A wide band resistive sensor, the performance of which is based on electron heating effect in semiconductors, has been implemented in a double ridge waveguide WRD250 in a frequency range of 2.6–7.8 GHz. The dependences of the output signal on microwave pulse power and frequency response of the sensor were measured. The measured results of frequency response have been compared with the calculated ones obtained using a finite-difference time-domain method, and a reasonable agreement between them was found.

Keywords: microwave pulse power measurement, electromagnetic wave, double ridged (H-type) waveguide, frequency response, finite-difference time-domain method, resistive sensor
PACS: 07.07.Df, 41.20.-q, 07.50.-e, 07.57.Kp

PLATAUS DAŽNIŲ RUOŽO BANGOLAIDINIS JUTIKLIS MIKROBANGŲ IMPULSAMS MATUOTI
Ž. Kancleris, P. Ragulis, R. Simniškis, M. Dagys
Fizinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Ankstesniame mūsų darbe [4], pasinaudoję baigtinių skirtumų laiko skalėje metodu, išsprendėme optimizacijos uždavinį ir nustatėme jutiklio, patalpinto H tipo bangolaidyje, elektrofizikinius parametrus (jutiklio matmenis, savitąjį laidumą) – kad jutiklio dažninė charakteristika turėtų mažiausią netolygumą, stovinčios bangos koeficientas nuo jutiklio neviršytų 1,5 ir jutiklio varža neviršytų 1 kΩ. Šiame darbe ištirtos tokio jutiklio jautrio priklausomybė nuo dažnio bei išėjimo signalo priklausomybė nuo mikrobangų impulso galios. Jutiklis buvo pagamintas iš 10 Ω cm savitosios varžos n-Si, jo matmenys – h × w × l = 3,8 × 1 × 1 mm³, o varža – 400 Ω. Kaip parodyta 1 pav., strypelio pavidalo bandinys buvo talpinamas H tipo bangolaidžio centre tarp metalo strypų, praplečiančių bangolaidžio dažnių ruožą. Jutiklio signalo priklausomybė nuo mikrobangų impulso galios buvo išmatuota naudojant magnetroninius generatorius S (2.75 GHz) ir C (5.7 GHz) dažnių ruožuose. Jutiklis prie atitinkamo dažnių ruožo stačiakampio bangolaidžio buvo prijungiamas naudojant perėjimus iš stačiakampio į H bangolaidį. Atlikti tyrimai parodė, kad tiriamasis jutiklis gali registruoti impulsus nuo kelių vatų iki kelių dešimčių kW.
Dažninę jautrio priklausomybę išmatavome naudodami mažos galios perderinamą mikrobangų generatorių, kurio signalas buvo moduliuotas meandru. Tokia metodika leidžia signalo matavimui panaudoti selektyvųjį stiprintuvą ir tokiu būdu gerokai padidinti matavimo jautrį. Išmatuota jutiklio jautrio priklausomybė nuo dažnio iš esmės sutapo su apskaičiuotąja. Išmatuotos ir apskaičiuotos priklausomybės šiek tiek blogiau sutapo žemesnių ir aukštesnių dažnių srityse. Eksperimentiškai nustatytas jautrio dažninės charakteristikos netolygumas sudarė ±24 %, tai yra visiškai priimtinas rezultatas turint omenyje platų matuojamąjį dažnių ruožą. Mūsų manymu, sujungus sukurtąjį jutiklį su plačiajuoste ruporine antena, jis galėtų būti naudojamas elektrinio lauko stipriui atviroje erdvėje nustatyti tiriant įvairių objektų atsparumą mikrobangų spinduliuotei.

References / Nuorodos

[1] M. Dagys, Ž. Kancleris, R. Simniškis, E. Schamiloglu, and F.J. Agee, Resistive sensor: Device for high-power microwave pulse measurement, IEEE. Antenn. Propag. Mag. 43, 64–79 (2001),
http://dx.doi.org/10.1109/74.979368
[2] Ž. Kancleris, R. Simniškis, M. Dagys, and V. Tamošiūnas, High power millimetre wave pulse sensor for W-band, IET Microw. Antenn. Propag. 1, 757–762 (2007),
http://dx.doi.org/10.1049/iet-map:20070015
[3] Ž. Kancleris, R. Simniškis, M. Dagys, and V. Tamošiūnas, X-band resistive sensor for high power microwave pulse measurement with flat frequency response, Electron. Lett. 44, 1143–1144 (2008),
http://dx.doi.org/10.1049/el:20081935
[4] Ž. Kancleris and P. Ragulis, Interaction of semiconductor sample with TE₁₀ mode in double ridged waveguide, Lith. J. Phys. 52, 1–9 (2012),
http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.52107
[5] V. Dienys, Ž. Kancleris, and Z. Martūnas, Warm Electrons, ed. J. Požela (Mokslas, Vilnius, 1983) [in Russian]
[6] J. Helszajn, Ridge Waveguides and Passive Microwave Components, IEE Electromagnetic Wave Series, Vol. 49, eds. P.G.B. Claricoats and E.V. Jull (The Institution of Engineering and Technology, London, 2000),
http://www.amazon.co.uk/Waveguides-Passive-Microwave-Components-Electromagnetic/dp/0852967942/