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Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft thermische Detektorelemente und insbesondere
thermische Detektorelemente, die in Leistungsdetektorschaltkreisen
eingesetzt werden.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Es
ist oft erwünscht,
die mittlere Leistung eines einzelnen Signals zu messen. In der
Vergangenheit wurde die mittlere Signalleistung mit Diodendetektorschaltkreisen
gemessen, insbesondere wenn das interessierende Signal ein Wechselspannungssignal
im Hochfrequenzbereich ist. In einem Diodendetektorschaltkreis liegt
das zu messende Signal an einer Diode an, wobei die Diode so vorgespannt
ist, dass sie sich im „Quadratgesetz"-Bereich befindet. Im
Quadratgesetzbereich ist die Spannung an der Diode proportional
zur Leistung des Eingangssignals. Solange das Eingangssignal die
Diode nicht aus dem Quadratgesetzbereich hinaus steuert, wird die
Signalleistung genau gemessen. Ist das zu messende Signal jedoch
komplex, z.B. wenn das Signal mehrere Sinuskomponenten hat, dann
können
die jeweiligen Sinuskomponenten konstruktiv Wechselwirken, wodurch
die Diode aus dem Quadratgesetzbereich hinaus gesteuert wird. Daraus
ergibt sich eine ungenaue Leistungsmessung durch den Detektorschaltkreis.
Andere Ungenauigkeiten des Detektorschaltkreises treten bei Veränderungen
der Umgebungstemperatur auf, welche die Fähigkeit des Schaltkreises zur
Leistungsmessung nachteilig beeinflussen.
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In
der US-Patentschrift 5,376,880 wird ein neuer Leistungsdetektorschaltkreis
offengelegt, mit dem die Nachteile der obigen Diodenleistungsdetektorschaltkreise überwunden
werden. In dem '880-iger Patent
wird bei einer beispielhaften Ausführungsform die mittlere Leistung
durch einen Schaltkreis gemessen, der einen ersten und einen zweiten
thermischen Detektor, einen Korrektursignalverstärker und einen Summator verwendet.
Der erste thermische Detektor versorgt den Korrektursignalverstärker mit
einem Referenzsignal. Der Summator empfängt ein zu messendes Eingangssignal
und das vom Korrektursignalverstärker
ausgegebene Signal. Der Summator speist ein Mischsignal, d. h. ein
Signal, das die Summe aus der Leistung des Eingangssignals und dem Ausgangssignal
vom Korrektursignalverstärker
anzeigt, in einen zweiten thermischen Detektor ein. Der zweite thermische
Detektor empfängt
das Mischsignal und gibt an den Korrektursignalverstärker ein Rückkopplungssignal
aus, das die Leistung des Mischsignals anzeigt. Der Korrektursignalverstärker subtrahiert
das Rückkopplungssignal
vom Referenzsignal, um ein Verstärkerausgangssignal
zu erzeugen, das die Leistung des Eingangssignals anzeigt. Dieses
Signal wird verstärkt
und an den Summator ausgegeben.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform umfasst
der thermische Detektor eine Kombination aus einem thermischen Strahlerelement
und einem thermischen Sensor. Als thermischer Strahler wird vorteilhaft
ein Widerstand eingesetzt, während
als thermischer Sensor vorteilhaft ein Thermistor verwendet wird.
Da das Ausgangssignal des thermischen Detektors auf einem Zusammenwirken
des thermischen Strahlers und des thermischen Sensors beruht, ist
es wichtig, eine präzise
und reproduzierbare Beziehung zwischen diesen Komponenten zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung betrifft thermische Detektoren und preiswerte
Verfahren zu ihrer Herstellung, die eine solche präzise und
reproduzierbare Beziehung zwischen den Komponenten thermischer Strahler
und thermischer Sensor schaffen.
