专利名称：微量热计、使用该微量热计的功率基准系统及测量方法
技术领域：
本发明涉及微波功率基准测量技术领域，特别地涉及一种微量热计、使用该微量热计的功率基准系统及其测量方法。
背景技术：
由于基于量热方式的功率基准测量准确度高，因此作为国家微波功率基准，常常采用量热计或者微量热计。量热计是以微波负载作为微波功率吸收部件，而微量热计是以热敏电阻座作为微波功率吸收部件，后者具有响应速度快、传递方便、操作简单的特点。微量热计的目的是测出热敏电阻座的有效效率。目前在WR22 (33GHz-50GHz)频段各国均采用微量热计。如
图1所示，为现有微量热计的结构图。传统微量热计测量系统主要由以下几部分构成1)输入波导，将信号输入到功率座中；2)基准底盘，连接输入波导和底盘连接器；3)底盘连接器，用来连接底盘和隔热段；4)隔热段和接触法兰；5)工作功率座和参考功率座；6)外盖，与基准底盘密封与外边的水隔离；7)热电堆，感应工作端的温升，转换成电信号；8)外围仪器，控制软件。在图1中，热电堆用于感应工作端的温度变化，参考端为其提供温度恒定的参考点，隔热段用来进行隔热。整个量热装置被密封地放置在恒温水槽中，四线功率计为功率座提供偏置电压，纳伏电压表用于测量热电堆电压。整个测量过程大致为在不加微波时， 工作端的功率座内电桥由四线功率计偏置在一个直流电压，此时功率座偏置电压为V1，系统热平衡后热电堆读数为ei ；加入微波功率后，微波在功率座耗散产生热量，故电桥重新平衡，偏置电压降为V2,在系统达到热平衡后，测得热电堆读数为％。假设R为功率座偏置电阻，则直流替代功率Pb为
权利要求
1.一种微量热计，其特征在于，包括基准底盘和连接所述基准底盘的外盖，以及由所述基准底盘和所述外盖密封形成的腔室；底盘连接器，所述底盘连接器设置在所述腔室内并与所述基准底盘连接； 第一隔热段和第二隔热段，所述第一隔热段和第二隔热段通过底盘连接器连接在所述基准底盘之上；工作端和参考端，所述工作端通过第一法兰连接在所述第一隔热段之上，所述参考端通过第二法兰连接在所述第二隔热段之上；输入波导，所述输入波导与所述底盘连接器相连、用于将待测信号输入到所述工作端中；热电堆，所述热电堆连接在所述工作端和参考端之间，用于检测所述工作端相对于所述参考端的温度偏差信号；热敏电阻，所述热敏电阻分别形成在所述第一隔热段和所述第二隔热段上、用于反映所述第一隔热段和所述第二隔热段的温度变化；测温电桥，所述测温电桥分别与所述第一隔热段和所述第二隔热段的热敏电阻相连、 用于检测温升并将温升转换成电信号；辅助加热器，所述辅助加热器形成在所述第一法兰上，用于为所述第一隔热段加热。
2.如权利要求1所述的微量热计，其特征在于，所述辅助加热器为薄膜热电阻片、陶瓷电阻片、环状电阻片之一。
3.一种微量热计的功率基准系统，其特征在于，包括微量热计，所述微量热计为权利要求1-2任一项所述的微量热计； 信号源，所述信号源的信号输出端与所述微量热计的信号输入端相连； 功率计，所述功率计的信号输入端与所述微量热计的工作端相连，所述功率计和DC参考与功率测量系统相连，所述功率测量系统的信号输出端与所述信号源的AM信号输入端相连，为所述信号源提供稳幅反�。桓ㄖ尤戎绷魈娲牵龈ㄖ尤戎绷魈娲怯胨鑫⒘咳燃频娜鹊缍押透ㄖ尤绕飨嗔糜诮邮账鋈鹊缍巡獾玫奈露绕钚藕挪⑾蛩龈ㄖ尤绕魇┘庸β势茫坏缪贡�1，所述电压表1与所述功率计相连、用于监测所述功率计的电压；电压表2，所述电压表2与所述辅助加热直流替代仪相连，用于监测所述辅助加热直流替代仪的电压；电压表3，所述电压表3与所述测温电桥相连，通过所述电压表3监测所述第一隔热段的温升。
4.如权利要求3所述的微量热计，其特征在于，所述辅助加热直流替代仪向所述辅助加热器施加的功率偏置为1. 0毫瓦。
5.一种功率基准系统的功率测量方法，其特征在于，包括如下步骤Sl 在工作端和第一法兰之间夹入短路片，测量信号源关闭时系统平衡后的工作端偏置电压vDC,sh,。ff、测温电桥初始电压ei,sh,Q，辅助加热器偏置电压vA,sh,。ff，测量信号源开启时系统平衡后的工作端偏置电压sh,。n、测温电桥初始电压ei, sh,。n，辅助加热器偏置电压Va,sh，on ‘52去除工作端和第一法兰之间的短路片，测量信号源关闭时系统平衡后的工作端偏置电压VDC,。al,。ff、测温电桥初始电压kuu，辅助加热器偏置电压VA,。al,。ff，测量信号源开启时系统平衡后的工作端偏置电压。al,。n、测温电桥初始电压ei,。al,。n，辅助加热器偏置电压V, ！ ·‘A, cal，on 53计算使工作端温度上升的功率Pdw，k P 二 P^ei,cal ρI ^eUcal / ρw dw A,sub,cal AA,sub,sh Ash sh ,其中，所述kw为工作端吸收信号功率导致辅助加热器平衡功率的变化的系数， ksh为隔热段和法兰吸收信号功率导致辅助加热器平衡功率的变化的系数， Psh为隔热段和法兰吸收的信号功率，V 2 -V 2jj_ A,cal,offA,cal,onA, sub,calτ-)^ ,ν 2 -V 2jj_ A,sh,offA,sk,onA ,sub ,shτ-)^ ,△ ei, sh — ei, sh, on_ei, sh,0' △ei，cal — ei，cal, on_ei，cal，0'54:计算工作端的有效效率ile，ρρη — _sub — _sub_PSub +Pdw ρ + 丄(p^e',cal ρ 丨 ^e',cal 1 ρsub ιA, sub, cal AA, sub ,sh Ash shK L ^hJ
6.如权利要求5所述的功率测量方法，其特征在于，所述工作端吸收信号功率导致辅助加热器平衡功率的变化的系数kw根据改变工作端平衡功率的方法来实验确定。
7.如权利要求5或6所述的功率测量方法，其特征在于，所述工作端吸收信号功率导致辅助加热器平衡功率的变化的系数kw的取值为1. 0。
8.如权利要求5-7任一项所述的功率测量方法，其特征在于，所述短路片上耗散的射频功率是隔热段、法兰及热敏电阻座上耗散射频功率的0. 05%。
全文摘要
本发明提出了一种微量热计、使用该微量热计的功率基准系统及其测量原理。本发明的微量热计采用辅助加热器结构，功率基准系统通过辅助加热直流替代仪向微量热计的辅助加热器施加电流偏置，对隔热段进行直流替代测量，通过短路器、校准实验，得到工作端的有效效率。本发明在计算中扣除了对传递标准-热敏电阻座的影响，不需要S参数测量及旁臂功率监测，改变了射频功率基准的溯源路径，使其仅溯源到电压基准，利用该测量原理的功率基准系统将成为中国国家无线电功率基准。
文档编号G01K17/00GK102494808SQ201110372129
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者崔孝海, 李勇 申请人:中国计量科学研究院
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