1、熱電偶法熱電偶是由兩種小同的金屬材料組成的。若是把熱電偶的熱節(jié)點(diǎn)置于微波電磁場中，使該溫差熱電勢即可又因功率測量中熱它將微波能量轉(zhuǎn)化之直接吸收微波功率，熱節(jié)點(diǎn)的溫度便上升，并由熱電偶檢測出溫度差,作為微波功率的量度。用這種原理設(shè)計成的功率計稱為熱電偶式功率計。電偶是做成薄膜形式的，故又叫薄膜熱電偶式功率計。熱電偶式功率計由兩部份組成：一個用于能量轉(zhuǎn)換的薄膜熱電偶座，為電動勢，另一個是高靈敏度的直流放大器，用來檢測熱電動勢。初期的薄膜熱電偶式功率計的熱電偶是用鈾.睇金屬薄膜制成的，這種熱電偶的結(jié)構(gòu)示al和a2置于同軸傳輸用意如圖2-8所示。圖中所示的結(jié)構(gòu)用于同軸功率座。熱電偶的節(jié)點(diǎn)線的高頻電磁場

2、，節(jié)點(diǎn)b2,bl,b3別離置于同軸線的內(nèi)、外導(dǎo)體上，它的溫度維持不變。當(dāng)微波功率未輸入時，熱電堆節(jié)點(diǎn)之間沒有溫差，因此沒有輸出。當(dāng)微波功率輸入時，通過媒質(zhì)基體的電容耦合，傳輸?shù)解?睇薄膜元件，由帕爾帖效應(yīng)，在al,a2節(jié)點(diǎn)的溫度升高，這就與節(jié)點(diǎn)bl,b2,b3產(chǎn)生溫差，由溫差形成熱電勢，即貝克塞效應(yīng)。由于那個地址的熱電堆是串聯(lián)的，因此，總電勢等于每對的和。由于熱電偶元件能夠制成極薄的片狀，因此功率靈敏度較高，動態(tài)范圍也很寬。功率指示器是一個高靈敏度的直流放大器，圖2-9所示為其原理圖。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)斬波器轉(zhuǎn)換成交流電壓，前置放大器提供了大約60dB的增益。交流信號放大后進(jìn)入解調(diào)器。解調(diào)后

3、的輸出信號與功率座吸收的微波功率成正比。為了便于修正功率指示器讀數(shù)，儀器的讀數(shù)設(shè)有“校準(zhǔn)系數(shù)開關(guān)”，改變其位置，就能夠夠使直流放大器的增益隨之轉(zhuǎn)變，從而使指示器取得修正。薄膜熱電偶式功率計具有響應(yīng)速度快，靈敏度高、動態(tài)范罔寬、噪聲低和零點(diǎn)漂移小等突出優(yōu)勢，適用于多種場合下的功率測量。它的缺點(diǎn)是過載能力差。另外，由于它的寄牛電抗大，要使這種同軸功率座工作到18GHz以上是很困難的。1973年顯現(xiàn)了半導(dǎo)體薄膜熱電偶式功率計，它的工作原理同傳統(tǒng)的鈾一睇薄膜熱電偶式功率計相同，但在熱偶材料和功率座的結(jié)構(gòu)上做了大的改良。它是在一個平方大小的硅片上集成了兩個熱電偶。每一個熱電偶的電阻為100Q,它們對高頻

4、是并聯(lián)的而對直流是串聯(lián)的，其等效電路如圖2-10所示。為了使平方人小的集成式雙熱電偶芯片與同軸傳輸線的阻抗相匹配，用共面?zhèn)鬏斁€將它與同軸線相連接，共面線通過一段漸變線過渡與熱電偶相接。這種結(jié)構(gòu)保證了熱電偶與同軸線之間的良好阻抗匹配，從而使功率座的駐波比在18GHz頻率范圍內(nèi)小于。為了不使熱電偶輸出的微弱信號受到干擾，直流放大器的斬波器和前置放大器置于功率座內(nèi)，然后用電纜與放大器連接。這種功率指示器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化讀數(shù)和自動化操作，不僅能通過指示器面板上的鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話式操作，還具有信息存儲和數(shù)據(jù)處置能力，從而能夠采取某些方法排除和修正誤差，提高了測量準(zhǔn)確度。熱敏電阻法熱敏電阻是一種具有負(fù)溫度系數(shù)