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In
US-A-5 370 458 wird ein Leistungssensor in Form eines monolithischen
integrierten Schaltkreises offengelegt, der ein monolithisches integriertes Schaltkreissubstrat,
ein Umwandlungselement, das zur Umwandlung von Mikrowellenenergie
in Wärme entweder
in oder auf dem Substrat angeordnet ist, eine elektrisch isolierende
dielektrische Schicht, die auf dem Umwandlungselement aufgebracht
ist, und einen integrierten Schaltkreis umfasst, wobei das wärmeempfindliche
Element genügend
nahe bei dem Umwandlungselement ausgebildet ist, um an dieses durch
die dielektrische Schicht hindurch thermisch angekoppelt zu sein,
so dass es Temperaturänderungen
im Umwandlungselement erfasst. Bei einer besonders beschriebenen
Ausführungsform
ist das Umwandlungselement ein Widerstand, der durch Ionenimplantation
in ein GaAs-Substrat eingebracht wurde.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Ein
der Erfindung entsprechendes thermisches Detektorelement wird in
Anspruch 1 dargelegt. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit preiswerte thermische Detektorelemente
bereit, die eine kontrollierte Beziehung zwischen einem thermischen Strahler-
und einem thermischen Sensorelement haben. Das thermische Detektorelement
umfasst ein isolierendes Substrat, das mehrere auf dem Substrat ausgeführte leitfähige Verbindungselemente
umfasst, um eine elektrische Verbindung des Substrats mit anderen
elektrischen Komponenten zu ermöglichen.
Ein thermisches Strahlerelement ist in das Substrat eingebettet
und so angebracht, dass es mit mindestens einem der leitfähigen Verbindungselemente
verbunden ist. Ein thermisches Sensorelement ist zum thermischen
Strahlerelement benachbart angebracht, so dass ein wesentlicher
Anteil der thermischen Energie, die durch das thermische Strahlerelement
abgestrahlt wird, auf das thermische Sensorelement geleitet wird.
Das thermische Sensorelement ist auch so befestigt, dass es elektrisch mit mindestens
einem der leitfähigen
Verbindungselemente verbunden ist. Mit dieser Konfiguration werden
preiswerte, zuverlässige
thermische Detektorelemente geschaffen, die genaue und reproduzierbare Signalausgabedaten
ergeben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische
Darstellung eines thermischen Detektorelements gemäß vorliegender
Erfindung.
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2A ist eine Draufsicht auf
das thermische Detektorelement nach 1.
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2B ist eine Ansicht des
thermischen Detektorelements nach 1 von
unten.
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3 stellt eine beschichtete
Substratplatine dar, die zur Erzeugung einer Anzahl von thermischen
Detektorelementen verwendet wird.
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4 ist ein Blockdiagramm
eines Leistungsdetektorschaltkreises, in dem die thermischen Detektoren
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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5 ist eine schematische
Darstellung des Leistungsdetektorschaltkreises nach 4.
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Ausführliche
Beschreibung
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Mit
ausführlichem
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern dieselben
oder ähnliche
Elemente in jeder der verschiedenen Ansichten kennzeichnen, stellt 1 ein thermisches Detektorelement 10 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar. Das thermische Detektorelement 10 enthält ein Substrat 20 mit
einem thermischen Strahlerelement 30, das in eine Substratöffnung 22 eingebettet
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das thermische Strahlerelement 30 in der Öffnung 22 so
angeordnet, dass seine Oberfläche
im Wesentlichen mit der oberen Fläche des Substrats bündig abschließt. Ein
thermisches Sensorelement 40 ist auf dem Substrat 20 benachbart
zum thermischen Strahlerelement 30 so angebracht, dass
die Ränder
des thermischen Sensorelements wenigstens einen Anteil des Substratbereichs berühren, welcher
das thermische Strahlerelement umgibt. Vorzugsweise werden die Abmessungen
des thermischen Sensorelements so gewählt, dass es die frei liegende
obere Fläche
des thermischen Strahlerelements weitgehend abdeckt.
