Đo lường điện - Bài 9: Đo công suất

© Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/53 Bài 9 Đo công suất Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS Môn học: Đo lường điện Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/53 Nội dung  Phần I: Khái niệm chung  Phần II: Các phương pháp đo Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/53 PhÇn I Kh¸i niÖm chung  Phép đo công suất  Các đơn vị đo công suất  Các loại công suất Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 4/53 Phép đo công suất  Công suất là một trong những tham số quan trọng cần đo trong các thiết bị thu phát thông tin, đài điều khiển tên lửa, trạm ra đa, động cơ và máy phát điện, máy phát tín hiệu đo lường  Phạm vi đo rộng:  từ 10-18 W đến 109 W  Mỗi đối tượng đo có thành phần công suất đặc trưng xác định Đo CS hệ thống phát truyền hình Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Công suất quá thấp – Tín hiệu sẽ bị che lấp bởi tạp âm Tầm quan trọng của các mức công suất  Công suất quá cao – Dễ gây ra méo phi tuyến – Tăng độ phức tạp thiết kế, giá thành thiết bị, giảm độ tin cậy – Hoặc thậm chí xấu hơn! RL 0.0 dBm ATTEN 10 dB 10 dB / DIV START 150 MHz STOP 1.150 GHz RB 3.00 MHz VB 300 kHz ST 13.89 msec  Các thiết bị RF và viba thường làm việc ở gần c/s giới hạn, nguy cơ hỏng hóc cao  đo c/s là rất cần thiết  Mức c/s ra là một chỉ tiêu quan trọng trong thiết kế và đánh giá chất lượng hoạt động của các hệ thống. Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Đơn vị c/s - Oát (W) 1W = 1 joule/sec  Oát là một đơn vị cơ bản trong hệ SI: 1 volt = 1 W/A  Thường dùng số đo c/s tương đối biểu diễn theo dB: P(dB) = 10 log(P/Pref) Dễ biểu diễn bằng số: VD +63 dB ÷ -153 dB thay cho 2 × 10+6 ÷ 0.5 × 10-15 Dễ biểu diễn tăng ích - suy giảm của các hệ thống ghép tầng: thay phép nhân (W) = phép cộng - trừ số (dB)  Số đo công suất tuyệt đối được biểu diễn theo dBm: P(dBm) = 10 log(P/1 mW) Các đơn vị đo công suất Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Công suất: P = (V)(I) Biên độ t P I V I RV + - Thành phần công suất một chiều DCThành phần công suất xoay chiều AC  Với 1 tải tùy ý P = UI cosφ  Với 1 tải thuần trở P = UI  Định nghĩa c/s: năng lượng truyền trong một đơn vị thời gian được lấy trung bình qua nhiều chu kỳ tín hiệu Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Phép đo công suất ở các tần số khác nhau  DC  Tần số thấp (<100 KHz)  Tần số cao (> 1GHz) VInc VR Z S Z O RL V RL V RL - + ± Z S Z S I I Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Phép đo công suất ở các tần số khác nhau  DC: đo trực tiếp U và I  P = U.I  Tần số < 100 KHz: đo trực tiếp U và I  P = U.I  Tần số = vài chục MHz ÷ vài trăm MHz: Đo trực tiếp P  tính ra U và I. Mặc dù vẫn có thể đo U và I, nhưng phép đo trực tiếp P có ĐCX cao hơn và dễ thực hiện hơn.  Tần số tới 1 GHz (dải RF và vi ba): đo trực tiếp P  tính ra U và I.  P duy trì không đổi, trong khi U và I có thể thay đổi theo vị trí trên đường truyền dẫn không tổn hao  Xác định U và I trong đường truyền dẫn sóng là khó khăn. Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Các loại công suất  Công suất trung bình (Average Power)  Công suất xung (Pulse Power)  Công suất đường bao đỉnh (Peak Envelope Power) Tín hiệu RF liên tục Tín hiệu RF dạng xung Tín hiệu xung Gauss Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Công suất trung bình (Average Power) thời gian Lấy trung bình qua một vài chu kỳ điều chế Lấy trung bình qua nhiều xung thu được  Thông dụng vì thiết bị đo thuận tiện về thiết bị đo và độ chính xác cao;  Biết c/s trung bình  có thể suy ra c/s xung và c/s đường bao đỉnh (nếu biết dạng sóng) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Công suất xung (Pulse Power)  Phân tích toàn bộ đường bao điều chế Biên độ đỉnh xung Risetime Falltime C/S trung bình Biên độ đáy xung Khoảng lặp lại của xung Offtime Độ rộng xung C/S đỉnh τ điểm 50% của biên độ Overshoot điểm 10% của biên độ điểm 90% của biên độ Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Công suất xung (tiếp theo)  Nếu một bộ KĐ đang hoạt động gần mức đầu vào cực đại, c/s trung bình là chưa đủ thể hiện  cần biết lượng vượt quá (overshoot) ở sườn lên của xung  cần đo c/s xung để có được đặc tính dạng sóng đầy đủ.  Khi đo c/s xung, chỉ quan tâm tới công suất trong mỗi xung. Việc lấy trung bình chỉ thực hiện qua độ rộng của xung đó, (không lấy trung bình qua nhiều lần lặp lại của xung)  Giá trị c/s xung cung cấp nhiều tham số của một tín hiệu xung. Các phép đo này có thể thực hiện bằng cách dùng máy phân tích c/s đỉnh (peak power analyzer), thiết bị có thể tìm ra các đặc trưng thống kê của đường bao với đầu ra dạng oscillscope. Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Công suất xung (tiếp theo)  Đo c/s xung không phải là đo c/s đỉnh của xung, mà lấy trung bình những biến đổi bất thường trên đỉnh xung.  Về toán học, c/s xung được tính theo: τ τ = ∫ 0 1 ( ) ( )xgP u t i t dt  khó đo ở RF • Thông thường, c/s xung được định nghĩa: τ = . tb xg P P f Ptb – chỉ số trên máy đo C/S trung bình; f – tần số lặp lại của xung; τ - độ rộng của xung tính theo mức 0,5 chiều cao đỉnh xung  Dễ đo hơn ở RF  Đo C/S trung bình, từ đó tính ra c/s xung (1) (2) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Xung Gauss và các loại c/s khác nhau Công suất đường bao đỉnh (Peak Envelope Power) C/S đường bao đỉnh Pxg tính theo (2) Pxg tính theo (1) điểm 50% của biên độ c/s tức thời ở t = t1 Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Nhiều ứng dụng dùng xung Gauss thay cho xung chữ nhật nhằm tiết kiệm băng thông  C/s xung chỉ đúng cho xung chữ nhật, không đúng với xung Gauss  cần đo c/s đường bao đỉnh  C/s đường bao đỉnh mô tả c/s đường bao cực đại của xung  C/s đường bao được đo bằng cách lấy trung bình trong khoảng thời gian rất nhỏ hơn 1/ fm Với fm là thành phần tần số cao nhất của dạng sóng điều chế. Thời gian lấy trung bình phải << so với chu kỳ của tần số điều chế cao nhất, và >> chu kỳ RF Công suất đường bao đỉnh (Peak Envelope Power) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Hiển thị liên tục c/s đường bao trên một máy hiện sóng (dùng một bộ tách sóng có điện áp ra ~ công suất RF đầu vào)  Máy phân tích c/s đỉnh  Cho biết hồ sơ của dạng xung  C/s đường bao đỉnh là giá trị cực đại của c/s đường bao  Khi các xung chữ nhật là hoàn hảo  c/s đường bao đỉnh = c/s xung  máy phân tích c/s đỉnh có thể dùng để lấy đặc tính đầy đủ của dạng sóng này Công suất đường bao đỉnh (Peak Envelope