5、的電阻元件，當(dāng)它的溫度升高時，電阻值就變小。由于它對溫度超級靈敏，因此被普遍的用于微瓦和毫瓦級的功率測量中。熱敏電阻多數(shù)為珠形，其直徑約為，但也有桿形的。初期利用的熱敏電阻元件大多用玻璃殼封裝。但是，由于玻璃介質(zhì)的存在，增加了元件的微波損耗。最近幾年來利用的熱敏電阻元件為無外殼結(jié)構(gòu)，因此減少了微波損耗。（1）熱敏電阻功率座熱敏電阻功率座是由熱敏電阻元件和座體組成。熱敏電阻功率座有波導(dǎo)座和同軸座兩種形式。在同軸熱敏電阻功率座中利用的熱敏電阻元件是雙元件結(jié)構(gòu)：兩個熱敏電阻串聯(lián)連接中心電極與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體相接，兩個外電極通過隔直電容器與同軸線的外導(dǎo)體連接，每一個熱敏電阻的工作阻值為1000。如此它們

6、的阻抗對直流偏置功率是串聯(lián)的，而對微波功率是并聯(lián)的，呈現(xiàn)50的阻抗，正好與同軸線的特性阻抗匹配。波導(dǎo)熱敏電阻座的工作帶寬能覆蓋波導(dǎo)的額定頻段。例如，3cm波導(dǎo)熱敏電阻座能工作在頻率范圍；8mm波導(dǎo)熱敏電阻座能工作在40GHz頻率范圍。隨著微波寬帶測量技術(shù)的進(jìn)展，波導(dǎo)熱敏電阻座的應(yīng)用受到倍頻程的限制，已不適應(yīng)寬頻帶測量技術(shù)的要求，慢慢被具有寬頻帶特性的同軸熱敏電阻座所代替。由于同軸熱敏電阻座能跨越幾個倍頻程，因此已被普遍地應(yīng)用于微波功率測量。目前，具有雙熱敏電阻元件的同軸熱敏電阻座的工作頻率已達(dá)到18GHzo有的熱敏電阻座除同軸傳輸線結(jié)尾的腔體內(nèi)有一對熱敏電阻外，在腔體外部，還有一對熱敏電阻（副

7、熱敏電阻對），以補(bǔ)償環(huán)境溫度轉(zhuǎn)變對檢測熱敏電阻的阻礙，如此在功率測量進(jìn)程中能夠減少環(huán)境溫度轉(zhuǎn)變的阻礙。（2）功率指示器用熱敏電阻測量功率時，最經(jīng)常使用的是惠斯通電橋電路作為測量和指示裝置，如下圖。即把功率座中的熱敏電阻作為電橋的一個臂，利用熱敏電阻吸收微波功率后阻值的轉(zhuǎn)變來測量微波功率。電橋電路多為直流電源供電，有時也利用低頻電源供電。按測量方式分，有如下幾種電橋：不平穩(wěn)電橋、平穩(wěn)電橋（需要兩次讀數(shù)來計算被測功率值）、自動平穩(wěn)電橋、自動平穩(wěn)雙電橋等。后者已成為功率測量電橋的要緊型式。隨著微波功率測量技術(shù)的進(jìn)展，初期利用的電橋，如手動平穩(wěn)電橋等，由于它們的測量準(zhǔn)確度低、性能不穩(wěn)固、利用不方便等缺

8、點(diǎn)，已被淘汰。此刻普遍利用的是溫度補(bǔ)償式雙熱敏電阻自動平穩(wěn)電橋。這種新型電橋大大降低環(huán)境溫度轉(zhuǎn)變所帶來的阻礙，而且又能直接讀數(shù)。因此它己成為目前要緊利用的功率測量的指示器。這種電橋測量功率的量程為luW10mW,測量誤差限為%。它與熱敏電阻配合利用，可測量頻率高達(dá)40GHz的微波功率。量熱計法量熱計法是將電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能來測量。變換器是感應(yīng)、吸收電磁能量的負(fù)載，稱為量熱體。負(fù)載吸收功率，使之轉(zhuǎn)換成熱能，從而量熱體溫度上升，檢測其溫差熱電勢，依照功率和熱電勢間的關(guān)系來確信被測功率。量熱體有干負(fù)載、流體（水、油等）負(fù)載之分。實(shí)際測量中常采納替代技術(shù)來校準(zhǔn)溫度測量裝置，用已知的直流（或低頻）功率來