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Sowohl
das thermische Strahlerelement 30 als auch das thermische
Sensorelement 40 stehen in der Regel über Lötverbindungen mit leitfähigen Bereichen
des Substrats 20 in Kontakt. Wie am besten aus 2A ersichtlich ist, kontaktiert
das thermische Strahlerelement 30 die leitfähigen Bereiche 26A und 28A,
während
das thermische Sensorelement 40 die leitfähigen Bereiche 25A und 27A kontaktiert.
Jeder der leitfähigen
Bereiche 25A, 26A, 27A und 28A ist jeweils
mit im Wesentlichen senkrechten leitfähigen Randbereichen 25B, 26B, 27B und 28B verbunden. Wie
am besten aus 2B ersichtlich
ist, sind diese Randbereiche ihrerseits mit leitfähigen Bereichen verbunden,
die auf der unteren Fläche
des Substrats 20 angeordnet sind.
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Die 2A und 2B stellen eine Ansicht des thermischen
Detektorelements 10 von oben bzw. von unten dar. 2A stellt übersichtlich
das Muster der leitfähigen
Bereiche der oberen Fläche 25A, 26A, 27A und 28A dar. Über die
in 1 dargestellten leitfähigen Randbereiche 25B, 26B, 27B,
und 28B sind diese leitfähigen Bereiche der oberen Fläche elektrisch
mit leitfähigen
Bereichen der unteren Fläche 25C, 26C, 27C und 28C verbunden,
die in 2B dargestellt
sind. In den 1 – 2 sind zwar leitfähige Randbereiche
dargestellt, es ist jedoch verständlich, dass
leitfähige
Verbindungen, die durch Durchgangslöcher im Substrat oder eine
beliebige andere Konfiguration erzeugt werden, welche einen leitfähigen Pfad
durch das Substrat hindurch bildet, verwendet werden können, um
die unteren und oberen leitfähigen
Bereiche zu verbinden. Die leitfähigen
Bereiche der unteren Fläche
erlauben eine Verbindung des thermischen Detektorelements 10 mit
anderen Schaltkreiselementen. Der kompakte Flachprofilaufbau des
thermischen Detektorelements 10 ist vorteilhaft für seine
Verwendung in integrierten Schaltkreisanordnungen als eine Komponente,
die an der Oberfläche
angebracht wird.
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Das
thermische Strahlerelement 30 des thermischen Detektors 10 umfasst
in der Regel, wie es in den 1 – 2 dargestellt ist, einen
Widerstand. Der Widerstand ist mit leitfähigen Randbereichen 32 ausgestattet,
um den elektrischen Anschluss an die leitfähigen Bereiche des Substrats
zu erleichtern. Um die Schwächung
des in das thermische Strahlerelement einlaufenden Signals zu reduzieren
und so die geeignete Energiedissipation sicherzustellen, sollten die
Impedanzen der leitfähigen
Bereiche des Substrats 26A und 28A annähernd gleich
den Impedanzen der leitfähigen
Bereiche 32 des thermischen Strahlerelements sein. Ein
Weg, das zu erreichen, besteht darin, die Breiten der leitfähigen Bereiche 26A und 28A des
Substrats so aufzubauen, dass sie weitgehend ähnlich der Breite der leitfähigen Bereiche 32 des
thermischen Strahlerelements sind. Ähnlich sollte die Breite der
Eingangssignalleitung, die üblicherweise
auf einer Ausgangssubstratplatine angeordnet ist, annähernd gleich
der Breite der leitfähigen
Bereiche 26A, 28A und 32 sein, um die
Impedanzen weitgehend anzupassen.
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Durch
das Einbetten des thermischen Strahlerelements in das Substrat wird
die durch den Strahler abgeführte
Wärme zum
thermischen Sensorelement 40 geleitet. Es ist zwar dargestellt,
dass das thermische Strahlerelement in einer Substratöffnung angebracht
ist, es ist jedoch verständlich,
dass der Strahler in einem Aussparungsteil des Substrats 22 angebracht
werden kann, das sich nur zur oberen Substratfläche hin öffnet. Die Verwendung eines
Aussparungsteils des Substrats für
den thermischen Strahler trägt
weiter dazu bei, dass die vom thermischen Strahler erzeugte Wärme zum
thermischen Sensorelement hin geleitet wird.
