功率傳感器校準裝置的製作方法
2023-10-05 05:25:39
專利名稱：功率傳感器校準裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及功率傳感器校準裝置，特別是涉及一種容易實現、操作計算簡便、節省開支的功率傳感器校準裝置。
(二)技術背景微波小功率校準裝置(SYSTEM II)是一個滿足IEEE-488接口規範的微波小功率校準系統，可對各種通過式和終端式功率傳感器進行校準，該系統在國內外微波計量領域有著十分廣泛的應用。SYSTEM II型自動功率校準系統是美國WE公司於十九世紀80年代推出的產品，該系統基於單定向耦合器法的校準原理，用電阻功率分配器代替定向耦合器，其校準係數可直接溯源至美國國家標準局(NBS、現改為NIST)，該系統是目前我國微波計量領域應用最廣泛、佔市場主導地位的一種測試系統。
但是隨著現代通信技術的高速發展，微波技術領域有了很大的變革。由於毫米波具有抗幹擾能力強、可攜帶信息量大、穿透性能好等諸多優點，被廣泛應用於各種領域。隨著毫米波段微波儀器的日益增多，10MHz～18GHz頻率範圍的SYSTEM II顯然已經不能滿足技術發展的要求。為此，早在多年前SYSTEM II的生產廠家WE公司就推出了8mm波段的功率傳遞標準WE1107-8。要想構建8mm波段的SYSTEM II，首先要有能提供8mm波段的微波信號源，另外就是8mm波段的熱敏電阻座WE1107-8。1107-8標準功率座正常工作(工作電阻為200Ω)時的直流偏置功率為13±2毫瓦，而1805A或1805B所能提供的調節範圍是30±1毫瓦，這就使得簡單地將1107-8替換F1109而擴展SYSTEM II頻段的做法不可行。下面是常見的構成8mm波段功率傳感器校準系統的兩種方案1、直接使用WE1806雙NBS電橋IV型功率計控制1107-8功率座，不使用閉環反饋控制迴路。
這是最常見的一種方法，因為1806的驅動電流以及電橋電阻同1107-8剛好匹配，所以直接將1107-8的溫控端及電阻輸出端同1806相連，捨去1805A和電調衰減器/開關。
該方案存在以下的缺點和不足
(1)由於失去了閉環反饋控制迴路，失去了輸出幅度高度穩定的低反射等項信號源的結構，使得對信號源的性能要求極高。信號源的輸出波動、幅度不穩等因素很容易導致整個系統的失配誤差增大、從而使測試結果的不確定度增大(2)由於失去了1805A的精密電平控制，1107-8的在每個測試頻點的直流替代功率都需要現場測試計算，而不能象1805A那樣鎖定一個直流替代功率值後整個測試過程中都不會改變，這使得整個系統的操作、計算更加繁瑣。
2、重新製作一個類似於1805A或1805B的射頻控制單元代替1805A或1805B。
由於市場上目前還沒有類似於1805A或1805B並且能與1107-8功率座相匹配的射頻控制單元，如果還想利用閉環反饋控制迴路的諸多優點，就必須自己動手製作一個替代產品。或者仍然使用1806，再單獨設計穩幅放大電路和射頻控制電路。不論怎樣，此方案的設計成本相當高，並且實現起來相當麻煩。
發明內容本實用新型要解決的技術問題，是提供一種容易實現、操作計算簡便、節省開支的功率傳感器校準裝置。
功率傳感器校準裝置，包括殼體、微波信號源、毫米波段標準功率座、六倍半以上的數表、1805A型或1085B型RF控制器、被校準件毫米波段功率傳感器和功率指示器，在毫米波段標準功率座和1805A型或1805B型RF控制器之間安裝一個直流偏置功率匹配器，微波信號源、毫米波段標準功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器順序連接，構成迴路。所述的直流偏置功率匹配器包括分流電阻R2和電阻R1，R2並聯接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段標準功率座之間的電路中，即與毫米波段標準功率座的熱敏電阻R3並聯，在1805A型或1805B型RF控制器接口處電阻與分流電阻R2之間串聯一個電阻R1。
上述的毫米波段標準功率座可用1.25釐米波段標準功率座替代。
所述的功率傳感器校準裝置，直流偏置功率匹配器中的分流電阻R2和電阻R1是誤差為±0.1％的高精度電阻。
各種組件的功能1、1805A型或1805B型RF控制單元1805A或1805B型射頻功率電平控制器是一個固態微處理機控制的射頻控制單元，用以實現直流替代法中兩個主要變量的精密電平控制，即對通過式熱敏電阻座有影響的射頻源和加到通過式熱敏電阻座用以補償射頻功率影響的替代功率。該裝置配有標準的IEEE-488接口，可以方便的在手動或程控狀態下實現0.5、1、2…10mW的直流替代功率，精度高達±0.1％+5μW。
