浅析定向耦合器在中功率计校准中的应用 .pdfVIP

探讨 交流 R e se a rc h D i scu ssi o n 匡 图2交替 比较法原理框 图 定 向耦合 器法是在交替 比较法 的基础上提 出 的 在定向耦合器的耦合端接一个参考功率计 输出 端依次连接标准功率计和被校功率计 在定向耦合器 输入端 口输入功率时两个功率计同时读数 参考功率 计保证信号源的输出不变 得出被校功率计所吸收的 功率 和标准功率计所吸收的功率 的特定关系 从而 得到被校功率计的校准因子 连接框图如图3 图3 定向耦合器法原理框图 2 2 定 向耦合器 的选择和 定标 定向耦合器的选择主要看最大耐受功率 耦合度 和工作频段 要求定向耦合器的工作频段能够覆盖被 测功率计的工作频段 最大承受功率应大于功率放大器 最大线性输出功率 耦合端的输出功率要适合小功率座 的测量范围 端口 驻波尽可能小 随温度变化量小 矢量网络分析仪是全面测量网络参数的高精度智 能化仪器 利用矢量网络分析仪可以方便的测出定向耦 合器的各参数 选择满足定向耦合器工作带宽的矢量 网络分析仪 按系统规定时间进行预热 连接好测试电 缆 应用合适的校准件进行校准 具体测量步骤如下 1 耦合度 将定向耦合器的端 口I 3分别连接到矢量网络分 析仪 的测试端 口1和2 其他两个端 口分别接匹配负 载 这时网络分析仪上测出的 21即为定向耦合器端 口1到端口3的耦合度 2 插入损耗 将定向耦合器的端 口1 2分别连接到矢量网络分 析仪的测试端 口1和2 其他两个端 口分别接匹配负 载 这时网络分析仪上测出的S21即为定 向耦合器的 插入损耗 3 方 向性 将定向耦合器端 口2 3分别连接到矢量网络分析 仪的测试端 口1和2 端 口1接短路器 端口4接匹配负 载 由于短路器的全反射特性 端口2入射波在到达 端 口1经全反射耦合到端 口3 所得S2 1即为端 口3的耦 合度 将此时的S2 1值存人存储器 然后进行归一化 处理 再将定向耦合器的端 口1接匹配负载 这时测 得的 21就是定向耦合器的方向性 由于说明书上给出的性能指标大多是在小功率 电平下定标的 中功率状态时 耦合度等指标会随着 功率电平的大小而改变 而且温度的变化以及所加功 率时问的长短都会引起耦合度等指标的变化 因此在 测试前应在不 同功率下对定 向耦合器的指标进行测 量 目前市场上已经有能够进行中功率测量的矢量网 络分析仪 可以通过在源端增加放大器和接收机前端 增加衰减器的方法进行中功率状态下s参数的测量 3 测量不确定度来源 根据整套校准装置的组成 可以分析 出定 向耦 合器法进行中功率计校准的测量不确定度分量 大致 有如下几项 1 标准功率计绝对功率的测量引入的不确定度 标准功率计 由上级计量部门检定合格 检定证 书中会给出校准因子的实际值 可将此数值作为标准 功率计绝对功率测量不准确引入的不确定度分量进行 分析 2 定向耦合器在中功率状态下耦合度变化引入 的不确定度 定向耦合器耦合度的变化范围 说明书上会给出 相应的指标 需要注意的是通常耦合度的变化量是在 lm W 的功率下的值 因此根据测量系统应用的功率范 围 需要对定向耦合器在相应功率范围内的耦合度进行 系统的测量 根据测量结果得出耦合度变化的范围 3 定向耦合器耦合度测量不准确引入的测量不 确定度 可以通过网络分析仪方便的测 出耦合度 耦合 度测量的不准确通常是由网络分析带来的 通过查找 网络分析仪的说明书 或者上级计量部门给出的检定 证书可以找到相应的不确定度分量 4 定向耦合器与功率计之间的失配引入的测量 不确定度 由于定向耦合器和功率计之间的失配产生反射 信号 经定向耦合器输入端面二次反射会耦合到参考 功率计 也会经由直通通道进入参考功率计 从而产 生测量误差 2 可由失配误差公式估出失配误差极 限 在计算不确定度分量时 需注意按照反正弦分布 进行计算 取k 5 功率计校准引入的测量不确定度 可 以查阅功率计的说明书得到功率计校准引入 的不 