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Das
thermische Sensorelement 40 der 1 – 2 ist ein Thermistor, vorzugsweise
ein Thermistor mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Um eine
Verbindung mit den leitfähigen
Bereichen zu ermöglichen,
enthält
der Thermistor leitfähige
Randbereiche 42. Das thermische Sensorelement 40 kann, obwohl
es als ein Thermistor dargestellt ist, aus vielen Bauteilen, einschließlich Thermoelementen,
temperaturempfindlichen integrierten Schaltkreisen und Halbleiterdioden,
ausgewählt
werden, was aber keine Einschränkung
darstellt. In der dargestellten Ausführungsform wird das thermische
Sensorelement zwar auf der Substratoberfläche angeordnet, es ist aber
verständlich,
dass die Dicke des Substrats so gewählt werden kann, dass das thermische
Sensorelement zumindest teilweise in das Substrat eingebettet ist.
Eine solche Ausführungsform
kann verwendet werden, um ein thermisches Detektorelement zu erzeugen,
das eine ebene obere Fläche
aufweist.
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Zum
Verstärken
der thermischen Kopplung zwischen dem thermischen Strahlerelement 30 und dem
thermischen Sensorelement 40 wird gegebenenfalls ein Epoxidharz
mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zwischen den beiden
Elementen angeordnet. Zusätzlich
zu einer Vergrößerung des
thermischen Transports trägt
das Epoxidharz mit der hohen thermischen Leitfähigkeit dazu bei, dass die
Oberfläche
des thermischen Strahlers 30 mit dem Substrat 20 bündig abschließt, so dass
eine ebene Oberfläche erreicht
wird, um darauf das thermische Sensorelement anzubringen. Die Baugruppe
aus thermischem Strahler/thermischem Sensor kann gegebenenfalls
in isolierendes Epoxidharz eingekapselt werden, um weiter sicherzustellen,
dass die thermische Energie vom thermischen Strahler 30 auf
das thermische Sensorelement übertragen
wird, und um den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf das thermische Sensorelement
zu verringern.
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Um
den Preis der Baugruppe herabzusetzen, werden die thermischen Detektoren
der vorliegenden Erfindung in großen Gittern mit einer anschließenden Vereinzelung
zur Erzeugung einzelner Bauteile hergestellt. 3 zeigt eine Substratplatine 20,
wie z.B. eine 20-Tausendstel-Zoll-FR-4-
(faserverstärktes
Epoxid)-Platine,
die ein Metallbeschichtungsmuster für mehrere thermische Detektorelemente
aufweist. Die Substratplatine wird zu Beginn in der Form eines doppelseitigen
Kupferlaminats, d.h. einer isolierenden FR-4-Innenschicht mit oberen
und unteren Flächen
aus laminierter Kupferfolie, bereitgestellt. Im Substrat 20 werden üblicherweise
durch Bohren kleine kreisförmige Öffnungen 70 und
größere kreisförmige Öffnungen 80 hergestellt.
Die Seitenwände
dieser Öffnungen
bilden in den fertiggestellten Bauteilen leitfähige Randbereiche 25B, 26B, 27B und 28B aus.
Die Öffnungsseitenwände werden dann
in Vorbereitung einer stromlosen Kupferabscheidung katalysiert.
Alternativ entfällt
beim Einsatz einer katalytischen kupferbeschichteten Platine die Notwendigkeit,
die Öffnungswände zu katalysieren.
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Zum
Ausbilden des gewünschten
Leitermusters wird ein Schutzlack auf die Platine in den Bereichen
aufgebracht, wo die Metallbeschichtung erforderlich ist. Für das Gitter
nach 3 wird der Schutzlack
in den Bereichen 25A – 28A auf
der oberen Fläche
und 25C – 28C auf
der unteren Fläche
aufgebracht. Die frei liegende Kupferfolie wird weggeätzt und
der Schutzlack entfernt, wobei das gewünschte metallische Oberflächenmuster
zurückbleibt.