9、替代被測射頻或微波功率。量熱式功率計的工作頻段已達(dá)毫米波段，量程可別離做成大、中、小功率范圍，單個儀器動態(tài)范圍達(dá)3040dB,測量誤差可達(dá)千分之幾。量熱式功率計的要緊優(yōu)勢是準(zhǔn)確度高、靠得住性好、動態(tài)范圍大、阻抗匹配好；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)復(fù)雜，對環(huán)境溫度和測試設(shè)備要求苛刻，而且測試時刻長。囚它能取得很高的測量準(zhǔn)確度，世界各國都采納它作為國家功率標(biāo)準(zhǔn)。采納自動反饋電路可大大縮短測試時問，改善測量的周密度。量熱式功率計可分為替代靜止式和替代流動式量熱計，其要緊技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍，同軸系統(tǒng)一樣到10GHz（有的可達(dá)18GHz）,波導(dǎo)系統(tǒng)可達(dá)毫米波；量程，靜止式為10mW1W（有的可達(dá)10W）,流動

10、式量熱計經(jīng)常使用來測量大功率，例如水負(fù)載量熱計，量程可達(dá)2000W;誤差為±3%土10%;電壓駐波比為1.5左右。二極管法在微波功率測量中，晶體二極管是一種最經(jīng)常使用的信號檢波器，常經(jīng)常使用作功率電平的指示器。初期利用的晶體二極管大多是點(diǎn)接觸式硅二極管，由于結(jié)構(gòu)脆弱、一致性差、穩(wěn)固性不行等缺點(diǎn)，僅能作為相對電平的指示，而不能用作絕對功率測量。而后來顯現(xiàn)的低勢壘肖特基二極管，采納面接觸式，機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)固性取得專門大的提高，一致性好。用它制造的功率座可測量nW量級的低電平功率。在這種功率中，二極管檢波器被集成在以藍(lán)寶石為襯底的薄膜電路上，并有一個50a的終端負(fù)載與同軸線的阻抗相匹配，它在

11、0.0118GHz頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)小于，功率靈敏度為500mV/mW,比熱電偶功率座高3000倍。但由于二極管平方律范圍的限制，這種功率座的最大可測功率僅為10W。當(dāng)被測功率大于科W時，檢波器的輸出電壓與輸入功率之間就會偏離線性關(guān)系，于是引入較大測量誤差。這種功率座也需配備高靈敏度的直流放大器作為功率指示器，從而組成二極管式功率計。微量熱計法微量熱計法用測熱電阻元件作為量熱體，用量熱計法原理高準(zhǔn)確度確信測熱電阻座的有效功率，然后用測熱電阻座配以高準(zhǔn)確度的電橋來單獨(dú)測量功率。這種方式的優(yōu)勢是準(zhǔn)確度高，速度快和利用方便。許多國家都用它成立小功率國家標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度達(dá)±%±%。平

12、均功率的測量方式在直流或低頻段可利用直接按瓦特（W）刻度的瓦特表。面在高頻和微波段常采納間接測量，將功率轉(zhuǎn)化為其他物理量進(jìn)行測量。功率往往采納功率計進(jìn)行測量。功率計一樣是由功率座和功率指示器組成。功率的測量方式依照原理能夠分為：熱敏電阻法、熱電偶法、量熱計法和二極管法。射頻替代法射頻替代法是在相同的頻率下，用射頻持續(xù)波信號代替脈沖信號，實(shí)現(xiàn)對射頻脈沖功率的測量。因此，就把射頻脈沖功率測量簡化為持續(xù)波功率測量。原理如圖2-17所示。測量方式如下。開關(guān)接通B路，被測射頻脈沖信號通過定向耦合器和檢波器后，由A/D變換器采樣，運(yùn)算機(jī)處置并顯示出被測脈沖信號的幅度值。開關(guān)接通A路，調(diào)劑射頻持續(xù)波信號源的

13、輸出，使其在運(yùn)算機(jī)上顯示的幅度與脈沖幅度相等，這時從指示功率計讀取指示的功率值只。在端口1接持續(xù)波信號源，在端口2接標(biāo)準(zhǔn)功率計。開關(guān)再次接通B路，由標(biāo)準(zhǔn)功率aH賣取功率值Ps,同時由指示功率計讀取值P1'。然后依照式(2-10)計算被測射頻脈沖功率：式中，Pp為射頻脈沖信號源輸出的射頻脈沖功率，P1為替代時指示功率計的讀數(shù)，P1'和Ps均為測量時指示功率計的讀數(shù)。本方式的測量不確信度是由標(biāo)準(zhǔn)功率計、指示功率計、定向耦合器和連接不重復(fù)性等引入的標(biāo)準(zhǔn)不確信度分量組成。用射頻替代法測量脈沖功率的測量不確信度約為5%左右。射頻替代法適用于各類矩形、非矩形脈沖調(diào)制的峰值功率測量。由于脈沖

