BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 4 đo CÔNG SUẤT

Tuy nhiên công suất truyền trong một ống dẫn sóng không suy hao thì không phụ thuộc vị trí dọc theo ống dẫn sóng.. Bộ đo công suất hoạt động theo cách sau đây... chọ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:

CÁC PHÉP ĐO CÔNG SUẤT

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Làm quen với các nguyên lý của các bộ đo công suất siêu cao tần

- Biết cách sử dụng các thiết bị đo công suất để tiến hành phép đo công suất

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Công suất được định nghĩa là lượng năng lượng tiêu thụ trong một đơn vị thời gian Trong hệ SI, đơn vị của công suất là watt, theo đơn vị

cơ sở là 1 J/s

Đối với phép đo siêu cao tần, các mức công suất thường được chia thành 3 loại Các mức dưới 1mW được xem là công suất nhỏ Các công suất trung bình nằm giữa khoảng 1mW đến 10W các công suất tren 10W được xem là mức công suất cao

Trong lĩnh vực siêu cao tần tiện lợi hơn cả là biểu diễn các mức công suất theo dBm chứ không phải theo W hay mW Ta có công thức chuyển từ biểu diễn bằng mW sang dBm:

  10 lg  

1

P mW

P dBm

mW

 Đồ thị bên dưới dùng để chuyển đổi giữa mW và dBm

Ngoài ra còn sử dụng 1 đơn vị công suất khác cho các mức công suất cao hơn là dBW, được xác đinh như sau:

1

P W

P dBW

W



Có thể thấy: P dBm  P dBW  30

Tại các tần số siêu cao, biên độ điện áp và dòng điện biến đổi dọc theo ống dẫn sóng Tuy nhiên công suất truyền trong một ống dẫn sóng không suy hao thì không phụ thuộc vị trí dọc theo ống dẫn sóng

Do đó sẽ tiện lợi hơn nếu đo công suất thay vì đo dòng điện và điện áp trong ống dẫn sóng

Hơn nữa tại tần số RF và siêu cao tần, các kỹ thuật đo công suất thực hiện đơn giản hơn và chính xác hơn so với kỹ thuật đo điện áp và dòng điện Các kỹ thuật đo công suất thường sử dụng nhất là dùng cặp nhiệt điện, các bộ tách sóng diode hoặc các điện trở nhiệt Các phương pháp sử dụng cặp nhiệt điện hay các bộ tách sóng diode đòi hỏi các thiết bị rất phức tạp và một bộ dao động rất chuẩn Tuy nhiên, các bộ tách sóng diode có thể được dùng để đo các mức công suất nhỏ cỡ -70dBm Phương pháp điện trở nhiệt thì đơn giản hơn, nhưng độ nhạy bị giới hạn trong khoảng -20dBm

Điện trở nhiệt là một thiết bị bán dẫn có hệ số nhiệt âm: trở kháng giảm khi nhiệt độ tăng lên Hình bên dưới biểu diễn sơ đồ khối của bộ

đo công suất bằng điện trở nhiệt Điện trở nhiệt biểu diễn bằng trở kháng RT, được đặt trong một nhánh của cầu đo Wheatstone, và được đưa vào trong ống dẫn sóng Ba điện trở khác của cầu đo được đặt trong bệ đo công suất

Bộ đo công suất hoạt động theo cách sau đây Trước khi tín hiệu siêu cao tần được đo, cầu phải được cân bằng sử dụng một tín hiệu âm tần

10KHz đặt giữa các điểm A và B công suất tín hiệu âm tần làm nóng điện trở nhiệt khiến trở kháng của nó giảm đi Tín hiệu này được điều chỉnh đến khi trở kháng của nó bằng R khi điều kiện này thỏa mãn sẽ không có dòng điện chạy qua Ampe kế nối giữa hai điểm C và D lúc này ta nói cầu Wheatstone ở thế cân bằng Sau đó công suất tín hiệu

âm tần P0 tiêu thụ trên điện trở nhiệt có thể được tính toán qua điện áp trên cầu đo (giữa các điểm A và B) và giá trị R đã biết

Khi công suất siêu cao tần được đưa vào ống dẫn, cầu đo lệch khỏi thế cân bằng do công suất siêu cao tần thêm vào làm tỏa nhiệt nhiều hơn trên điện trở nhiệt, vì thế làm giảm trở kháng của nó nhiều hơn Thế cân bằng được lập lại nhờ việc giảm nhỏ công suất âm tần tại điểm A, và công suất tín hiệu âm tần P1 cấp cho điện trở nhiệt đo lại lần nữa Công suất siêu cao tần P như vậy chính là độ sai khác giữa tín hiệu P0 và P1