Power) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Tóm tắt về các số đo công suất Đối với một tín hiệu liên tục: c/s trung bình = c/s xung = c/s đường bao đỉnh Thường đo c/s trung bình vì thiết bị đo dễ sử dụng; độ chính xác cao; các chỉ tiêu kỹ thuật có thể theo dõi được Thông thường, c/s xung và c/s đường bao đỉnh có thể được tính ra từ c/s trung bình Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/53 Đo c«ng suÊt ë tÇn sè cao  Đặc điểm của phép đo công suất ở tần số cao: Phép đo được tiến hành thông qua biến đổi công suất về một đại lượng trung gian rồi đo đại lượng đó  C¸c ph­¬ng ph¸p ®o c«ng suÊt ë tÇn sè cao:  BiÕn ®æi c«ng suÊt vÒ nhiÖt l­îng  BiÕn ®æi c«ng suÊt vÒ quang n¨ng  §o c«ng suÊt dïng chuyÓn ®æi Hall  §o c«ng suÊt b»ng c¸ch ®o ®iÖn ¸p trªn t¶i thuÇn trë  §o c«ng suÊt dïng ®iÖn trë nhiÖt  §o c«ng suÊt dùa trªn t¸c ®éng c¬ häc cña sãng ®iÖn tõ  Ph­¬ng tiÖn ®o c«ng suÊt gäi lµ o¸t mÐtBộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/53 Khái niệm đo công suất hấp thụ  §o c«ng suÊt tiªu t¸n trªn t¶i hßa hîp cña chÝnh ph­¬ng tiÖn ®o  HÊp thô toµn bé c«ng suÊt cña nguån ph¸t khi nguån ph¸t ®ó kh«ng m¾c t¶i ngoµi Nguồn công suất cần đo Tải hấp thụ Biến đổi năng lượng Thiết bị chỉ thị Dây truyền Oát métBộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/53 Khái niệm đo công suất truyền thông  §o c«ng suÊt truyÒn theo ®­êng truyÒn tíi t¶i  ChØ hÊp thô mét phÇn n¨ng l­îng cña nguån ph¸t, phÇn lín n¨ng l­îng vÉn truyÒn tíi t¶i thùc Bộ phận ghép Radar System Nguồn công suất cần đo Tải hấp thụ Biến đổi năng lượng Thiết bị chỉ thị Dây truyền sóng Oát mét Bộ phận ghép Tải thực Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/53 PhÇn II C¸c ph­¬ng ph¸p ®o c«ng suÊt 2.1 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mét 2.2 Ph­¬ng ph¸p ®o c­êng ®é ¸nh s¸ng 2.3 Phương pháp dïng chuyÓn ®æi Hall 2.4 Ph­¬ng ph¸p ®o ®iÖn ¸p trªn t¶i thuÇn trë 2.5 Phương pháp dùa trªn t¸c ®éng c¬ häc cña sãng ®iÖn tõ 2.6 Phương pháp dùng dïng cảm biến c«ng suÊt Bộ m ô LT M -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/53 2.1 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt  Đo công suất hấp thụ  Còn gọi là phương pháp Calo  Dùng để đo công suất siêu cao tần với độ chính xác cao, phạm vi đo từ 5 W đến 1000 W  Nguyên tắc: biến đổi năng lượng điện từ về dạng nhiệt năng (trên điện trở hay vật liệu cách điện có tổn hao)  Phương pháp nhiệt lượng là cơ sở để chế tạo oát mét nhiệt lượng (còn gọi là calorimet) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/53 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt  C¸c thµnh phÇn cña nhiÖt l­îng mÐt:  Nguån n­íc t¹o ra dßng n­íc ch¶y qua phÇn tö nung (t¶i hÊp thô cña nguån c«ng suÊt cÇn ®o)  ThiÕt bÞ ®o hiÖu nhiÖt ®é vµ l­u tèc n­íc  Hai cÆp nhiÖt dïng ®Ó ®o hiÖu nhiÖt ®é Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/53 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt 0 0. 4,17 . 