Dann wird ein zweites Schutzlackmuster erzeugt, das die Öffnungsseitenwände und
gegebenenfalls die Oberflächenmetallbeschichtung
frei lässt.
Kupfer wird stromlos in gewünschter
Dicke auf den Öffnungsseitenwänden (und
der Oberflächenmetallbeschichtung, sofern
sie frei liegt) abgeschieden. Der Schutzlack wird dann entfernt,
wobei das Metallbeschichtungsmuster aus Kupfer zurückbleibt.
Um die Kupferflächen
gegen Oxidation zu schützen,
wird das Metallbeschichtungsmuster gegebenenfalls mit einem oxidationsbeständigen Metall,
wie z.B. Zink oder Nickel, beschichtet.
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Die
Substratöffnungen 22 zur
Aufnahme der thermischen Strahlerelemente werden nach Ausbildung
des Metallbeschichtungsmusters hergestellt. Die Abmessungen der Öffnungen
sind etwas größer als
die der thermischen Strahlerelemente, die in ihnen sitzen, so dass
sie Platz für
eine Wärmeausdehnung
bieten. Gegebenenfalls können
diese Öffnungen
gleichzeitig mit den Öffnungen 70 und 80 erzeugt werden,
wenn eine Beschichtung der Seitenwände der Öffnung 22 erwünscht ist.
Nach der Herstellung der Strahleröffnung sieht das Substratgitter
so aus, wie es in 3 dargestellt
ist. Die thermischen Strahlerelemente 30 werden in die Öffnungen 22 eingesetzt
und mit den leitfähigen
Bereichen 26A und 28A auf der oberen Fläche sowie
den leitfähigen
Bereichen 26C und 28C auf der unteren Fläche verlötet. Nach
dem Einbau des thermischen Strahlers wird gegebenenfalls Epoxidharz
mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und einer Dicke von
etwa 1 – 2 Tausendstel
Zoll auf die Oberflächen
der thermischen Strahler aufgedruckt. Die thermischen Sensoren 40 werden
auf der Substratoberfläche
angeordnet, wobei sie das Epoxidharz und die leitfähigen Bereiche 25A und 27A kontaktieren.
Das Abtrennen von einzelnen thermischen Detektorelementen erfolgt längs der
gestrichelten Ritzlinien 90. Alternativ dazu können einzelne
Substratteile abgetrennt werden und dann der Einbau des thermischen
Strahler- und des thermischen Sensor elements erfolgen. Um die Substratgeometrie
der 1 und 2 zu erzeugen, können die
Baugruppen gegebenenfalls so bearbeitet werden, dass die vier Ecken
entfernt werden, oder das Substrat kann seine ursprüngliche
rechtwinklige Geometrie aus dem Gitter der 3 beibehalten.
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Alternativ
können
die thermischen Detektorelemente unter Verwendung von Mehrschicht-Keramikstreifen-Technologien
hergestellt werden. Im Mehrschichtprozess werden die Substratstrukturen in
einzelne ungebrannte („rohe") Keramikstreifenschichten
gestanzt. Die Schichten werden zur Erzeugung des Substratgitters
zusammengefügt
und aufeinander geschichtet. Die keramischen Mehrschichtverfahren
sind insbesondere zur Ausbildung von Substrataussparungen für die thermischen
Strahlerelemente geeignet. Um eine Aussparung herzustellen, werden
mehrere Streifenschichten zur Erzeugung von Löchern durchstanzt, worauf eine
Aufschichtung auf nicht gestanzte Streifenschichten erfolgt. Die nicht
gestanzten Schichten bilden die untere Fläche der Aussparung. Werden
ungebrannte Keramiksubstrate verwendet, dann wird die Metallbeschichtung üblicherweise
durch Siebdruck von Silber- und/oder Palladiumpasten mit anschließendem Brennen
ausgeführt.