2、溫控型標準功率座毫米波段熱敏電阻座是一個小功率傳遞標準，可以分別作為通過式、終端式標準使用，可對各種終端式標準功率座、終端式功率傳感器、通過式標準功率座的校準係數進行測試，其擁有的6個校準點可直接溯源至美國國家標準中心NIST。
3、微波掃頻源同SYSTEM II配套的信號源一般都是WE公司生產的WE4310系列多頻段寬帶掃頻源。但由於其多年來無產品更新、設備龐大、笨重、頻率準確度低等諸多原因使其逐步退出歷史舞臺，漸漸被新一代的數字式微波掃頻源代替，例如HP公司(現改為Agilent)的HP83623A系列微波掃頻源，可以提供10MHz～20GHz的微波信號，加上HP8455A倍頻器後可擴展至26.5GHz～40GHz，即8mm波段。
4、數字多用表在SYSTEM II中，數字多用表主要被用來作為1806或其它無IEEE-488標準接口的記錄輸出，功率顯示器的記錄輸出(recorderoutput)端通過電纜連至數表的輸入端，可直接地在數表上讀出其讀數，以便實現整套系統自動測試的實現。
5、本裝置與具有IEEE-488接口規範的接口卡的計算機匹配連接，用來作為IEEE-488總線上的控者，從而實現自動測量的正確進行和測試結果輸出。
6、直流偏置功率匹配器包括分流電阻R2和電阻R1，R2並連接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段標準功率座之間的電路中，在1805A型或1805B型RF控制器接口處電阻與並連電阻R2之間串連一個電阻R1。通過調節R1、R2阻值的大小即可很容易的調節1805A型或1805B型RF控制器接口處等效電阻為200Ω，毫米波段標準功率座的直流偏置功率為13±2毫瓦。
7、毫米波段功率傳感器和功率指示器作為被校準件。
系統的誤差分析將被校8mm功率傳感器接到1107-8標準功率座的主臂輸出端，則被校功率傳感器的校準係數Kbu為Kbu=KcPbuPcu|1-G,u|2]]>Kbu-被校功率傳感器的校準係數Kc-功率傳遞標準校準係數Pbu-替代功率Pcu-替代功率ΓGc-等效信號源反射係數Γu-標準功率座反射係數校準誤差有下列幾項1、功率傳遞標準校準係數Kc的誤差該項誤差取決於上級計量標準的校準誤差，約為±1.5％。
2、替代功率Pcu和Pbu的誤差傳遞標準中的替代功率Pcu的測量誤差經測試具有較高的準確度，優於±0.1％，被校功率傳感器的替代功率Pbu的測量誤差也優於±0.1％。
3、失配誤差失配誤差是一項未定系差，誤差分布概率屬反正弦分布。因為它不是隨機誤差，所以不能用多次測量的方法來減小它，通常按照最不利的相位關係來估算失配誤差的極限值，約為±0.6％。
直流偏置功率匹配器引入的誤差約為±0.1％5、溫度變化和幅度變化引入的誤差約為±0.2％接頭不重複性引入的誤差約為±0.1％系統的不確定度合成所有不確定度因素是獨立機理產生的，除失配誤差按反正弦分布考慮外，其它全部按均勻分布考慮進行合成。uc=uA12+uA22+(uB13)2+(uB23)2+(uB33)2+(uB42)2+(uB53)2]]>=0.04+0.01+0.750+0.003+0.003+0.180%+0.003%]]>=0.988%]]>
U＝kuc＝1.976％ (k取2)校準系統擴展不確定度為2.0％。
其中uA1——溫度變化和幅度變化引入的誤差uA2——接頭不重複性引入的誤差uB1——功率傳遞標準校準係數Kc的誤差uB2——替代功率Pcu的誤差uB3——直流偏置功率匹配器引入的誤差uB4——失配誤差uB5——替代功率Pbu的誤差本實用新型具有如下的優點和有益效果1、為了驗證該方法的可行性，使用這種方法搭建的8mm功率傳感器自動校準系統對同一被測件進行了多次測試，結果如下表
測試結果均優於2.0％，並且經長期、多次測試，工作性能穩定，由此表明，本實用新型8mm功率傳感器自動校準系統確實可行。
2、校準功率傳遞標準校準係數Kc的誤差約為±1.5％；校準替代功率Pcu和Pbu的誤差均優於±0.1％，具有較高的準確度；校準失配誤差約為±0.6％；校準直流偏置功率匹配裝置引入的誤差約為±0.1％；校準溫度變化和幅度變化引入的誤差約為±0.2％；校準接頭不重複性引入的誤差約為±0.1％；校準系統的擴展不確定度為2.0％，具有較高的準確度，系統的不確定度也達到了國內同類裝置的領先水平。