0,24 V TP v T t = = ∆ ∆  NhiÖt l­îng Q táa ra n­íc: Q = V (T2o – T1o) = V. ∆To V - thÓ tÝch n­íc ch¶y qua phÇn tö nung ∆To - hiÖu nhiÖt ®é cña n­íc ch¶y ra vµ ch¶y vµo  Theo ®Þnh luËt Jule-Lens: nhiÖt l­îng táa ra tõ phÇn tö nung cã ®iÖn trë R do dßng ®iÖn I ch¹y qua trong thêi gian t: Q = 0,24 I2.R.t = 0,24 P.t P - c«ng suÊt cÇn ®o  Suy ra: víi v = V/t lµ l­u tèc n­ícBộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/53 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt  NÕu gi÷ v = const  c«ng suÊt cÇn ®o ®­îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp th«ng qua hiÖu hai nhiÖt ®é ∆To  có thể kh¾c ®é trùc tiÕp thang ®o cña microampemÐt theo gi¸ trÞ c«ng suÊt  Sai sè g©y ra do nh÷ng nguyªn nh©n sau:  Do mÊt æn ®Þnh l­u tèc n­íc  Do sai sè cña phÐp ®o hiÖu nhiÖt ®é  Do kh«ng phèi hîp trë kh¸ng gi÷a nguån c«ng suÊt vµ vËt nung  Do truyÒn nhiÖt ra m«i tr­êng xung quanh Sai sè tæng céng cña o¸t mÐt kho¶ng 5 - 10%Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 27/53 Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt Ph­¬ng ph¸p nhiÖt l­îng mÐt thực hiện trong thùc tÕBộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/53 2.1 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall  Bé chuyÓn ®æi Hall: B¶n b¸n dÉn ®¬n tinh thÓ (germani hoÆc silic)  2 cÆp cùc:  CÆp dßng (D-D) ®­îc cÊp dßng mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu  CÆp ¸p (H-H): cho ra ®iÖn ¸p tû lÖ víi tÝch cña dßng ®iÖn vµ tõ c¶m t¸c ®éng vu«ng gãc lªn bÒ mÆt cña b¶n b¸n dÉn tinh thÓ D D H H EH i VD: bé chuyÓn ®æi Hall 1 chiÒu §iÖn ¸p Dßng ®iÖn Hall-Effect Sensor Bản bán dẫn đơn tinh thể Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 29/53 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall  Khi trªn b¶n b¸n dÉn cã t¸c ®éng cña tõ tr­êng  trªn cÆp ¸p H-H xuÊt hiÖn suất ®iÖn ®éng Hall eH = KH.B.i víi KH - hÖ sè phô thuéc vµo vËt liÖu, kÝch th­íc, h×nh d¹ng cña tÊm b¸n dÉn vµ nhiÖt m«i tr­êng  B là tõ c¶m cña cuén d©y B = Ki.iL = Ku.uL víi Ki vµ Ku - c¸c hÖ sè tû lÖ  Do vËy eH = KH.Ki.iL.i = KH .Ku.uL.i Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/53 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall  Trong m¹ch ®iÖn mét chiÒu, nÕu:  §iÖn ¸p trªn t¶i Ut  cÊp cho L  Dßng ®iÖn qua t¶i It  cÊp cho D-D th× søc ®iÖn ®éng Hall: eH = KHKUPt  Trong m¹ch ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin, nÕu:  §iÖn ¸p trªn t¶i Ut(t) = Um sin ωt  cÊp cho L  Dßng ®iÖn qua t¶i It(t) = Im sin (ωt - ϕ)  cÊp cho D-D (®iÖn ¸p trªn t¶i vµ dßng ®iÖn qua t¶i lÖch pha nhau mét gãc ϕ) th× søc ®iÖn ®éng Hall: eH = KH KU Um Im sin ωt. sin (ωt - ϕ) = KH KU U.I cos ϕ - KH KU UI cos (2ωt - ϕ)Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 31/53 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall  M¾c CC§ tõ ®iÖn vµo hai cùc ¸p H-H  chØ sè cña CC§ sÏ tû lÖ víi c«ng suÊt trung b×nh trong m¹ch dßng xoay chiÒu  có thể khắc độ trực tiÕp thang ®o cña dông cô tõ ®iÖn theo ®¬n vÞ c«ng suÊt. S¬ ®å víi uL~ It vµ i ~ UtBộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 32/53 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall S¬ ®å o¸t mÐt ®o c«ng suÊt ë ©m tÇn (®Õn 20 KHz): R1 – bï tÇn sè, L2 – bï mÐo pha; R2 – c©n b»ng ®iÖn thÕ c¸c cùc khi ch­a cã t¸c dông cña tr­êng ®iÖn tõ  Mét sè s¬ ®å o¸t mÐt víi BB§ Hall sö dông trong thùc tÕ S¬ ®å o¸t mÐt ®o c«ng suÊt ë cao tÇn (®Õn 20 KHz): R1, C1– bï tÇn sè, cuén L1 cã lâi cã phÈm chÊt cao Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 33/53 Ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall  §Æc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p sö dông hiÖu øng Hall:  ­u ®iÓm: KÝch th­íc nhá; hÇu nh­ kh«ng cã qu¸n tÝnh (®o nhanh); d¶i tÇn réng (®o tíi tÇn sè siªu cao ≥ 4000 MHz)  Nh­îc ®iÓm: søc ®iÖn ®éng Hall phô thuéc m¹nh vµo nhiÖt ®é bªn ngoµi  Sai sè (nhá nhÊt kho¶ng 0.5%)  Do cÊu t¹o m¹ch ®o  Do biÕn thiªn nhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh  Do biÕn thiªn tÇn sè cña nguån ®o c«ng suÊt Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 34/53 2.3 Ph­¬ng ph¸p ®o c­êng ®é ¸nh s¸ng  Nguyªn t¾c: biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thµnh quang n¨ng ®Ó ®o c«ng suÊt  D¶i tÇn ®o: tíi sãng dm  D¶i ®o: tíi 20W Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 35/53 2.4 Phương pháp đo điện áp trên tải thuần trở Nguyªn t¾c: ®o c«ng suÊt b»ng c¸ch ®o ®iÖn ¸p trªn t¶i thuÇn trë cã gi¸ trÞ ®· biÕt tr­íc ChÕ t¹o o¸t mÐt t¸ch sãng ®o c«ng suÊt hÊp thô ë tÇn sè cao, tíi 1000 MHz T¶i mÉu lµ ®iÖn trë bÒ mÆt hoÆc d¹ng khèi cã cÊu tróc ®Æc biÖt. Cßn gäi lµ ph­¬ng ph¸p v«n mÐt Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 36/53 Phương pháp đo điện áp trên tải thuần trở  T¶i mÉu:®iÖn trë bÒ mÆt hoÆc d¹ng khèi cã cÊu tróc ®Æc biÖt: h×nh trô lâi b»ng gèm, trªn phñ mét líp than ch× ®Æc biÖt; mµn ch¾n phèi hîp n»m däc theo chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn trë, cã ®­êng kÝnh biÕn thiªn theo hµm mò  ThiÕt kÕ ®¶m b¶o phèi hîp trë kh¸ng tèt nhÊt V R§o Rt¶i Tíi c¸p ®ång trôc V«n mÐt t¸ch sãng biªn ®é O¸t mÐt t¸ch sãng §Çu c¾m cao tÇn Mµn ch¾n phèi hîp Oát mét tách sóng Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 37/53 Phương pháp đo điện áp trên tải thuần trở  Khi cã phèi hîp trë kh¸ng: = = = = 22 . . 2 m t t t UU U P U I U R R R  Quan hệ giữa điện áp đo được trên vôn mét tách sóng và điện áp trên tải  Như vậy, công suất trên tải được xác định qua Uđo như sau = ⇔ =®o®o m ®o ®o t m t R R U U U U R R  Kh¾c ®é thang ®o v«n mÐt theo ®¬n vÞ c«ng suÊt.   = = ⇔ =    2 2t ®o ®o2 ®o ®o 2 R1 U 2 2 2R m t t t U R P U P R R R Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 38/53 Phương pháp đo điện áp trên tải thuần trở  Sai sè:  Do kÐm phèi hîp trë kh¸ng  Sai sè cña ®iÖn trë t¶i  Sai sè cña v«n mÐt Sai sè tæng céng ≤ 20%  D¶i ®o ®­îc lªn tíi hµng chôc ngh×n W  D¶i tÇn tíi hµng ngh×n MHz Oát mét tách sóng Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 39/53 2.5 Ph­¬ng ph¸p dùa trªn t¸c ®éng c¬ häc cña sãng ®iÖn tõ  Nguyªn t¾c: ®o c«ng suÊt th«ng qua ®o ¸p suÊt cña sãng ®iÖn tõ t¸c ®éng lªn bÒ mÆt cña èng dÉn sãng khi lan truyÒn  Theo lý thuyÕt tr­êng ®iÖn tõ:  Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn trong èng dÉn sãng cã thiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt g©y ra mét ¸p suÊt kh«ng ®æi trªn thµnh hÑp vµ biÕn ®æi theo quy luËt h×nh sin trªn thµnh réng cña èng.  ThiÕt diÖn èng cµng nhá c­êng ®é sãng ®iÖn tõ cµng t¨ng vµ ¸p suÊt trªn thµnh èng cµng lín.  TrÞ sè cña ¸p suÊt nµy rÊt nhá, th­êng kh«ng lín h¬n 10-12 N/m2.Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 40/53 Ph­¬ng ph¸p dùa trªn t¸c ®éng c¬ häc cña sãng ®iÖn tõ  §Æt 1 l¸ thÐp máng ®µn håi trªn thµnh hÑp cña èng dÉn sãng, g¾n chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn hay ®iÖn dung  tÝn hiÖu lÊy tõ ®Çu ra cña c¸c chuyÓn ®æi nµy tû lÖ víi ¸p suÊt (hay c«ng suÊt cao tÇn)  §o c«ng suÊt truyÒn th«ng.  ­u ®iÓm:  D¶i ®o réng (víi trÞ sè tõ hµng chôc mW ®Õn hµng tr¨m KW),  Tæn hao c«ng suÊt nhá, qu¸n tÝnh nhá vµ Ýt bÞ qu¸ t¶i.  Nh­îc ®iÓm:  Cã sai sè do mÊt phèi hîp trë kh¸ng  RÊt nh¹y c¶m víi rung xãc c¬ häcBộ ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2.6 Phương pháp dùng cảm biến công suất DC thay thế hoặc tương đương ở tần số thấp Công suất RF được hấp thụ bởi bộ cảm biến Cảm biến công suất Máy đo công suất Hiển thị Thermistor Diode Detector Thermocouple Các loại cảm biến công suất Điện trở nhiệt Cặp nhiệt Tách sóng điốt Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Điện trở nhiệt (Thermistor) Các đặc tuyến của một phần tử thermistor điển hình • Thermistor biÕn ®æi n¨ng l­îng siªu cao tÇn thµnh sù thay ®æi ®iÖn trë (cã hÖ sè N§T < 0) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Mạch cầu tự cân bằng với điện trở nhiệt Thermistor Cầu đo c/s bằng điện trở nhiệt Thiên áp Công suất RF Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 44 Máy đo công suất với điện trở nhiệt  Máy đo công suất có cầu điện trở nhiệt Thermistor được đặt trong bộ cảm biến, không đặt trong máy đo Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Cấu tạo vật lý của cặp nhiệt Các Ion liên kết Các điện tử khuếch tán Điện trường Cặp nhiệt (Thermocouple) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt V h Kim loại 1 Kim loại 2 - +V 1 - +V 2 - + 1 2hV = V + V - V0 Tiếp giáp nóng Tiếp giáp lạnh Cặp nhiệt (Thermocouple) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Thực hiện cặp nhiệt RF Input Thin-Film Resistor n - Type Silicon hot junction hot cold Tiếp giáp lạnh Thin-Film Resistor To dc Voltmeter C c C b n - Type Silicon gold leads gold leads RF power Thermocouples Mạch đo c/s với cặp nhiệt Bộ ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Vùng bình phương của cảm biến đi ốt 0.01 mW -70 dBm VO (log) Vùng tuyến tính [W] 0.1 nW -20 dBm Vo∝ PIN PIN Sàn lỗi (Noise Floor) Tách sóng điốt (Diod Detector) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010  Hoạt động của bộ tách sóng đi ốt? V s V o + - Bộ tách sóng đi ốt (Diod Detector) Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Đo c/s với cảm biến dùng tách sóng điot Cảm biến điốt Chopper Tách sóng điốt Máy đo C/STách sóng đồng bộ Lọc thông thấp ADCHạn chế Lọc băng thông Tạo xung vuông Bộ vi xử lý RF ACDC 220 Hz DAC AUTOZERO Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Sai số đo công suất dùng cảm biến  Sai số do phối hợp trở kháng không tốt giữa nguồn công suất và thiết bị cảm biến công suất  Sai số của thiết bị cảm biến công suất  Sai số của máy đo công suất Không phối hợp trở kháng Cảm biến Máy đo Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Sai số do không phối hợp trở kháng Nguồn tín hiệu Tổn hao của cảm biến (ví dụ: tổn hao dưới dạng nhiệt) Tín hiệu DC Cảm biến công suất Máy đo công suấtPphản xạ Phần tử P tới Phấp thụ  Khi đo c/s, trở kháng của cảm biến c/s càng gần trở kháng tải càng tốt  Khi mất phối hợp trở kháng, một phần của c/s nguồn sẽ không tới được phần tử cảm biến, Bộ m ôn L TM -Đ L © Mai Quốc Khánh - 04/2010 53/53 CẢM ƠN Bộ m ôn L TM -Đ L