统测量使用。2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其特征在于，所述信号输入端(3)、信号输出端(1)均采用N母头，所述信号测量端(4)采用Q9头。3.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其特征在于，所述信号输入端(3)设置于所述同轴线结构(2)的右侧；所述信号输出端(1)设置于所述同轴线结构(2)的左侧；所述信号测量端(4)设置于所述同轴线结构(2)的上侧，且靠近信号输出端(1)。4.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其特征在于，所述同轴线结构(2)为三段式结构，包括左端第一段结构、中间第二段结构和右端第三段结构，所述左端第一段结构与右端第三段结构为采用材料浇注或模块填充的方式构成对称式结构；所述中间第二段结构用于设置电路板(23)及填充介质材料，所述电路板(23)上设置有霍尔模块(5)。5.根据权利要求4所述的一种基于霍尔效应的同轴通过式微波功率探测器，其特征在于，所述同轴线结构(2)包括金属外壳(21)，所述金属外壳(21)是一个水平放置且呈圆柱型的中空腔体，左端第一段结构、中间第二段结构和右端第三段结构依次从左至右设置于金属外壳(21)内；所述金属外壳(21)内沿中空腔体的正中轴向设置有芯线(22)；所述中间第二段结构包括电路板(23)，所述电路板(23)通过其中心圆孔穿过所述芯线(22)；所述右端第三段结构包括第一填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢波，马悦心，许凌飞，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：