现代微波测量技术(三)

1、表征微波信号的三个重要基本参数表征微波信号的三个重要基本参数 阻抗阻抗频率频率功率功率 低频电子电路低频电子电路22VPVII RR电压电压电流电流 3.1 3.1 概述概述 微波传输线中微波传输线中 j zj tUAeeIl 电压、电流参数使用不方便，特别是在非电压、电流参数使用不方便，特别是在非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如单导体传输线波导模式电压，模唯一性，如单导体传输线波导模式电压，模式电流。式电流。传输功率是确定的！传输功率是确定的！工作模式圆波导工作模式圆波导H02、H03 H62H02、H03 H01H01 H11 而在而

2、在TEM波传输线系统波传输线系统工作于主模工作于主模且在且在行波行波条件下，行波电压条件下，行波电压V、电流、电流I和传输功率和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。仍满足与低频电路相同关系式。60lncrbZa典型代表同轴线典型代表同轴线微波功率常用度量单位微波功率常用度量单位 GWMWkW WmWWpW10910610311031061012 实际应用中，如一个通讯或雷达系统中各部实际应用中，如一个通讯或雷达系统中各部分信号功率范围相差可达分信号功率范围相差可达10个数量级以上，上述个数量级以上，上述表示方法不方便表示方法不方便对数单位对数单位。 远程警戒雷达，航空管制雷达远程警戒雷达，航

3、空管制雷达-MW 倒车雷达倒车雷达-mW微波功率常用度量单位微波功率常用度量单位 0dBm-30dBm27dBm0dBW=?dBm1mW?mW?W1W1dBm5dBm？dBm10dBW=?dBm?mW?mW3mW?0P(mW)P(mW)(dBm)10lg10lgP1mWA0P(W)P(W)(dBW)10lg10lgp1WA2prmseE峰值、有效值峰值、有效值终端接匹配负载终端接匹配负载50同轴传输线中，终端负同轴传输线中，终端负载电压与吸收功率关系。载电压与吸收功率关系。2VPR22VPR（有效值）（有效值） 幅（峰）值幅（峰）值 TD6604数字存储示波器，输入阻抗数字存储示波器，输入阻抗

4、50,模拟带宽模拟带宽6GHz220.04W=-17.95dBm2250VPR平均功率，脉冲功率，峰值包络功率一些基本概念平均功率，脉冲功率，峰值包络功率一些基本概念dEPdtCW场合场合功率基本定义功率基本定义22VPVII RR平均功率平均功率脉冲功率脉冲功率峰值功率、峰值脉冲功率峰值功率、峰值脉冲功率对于对于CW信号，信号，平均功率平均功率脉冲功率脉冲功率峰值功率、峰值脉冲功率峰值功率、峰值脉冲功率平均功率测量技术使用最普遍，方便、精度高平均功率测量技术使用最普遍，方便、精度高一致一致对于复杂调制信号？对于复杂调制信号？常见微波功率测量仪器常见微波功率测量仪器 常见微波功率测量仪器常见微

5、波功率测量仪器 10dBm20dBm国产小型功率计国产小型功率计常见微波功率测量仪器常见微波功率测量仪器 40dBm20dBm0.5-18GHzHP8991A峰值功率计峰值功率计常见微波功率测量仪器常见微波功率测量仪器 70dBm20dBm50MHz-26.5GHz30dBm20dBm26.5GHz-40GHzE4418B连续波功率计连续波功率计常见微波功率测量仪器常见微波功率测量仪器 10kW（70dBm）S波段波段水负载量热式大功率计水负载量热式大功率计 上述微波功率测量仪器有上述微波功率测量仪器有什么特点？什么特点？微波功率信号低频电信号指示 信号处理微波功率信号热能低频电信号指示 信号