14、功率與持續(xù)波功率是在功率計上進(jìn)行比較測量，故提高了測量的比較分辨力，比用示波器作比較指示要高一個數(shù)量級。持續(xù)波比較法若是晶體檢波器對持續(xù)波功率和脈沖峰值功率具有相同的響應(yīng)，利用晶體檢波器檢波后的脈沖電壓幅度與脈沖峰值功率成正比的特性，能夠用比較的方式來測量脈沖峰值功率，測量原理框圖如圖2-16所示。開關(guān)接通B路，被測脈沖信號通過定向耦合器I、射頻開關(guān)和峰值檢波器后，送到示波器，在示波器上能夠取得脈沖調(diào)制的包絡(luò)及脈沖信號的頂部幅度。開關(guān)接通A路，持續(xù)波信號通過定向耦合器II、射頻開關(guān)和峰值檢波器后，存示波器上能夠取得持續(xù)波信號幅度。調(diào)劑可調(diào)衰減器的衰減量使持續(xù)波信號的幅度與脈沖信號的幅度相同，只

15、是在持續(xù)波小功率計的指示功率為P。那么被測得峰值功率電平Pp能夠用下式計算：(2-9)式中，01,C2為定向耦合器I、II的耦合度，單位為dBo用持續(xù)波比較法測量脈沖峰值功率的測量不確信度是由小功率計、定向耦合器、峰值檢波器的交直流特性及接頭連接不重復(fù)性等引入的標(biāo)準(zhǔn)不確信度分量所組成。采納持續(xù)比較法能夠測量各類矩形調(diào)制的脈沖峰值功率，乃至是不同的，與空比和重復(fù)頻率的脈沖峰值功率；另外，該方式操作較簡單，測量時刻短。取樣比較法取樣比較法測量脈沖峰值功率的大體原理是：將脈沖調(diào)制的微波信號與。個輔助的幅度可調(diào)的持續(xù)波信號，通太高速射頻開關(guān)別離取樣和檢波，通過幅度比較完成的。持續(xù)波功率能夠用標(biāo)準(zhǔn)小功率

16、計精準(zhǔn)測出，兩個通路的途徑衰減能夠用持續(xù)波定標(biāo)，那么脈沖峰值功率就確信了。圖2.15所示為取樣比較法的原理框圖。取樣比較法的測量進(jìn)程如下。(1)程控射頻開關(guān)接到1端口，這時脈沖調(diào)制信號經(jīng)定向耦合器I通進(jìn)程控射頻開關(guān)饋入二極管高速射頻開關(guān)，二極管開關(guān)受與調(diào)制脈沖同步的開關(guān)脈沖操縱而開啟。在開關(guān)脈沖的持續(xù)時刻內(nèi)，脈沖調(diào)制信號接到3端，并由持續(xù)波功率計測出平均功率。同時，在二極管高速射頻開關(guān)的其他時刻，在4端顯現(xiàn)取樣后的射頻信號，該信號經(jīng)檢波后，由示波器顯示，用于監(jiān)視信號波形。(2)程控射頻開關(guān)接到2端口，這時持續(xù)波信號經(jīng)定向耦合器II通進(jìn)程控射頻開關(guān)饋入二極管高速射頻開關(guān)，一樣在開關(guān)脈沖的持續(xù)時刻

17、內(nèi)，脈沖調(diào)制信號接到3端，并由持續(xù)波功率計測出平均功率，示波器同時顯示取樣后的波形。調(diào)劑持續(xù)波信號的幅度，使其在持續(xù)波功率計的指示功率幅值與脈沖調(diào)制信號相等。這時讀出持續(xù)波功率在標(biāo)準(zhǔn)小功率計的指示值，如此被校的脈沖峰值功率也就測出了。平均功率法平均功率法是通過測量射頻脈沖功率的平均值、脈沖寬度和重復(fù)頻率，然后計算出被測脈沖功率值。平均功率經(jīng)常使用熱敏電阻功率計來測量，并用示波器測量脈沖寬度和重復(fù)頻率。(1)低電平射頻脈沖功率測量測量原理方框圖如圖2-13所示。脈沖信號源的輸出功率通過定向耦合器耦合出一部份信號，由檢波器檢波后用示波器觀測脈沖寬度°、脈沖重復(fù)頻率F和波形修正系數(shù)Kp。同