Andere für
die Herstellung von thermischen Detektorelementen der vorliegenden
Erfindung geeignete Verfahren werden von Coombs Jr. in Printed Circuits
Handbook, (McGraw-Hill, Inc., N.Y.), ca. 1988, beschrieben.
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Die
thermischen Detektorelemente der vorliegenden Erfindung werden vorteilhaft
in dem Leistungsdetektorschaltkreis verwendet, der schematisch in 4 dargestellt ist. Der thermische
Detektorschaltkreis enthält
die thermischen Detektoren 103 und 117, den Korrektursignalverstärker 107 und den
Summator 113. Beim Betrieb empfängt der thermische Detektor 103 über den
Anschluss 101 ein Referenzsignal, d. h. ein Signal bekannter
Spannung und Leistung. Als Antwort darauf gibt der thermische Detektor 103 über den
Anschluss 105 ein Referenzsignal aus, das durch die Umgebungstemperatur
gesteuert proportional zur Leistung des Referenzsignals ist. Dieses
Referenzsignal wird in den Korrektursignalverstärker 107 eingegeben.
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Ein
Signal, dessen Leistung zu bestimmen ist, wird über den Anschluss 111 in
den Summator 113 eingegeben. Der Summator 113 empfängt auch ein
Ausgangssignal vom Korrektursignalverstärker 107. Das resultierende
Mischsignal wird über
den Anschluss 115 in den thermischen Detektor 117 eingegeben.
Der thermische Detektor 117 erzeugt ein Rückkopplungssignal,
das proportional zur Leistung des Mischsignals ist, und gibt über den
Anschluss 119 das Rückkopplungssignal
an den Korrektursignalverstärker 107 aus.
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Der
Korrektursignalverstärker 107 empfängt über den
Anschluss 105 das Referenzsignal und über den Anschluss 119 das
Rückkopplungssignal. Der
Korrektursignalverstärker
subtrahiert das Rückkopplungssignal
vom Referenzsignal und verstärkt die
Differenz. Die Differenz erzeugt ein Ausgangssignal, das die mittlere
Leistung des Eingangssignals anzeigt.
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5 zeigt eine veranschaulichende
Ausführungsform
des Leistungsdetektorschaltkreises von 4, wobei dessen Teilbauelemente veranschaulicht
werden. Für
diese Beschreibung werden die Widerstandswerte in Ohm, die Kapazitätswerte
in Mikro-Farad und die Induktivitätswerte in Mikro-Henry angegeben.
Wie aus 5 ersichtlich
ist, stellt die Spannungsquelle 220 das Referenzsignal
bereit. Die Spannungsquelle 220 für ein Gleichspannungsreferenzsignal
enthält
ein Widerstands-Dioden-Paar 222, um auf dem Anschluss 101 eine
temperaturstabile Referenzgleichspannung bereitzustellen. Obwohl
zur Veranschaulichung eine Gleichspannungsquelle dargestellt ist,
ist es verständlich, dass
für die
Spannungsquelle 220 eine Wechselspannungsquelle eingesetzt
werden kann.
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Das
Referenzsignal wird vom thermischen Detektor 103 empfangen.
Der thermische Detektor 103 enthält ein thermisches Detektorelement 10 und gegebenenfalls
einen Operationsverstärker 201.
Bei der Ausführungsform
von 5 umfasst das thermische
Detektorelement 10 einen Widerstand von 50 Ohm als Strahler 30 und
einen Thermistor als thermischen Sensor 40. Das Referenzsignal
von der Spannungsquelle 220 wird in den Operationsverstärker 201 eingegeben.
Das gepufferte Signal wird in den 50-Ohm-Widerstand eingespeist,
welcher dessen Leistung teilweise in thermische Energie umwandelt. Diese
thermische Energie wird vom Thermistor 40 empfangen, der
das Ausgabesignal am Anschluss 105 sowohl über die
vom 50-Ohm-Widerstand abgestrahlte Energie als auch über die
Umgebungstemperatur steuert.