P = P0 – P1

III NỘI DUNG THỰC HÀNH

1 Kiểm tra đưa tất cả các công tắc nguồn về vị trí 0 (off) và thiết lập các modul như hình vẽ bên dưới

2 Xem hình vẽ và kết nối các phần tử như biểu diễn Hãy nới các vít phối hợp trên đầu điện trở nhiệt sao cho chúng không đi vào ống dẫn sóng

Máy đo công suất

Ô xy lô Nguồn cho bộ dao

động Gunn

trước khi nối nó vào kết cấu Cài đặt hai bộ kết nối siêu cao tần, một ở dưới bộ dao động Gunn và một ở dưới đầu điện trở nhiệt

3 Thực hiện các điều chỉnh sau trên bộ cấp nguồn cho bộ dao động Gunn

Điện áp……….min

Chế độ……… DC

Thang đo……… 10V

4 Thực hiện các điều chỉnh sau trên bộ hiện sóng

Định thời……….50μs/DIV

Kênh 1……….0,5V/DIV

Đầu vào……… AC

Mode dọc……….kênh 1

Trigger……….kênh 1

Đầu vào Trigger……… AC

Chế độ Trigger………tự động

5 Điều chỉnh bộ suy giảm biến đổi được tới vị trí khoảng 11mm tháo cáp đến từ đầu OUTPUT của bộ cấp nguồn dao động Gunn

6 Bật điện cho bộ cấp nguồn dao động Gunn, bộ đo công suất và bộ hiện sóng Điều chỉnh điện áp cung cấp cho bộ dao động Gunn ở mức 8V chọn thang đo 3mW trên bộ đo công suất Chờ khoảng 2 phút để bộ đo công suất ổn định Sử dụng các núm chỉnh “0” để chỉnh kim chỉ thị về 0mW

7 Sử dụng vạch đo của bộ hiện sóng, đo điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu âm tần trên điện trở nhiệt

Điện áp tín hiệu âm tần= 0,7Vp-p

Biết rằng công suất trung bình tiêu thụ trên một điện trở được cho bởi

công thức P= U p− p

2

8 R

Và trở kháng của điện trở nhiệt là 100 Ω Vậy công suất âm tần mà điện trở nhiệt thu được từ bộ đo công suất sẽ là:

Công suất=U2p− p

8 R =

0,72 8∗100=0,0006125(W)=0,6125(mW)

8 Cắm lại cáp OUTPUT của bộ dao động Gunn tới bộ cấp nguồn của nó và đợi 30s để diode Gunn có thời gian ổn định Điều chỉnh bộ suy giảm thay đổi được sao cho công suất đọc được khoảng 1mW trên thang đo 3mW Thay đổi điện áp cấp cho bộ dao động Gunn để cực đại hóa độ lệch của Kim chỉ thị

9 Tại mặt sau của đầu điện trở nhiệt, tháo ốc khóa giữ phần nối ngắn mạch

di động Điều chỉnh vị trí của bộ nối ngắn mạchđể nhận được công suất đọc được là lớn nhất Khóa nó tại vị trí này

10.Điều chỉnh từng vít phối hợp trên đầu ra điện trở nhiệt để cực đại hóa công suất đọc được

11.Điều chỉnh bộ suy giảm biến đổi để có công suất đọc được là 3 mW

12.Sử dụng máy hiện sóng để đo điện áp đinh-đỉnh của tín hiệu âm tần trên điện trở nhiệt Tăng độ nhạy kênh 1 len 0,2V/DIV để có thể có độ phân giải tôt hơn

Điện áp tín hiệu âm tần= Vp-p

Sử dụng công thức trên tính ra công suất âm tần trung bình tiêu tán trên điện trở nhiệt của cầu đo

Công suất= mW

Công suất âm tần tiêu tán trên điện trở nhiệt thay đôi khi công suất siêu cao tần biến đổi từ 0 đến 3 mW

Độ lệch công suất=mW

13 Điều chỉnh bộ suy giảm biến đổi được sao cho bộ đo công suất chỉ thị xấp xỉ 1,4mW Ghi lại các giá trị công suất đo được

Công suất= mW

Công suất=dBm

14 Tắt công tắc nguồn các thiết bị

IV KẾT LUẬN