18、時用接在定向耦合器輸出端的功率傳感器和指示器組成的測試電路來測量其平均功率Pav再按式(2-7)計算被測脈沖信號源的輸出脈沖信號功率Pp：式中，Kp為脈沖波形修正系數(shù)，對理想的矩形脈沖波，Kp=1;Pav為脈沖功率的平均功率值；t為脈沖寬度，F(xiàn)是脈沖重復(fù)頻率。(2)高電平射頻脈沖功率測量高電平射脈沖功率測量原理如圖2-14所示。圖2-14中，定向耦合器II用來擴(kuò)展功率量程，實(shí)現(xiàn)高電平功率測量。按式(2-8)計算被測脈沖功率：式中，C2為定向耦合器II的耦合度，單位為dBo平均功率法測量脈沖功率，是一種簡便的測量方式，其測量準(zhǔn)確度要緊取決于熱敏電阻功率計的測量誤差和脈沖參數(shù)的測量誤差，和定向耦合

19、器耦合度的測量誤差。一樣來講,用平均功率法測量射頻脈沖功率的測量不確信度約為10%20%。另外，平均功率法僅僅適用于占空系數(shù)恒定的場合，不然無法確信脈沖參數(shù)，也就不能計算被測脈沖功率。另外，當(dāng)用熱敏電阻功率計去測量脈沖峰值功率時，必需考慮熱敏電阻座所能經(jīng)受的最大脈沖功率，不然會燒毀功率座。功率座經(jīng)受功率能力有兩種表示，一種是最大平均功率，另一種是脈沖峰值功率。功率座的單位脈沖經(jīng)受能力用W.岬表示。若是被測脈沖功率超過功率座所規(guī)定的值，應(yīng)在功率座前端串接一個衰減器，以防燒壞功率座。脈沖功率計法用射頻脈沖功率計來測量脈沖功率，是最直接和最簡便的測量方式，因此它是目前普遍利用的測量方式。較經(jīng)常使用的

20、射頻脈沖功率計有以下幾種。（1）晶體檢波器一一視頻斬波功率計這種功率計的原理框圖如圖2-11所示。被測脈沖峰值功率通過功分器將一部份功率加到峰值檢波器上，經(jīng)檢波后的脈沖電壓和一個直流參考電壓，通過視頻斬波器交替地加到示波器上進(jìn)行比較。調(diào)劑直流參考電壓的幅度，使之與脈沖電壓的幅度值相等，如圖2-12所示。依照電壓表上的功率刻度值，便呵求出被測的脈沖峰值功率。電壓表的功率刻度值能夠用持續(xù)波功率計校準(zhǔn)。持續(xù)波校準(zhǔn)時，用一臺持續(xù)波信號源連接在輸入端口上，同時用一臺已校準(zhǔn)的持續(xù)波功率計替代50負(fù)載。衰減器用來擴(kuò)展功率計量程。由于這種脈沖功率計采納脈沖波形比較的方式，因此能夠測量脈沖寬度內(nèi)任意時刻的峰值功

21、率，且該方式簡單易行。（2）射頻脈沖峰值功率計射頻脈沖峰值功率計的工作原理是先用快速二極管檢波器檢出射頻脈沖包絡(luò)波形，然后用選通脈沖操縱采樣維持電路對脈沖包絡(luò)波形進(jìn)行采樣，并將采樣信號放大變成數(shù)字信號，送入儀器內(nèi)的運(yùn)算機(jī)，選通脈沖受周密操縱數(shù)字延遲器操縱，使觸發(fā)脈沖的延遲時刻精準(zhǔn)的慢慢遞增，直至對整個脈沖包絡(luò)采樣完畢，射頻脈沖包絡(luò)波形由儀器面板的液晶顯示器顯示，并可借助于可移動標(biāo)線讀出脈沖包絡(luò)上任意點(diǎn)的延遲時刻和該處的功率電平，進(jìn)而求出峰值點(diǎn)的功率電平。脈沖峰值功率測量方式在通信系統(tǒng)中，脈沖調(diào)制的射頻和微波系統(tǒng)取得普遍應(yīng)用。這種系統(tǒng)的大體參量之一是脈沖峰值功率。脈沖峰值功率是指顯現(xiàn)脈沖功率最大值的載波周期內(nèi)的平均功率，而脈沖功率是指在一個脈沖持續(xù)時刻內(nèi)的平均功率。關(guān)于理想的矩形脈沖，峰值功率等于脈沖功率。測量脈沖峰值功率的方式有以下幾種：功率測量單位時刻內(nèi)所做的功稱為功率。功率的國際標(biāo)準(zhǔn)單位是瓦特（W）,表示在1s內(nèi)完成1J功的功率。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常使用分貝瓦（dBW）表示以1W為參考電平來描述功率的對數(shù)式單位；