3、在進行計算時，1107-8的直流替代功率就不再是1805A上所設定的值了，需要根據R1、R2的實際阻值進行計算，只需計算一次，而不用每個頻點都要計算了，使計算更加簡單、方便。
4、本實用新型容易實現、節省開支，既經濟又實用，具有很高的使用價值。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明圖1為現有技術SYSTEM II微波小功率校準系統一實施方式的原理框圖；圖2為現有技術方案1的8mm功率傳感器校準系統原理框圖；圖3為本實用新型的一實施例的原理框圖；圖4為本實用新型圖3中的直流偏置功率匹配器原理框圖；具體實施方式
實施例一功率傳感器校準裝置，包括微波信號源、1107-8標準功率座、HP3455A數表、WE1805A型RF控制器，被校準件8mm功率傳感器、功率指示器。在1107-8標準功率座和WE1805A型RF控制器之間安裝一個直流偏置功率匹配器。所述的直流偏置功率匹配器包括分流電阻R2和電阻R1，R2並聯接入WE1805A型RF控制器和1107-8標準功率座之間的電路中，即與1107-8標準功率座的熱敏電阻R3並聯，在WE1805A型RF控制器接口處電阻與並聯電阻R2之間串聯一個電阻R1，這樣通過調節R1、R2阻值的大小即可很容易的調節WE1805A型RF控制器接口端的等效電阻為200Ω，1107-8標準功率座亦可達到所需的13毫瓦的偏置功率。微波信號源、1107-8標準功率座、直流偏置功率匹配器、WE1805A型RF控制器順序連接，構成反饋迴路，確保微波信號源發出的微波信號的穩定性。工作時，由計算機控制微波信號源，微波信號源發出穩定的微波信號至上一級校準的1107-8標準功率座，對8mm功率傳感器和功率指示器進行校準，經校準後由HP3455A數表顯示數據，並將該數據存入計算機，計算結果，通過印表機輸出。
實施例二實施例二所述的功率傳感器校準裝置在結構上與實施例一基本相同，其不同之處在於所述的毫米波段標準功率座1107-8，由1.25釐米波段的標準功率座1107-7替代。
權利要求1.功率傳感器校準裝置，包括微波信號源、毫米波段標準功率座或1.25釐米波段標準功率座、六倍半以上的數表、1805A型或1805B型RF控制器，其特徵在於在毫米波段標準功率座和1805A型或1805B型RF控制器之間安裝一個直流偏置功率匹配器，微波信號源、毫米波段標準功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器、順序連接，構成反饋迴路，所述的直流偏置功率匹配器包括分流電阻R2和電阻R1，R2並聯接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段標準功率座或1.25釐米波段標準功率座之間的電路中，即與毫米波段標準功率座或1.25釐米波段標準功率座的熱敏電阻R3並聯，在1805A型或1805B型RF控制器接口處電阻與並連電阻R2之間串連一個電阻R1。
2.根據權利要求1所述的功率傳感器校準裝置，其特徵在於所述的直流偏置功率匹配器中的分流電阻R2和串連電阻R1必須是誤差為±0.1％的高精度電阻。
3.根據權利要求1或2所述的功率傳感器校準裝置，其特徵在於所述的1805A型或1805B型RF控制器接口處等效電阻為200Ω，直流偏置功率為30±1毫瓦，毫米波段標準功率座的直流偏置功率為13±2毫瓦。
4.根據權利要求1或2所述的功率傳感器校準裝置，其特徵在於所述的RF控制器為1805A型，所述的毫米波段標準功率座為1107-8標準功率座，所述的數表為HP3455A數表，所述的1.25釐米波段標準功率座為1107-7標準功率座。
專利摘要本實用新型公開了一種易實現、高精度的功率傳感器校準裝置，包括微波信號源、毫米波段標準功率座、六倍半以上的數表、1805A型或1805B型RF控制器，在毫米波段標準功率座和1805A型或1805B型RF控制器之間安裝一個直流偏置功率匹配器，微波信號源、毫米波段標準功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器、順序連接，構成反饋迴路。直流偏置功率匹配器包括分流電阻R
文檔編號G01R35/00GK2591637SQ0229205
公開日2003年12月10日 申請日期2002年12月24日 優先權日2002年12月24日
發明者朱軍, 閻道廣, 周德海, 於朝民 申請人:朱軍, 閻道廣, 周德海, 於朝民