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Ähnlich dazu
ist ein zweiter thermischer Detektor 117 zum Empfang eines
Mischsignals angeordnet, das ein Eingangssignal, dessen Leistung
zu messen ist, und ein Ausgangssignal vom Korrektursignalverstärker 107 umfasst.
Wie bei dem thermischen Detektor 103 enthält der thermische
Detektor 117 das thermische Detektorelement 10.
Das Mischsignal steuert das thermische Strahlerelement 30 an, das
als ein 50-Ohm-Widerstand dargestellt ist. Die umgewandelte thermische
Energie wird zumindest teilweise vom Thermistor 40 empfangen,
der gestützt auf
diese thermische Energie und die Umgebungstemperatur das Rückkopplungssignal
steuert.
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Der
Summator 113 umfasst den Operationsverstärker 205,
der mit einer Induktivität 207 und
einem Kondensator 209 verbunden ist. Der Summator 113 empfängt ein
Ausgangssignal vom Anschluss 109 und puffert es mit dem
Operationsverstärker 205. Der
Summator 113 empfängt
auch das Eingangssignal vom Anschluss 111 und führt es durch
den Kondensator 209. Das Ausgabesignal des Operationsverstärkers 205 läuft durch
die Induktivität 207,
wo es zum Eingangssignal addiert wird. Das resultierende Mischsignal
wird in den Anschluss 115 ausgegeben, wo es, wie oben dargelegt
wurde, dem thermischen Detektor 117 übermittelt wird.
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Der
Korrektursignalverstärker 107 empfängt das
Referenzsignal vom Anschluss 105 und speist es ein in den
nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 203. Der Korrektursignalverstärker 107 empfängt auch
das Rückkopplungssignal
vom Anschluss 119 und speist es durch einen 5,11-Kiloohm-Widerstand
in den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 203 ein.
Zur Stabilisierung sind dem Operationsverstärker 203 ein 511-Kiloohm-Widerstand
und zwei Kondensatoren zugeordnet, welche die in 5 dargestellten Werte haben. Die Ausgabe
des Operationsverstärkers 203 besteht im
Ausgabesignal auf dem Anschluss 109. Dieses Ausgabesignal
ist zur Leistung des Eingangssignals invers veränderlich und wird deshalb verwendet,
um die mittlere Leistung des Eingangssignals zu bestimmen. Es ist
verständlich,
dass die Werte der Bauteile nur der Erläuterung dienen. Die ausgewählten Widerstands-
und Kondensatorwerte hängen
von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich der thermischen Übertragungscharakteristiken
der Strahlerelemente und der thermischen Sensorelemente, aber nicht
nur von diesen ab.
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Da
die beiden thermischen Detektoren 103 und 117 sowohl
durch die Umgebungstemperatur als auch durch die thermische Energie
beeinflusst werden, die durch ihre jeweiligen thermischen Strahlerelemente
abgegeben wird, ist es wichtig, dass die thermischen Detektorelemente
gleichartig auf beliebige vorgegebene Eingaben ansprechen. Gewöhnlich gewährleisten
angepasste thermische Sensorelemente, wie z.B. angepasste Thermistoren,
das gewünschte
gleichartige Ansprechverhalten. Die thermischen Detektorelemente 10 der vorliegenden
Erfindung sichern durch eine sorgfältige Steuerung der Wechselwirkung
zwischen den thermischen Strahler- und thermischen Sensorelementen
und der Wechselwirkung mit der Systemumgebung stimmige und reproduzierbare
Signalausgaben unter der Voraussetzung genauer Leistungsdetektorschaltkreise.
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Die
vorangehende Erfindung wurde zwar in der Form der obigen Ausführungsformen
beschrieben, es können
jedoch zahlreiche Modifikationen dazu ausgeführt werden, ohne den Geltungsbereich der
Ansprüche
zu verlassen.