确定度 6 测量重复性引入的测量不确定度 在重复性条件下进行多次测量得到n个测量结 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 果 采用A 类方法评定 由公式 b h 的 到测量重复性引入的测量不确定度 测量不确定度的分析与评定取决于对测量方法 测量仪器以及测量过程的了解 针对不同的测量系统 需要深入研究可能会影响测量结果的各个因素 并根 据实际情况具体分析不确定度分量的来源 通常情况 下是测量系统越复杂 不确定度的来源就越多 因此 合理的简化测量系统 选用合适的标准仪器和良好的 操作习惯都有助于得到准确的测量结果 4 测量过程中的注意事项 1 操作环境的要求 在大地中 各个不同点之间往往存在电位差 尤其 在大功率用电设备附近 当这些设备的绝缘性能较差 时 这一电位差更大 在仪表的使用中往往又会使输入 回路存在多个接地点 这样就把不同接地点的电位差 引入仪表 这种地电位差有时能达ll0V 以上 因此所有 仪器设备和工作台必须良好接地 电子器件在工作过程中要散发热量 电子仪器本 身也有一定范围的工作温度 工作温度或环境温度越 接近仪器工作温度的上限 电子器件的性能指标就越 呈现几何级数地变差 因此需要控制和保证测量场地 的环境 温度 测量仪器不应与产生振动的设备放置在一起 因为 探讨 交 1 振动可能使仪器内机械部分 连接的接头产生松动而造 成工作异常或测量结果的异常 导线在磁场中运动时 会产生感应电动势 因此在振动的环境中把信号线固 定是很有必要的 2 仪器的正确操作 功率计使用前应当进行校准 前端有配合衰减器 使用的中功率探头 在校准时应取下衰减器 在中功率 条件下特别要注意各仪器的最大承受功率 信号在输 入功率放大器时 需要注意根据放大器的增益合理选 择激励的大小 避免放大器输出过大 放大器的输出端 不可以开路 工作状态下的全反射将会损坏放大器 5 结语 本文就定 向耦合器的基本原理和利用定 向耦合 器进行中功率计校准的方法进行了简要介绍 结合自 身应用经验 分析了定向耦合器法进行中功率计校准 的测量不确定度来源 指出了中功率条件下影响功率 测量准确度的主要因素并介绍了减小测量误差的方法 和测试时的注意事项 希望给中功率参数的建标和测 量提供参考 参考文献 1 国防科工委科技与质量司 无线电电子学计量 M 北京 原子能出版社 2002 2 余振坤 曲文英 射频大功率测量误差分析 J 微波学报 2006 06 口 上接 第39页 表2不同方案电耗量比较 过程 1 2 2 3 3 4 4 5 总 电量 热量q 10 23 一 l5 8 kJ kg 质量m 方案 1 0 1 47 0 140 0 139 0 14 1 kg 电耗量E 0 4 54 0 994 0 154 0 348 1 950 kW h 热量q 10 8 8 7 kJ kg 质量m 方案2 0 1 47 0 143 0 14 1 0 138 kg 电耗量E 0 4 54 0 353 0 348 0 298 1 453 kW h 4结论 本文介绍了温湿度计的校准原理 建立校准流程 电耗的数学模型 通过对不同流程的电耗比较分析 得 出方案2耗电量为1 453 kW h 较方案1少0 497 kW h 采 用方案2可达到降低电耗的效果 可作为计量检定中检 定节能的一种借鉴 校准温湿度计是个电耗大的过程 在不影响校准结果的前提下 可以对多台温湿度计同时 校准 合理的布置被校温湿度计 尽量布置在系统的回 风口 合适的校准环境 不得含有烟尘 油脂等污染物 并避免环境温湿度干扰 多方面共同实现降低校准电 耗 参考文献 1 喻晓莉 杨健 倪彦 湿度传感器的选用及发 展趋势 J 自 动化技术与应用 2009 02 2 韩悦文 几种典型湿度传感器的原理和概要分 析 J 江汉大学学报 自 然科学版 2009 01 3 王宝芹 范长胜 郭艳玲 基于单片机的温室温 湿度控制系统设计 J 林业机械与木工设备 2008