6、处理传感器功率探头传感器功率探头传感器功率探头传感器功率探头RF/Microwave热或低频电信号热或低频电信号热敏电阻热敏电阻热电偶热电偶二极管检波器二极管检波器微波功率计分类微波功率计分类 微波功率计分类微波功率计分类 通过式通过式功率头输入为高阻抗（或已知耦合度），并接在传输线上，不影响传输线对信号的传输。微波功率计分类微波功率计分类 终端式终端式微波功率计分类微波功率计分类 功率敏感元件与适当负载结合，二者的功率敏感元件与适当负载结合，二者的总输入阻抗等于传输线的总输入阻抗，总输入阻抗等于传输线的总输入阻抗，则被测功率被敏感元件转换成低频或直则被测功率被敏感元件转换成低频或直流信号送入

7、指示器。流信号送入指示器。检波器检波器3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 检波二极管检波二极管检波器检波器3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 检波二极管检波二极管检波器检波器3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 3.2.1 3.2.1 微波检波器微波检波器 基本原理图基本原理图 3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 ) 1(TvvseIiTnkTvqTsvvIviR0013.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 当负载当负载RvCv有直流电压有直流电压Vd时，检

8、波管上的电时，检波管上的电压瞬时值为：压瞬时值为：则则检波管上的瞬时电流为检波管上的瞬时电流为：dVtVvcos0 1)cosexp()exp(0tVVVVIiTTds3.2.1 3.2.1 微波检波二极管微波检波二极管 020exp(cexp()1 ()2os)svddTTVtVI RVVdtV200()()4()nTdsvTsvTTVVVVI RAVI RVV212!xxex 3-2.1 3-2.1 微波检波二极管微波检波二极管 20dVV3-2.1 3-2.1 微波检波二极管微波检波二极管 3-2.1 3-2.1 微波检波二极管微波检波二极管 3-2.1 3-2.1 微波检波二极管微波检

9、波二极管 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲、峰值功率检测脉冲包络与脉冲、峰值功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲、峰值功率检测脉冲包络与脉冲、峰值功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲、峰值功率检测脉冲包络与脉冲、峰值功率检测 20VV3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲、峰值功率检测脉冲包络与脉冲、峰值功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.

10、6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 111cos2yAf t222cos2yAf t121122cos2cos2yyyAf tAf t12AA12121cos2cos2222ffffyttA3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 14.318MHz14.318MHz33MHz33MHz66MHz66MHz100MHz100MHz3-2.6 3-2.6 脉

11、冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 （1）标准源检波器）标准源检波器得到功率与检波幅值得到功率与检波幅值 对应关系。对应关系。（2）待测源检波器）待测源检波器得到输出功率得到输出功率脉冲包络对于窄脉冲（几十脉冲包络对于窄脉冲（几十ns），前沿较小测试），前沿较小测试需注意，检波器输出视频带宽严重影响测试结果。需注意，检波器输出视频带宽严重影响测试结果。3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰

12、值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与脉冲包络与脉冲、峰值脉冲、峰值功率检测功率检测 3-2.6 3-2.6 脉冲包络与峰值功率检测脉冲包络与峰值功率检测 3-3 3-3 用热电偶测功率用热电偶测功率 热偶由两种不同金属接触热偶由两种不同金属接触形成一个热端接点构成。形成一个热端接点构成。当接点温度高于冷端温度当接点温度高于冷端温度时，两种金属间会产生直时，两种金属间会产生直流电势，其大小与冷热端流电势，其大小与冷热端的温差呈正比的温差呈正比3-3 3-3 用热电偶测功率用热电偶测功率 3-3 3-3 用热电偶测功率用热电偶测功率 3-4 3-4 用测热电阻测功率用测热电阻测功

13、率 利用特殊电阻（如热敏电阻）对温度的敏感性，利用特殊电阻（如热敏电阻）对温度的敏感性，将高频功率加载到电阻上使其温度变化，通过测量此将高频功率加载到电阻上使其温度变化，通过测量此变化来检测输入功率。变化来检测输入功率。不平衡电桥不平衡电桥3-4 3-4 用测热电阻测功率（不平衡电桥）用测热电阻测功率（不平衡电桥） （1）改变）改变I0，使，使M指示为指示为0，则有平衡条件：，则有平衡条件：（2）在）在Rb上加载高频功率，上加载高频功率， 则则Rb变化变化R，产生，产生的失衡电流为的失衡电流为312RRRRb)(3)(41 )(43210RRRRRRRRRRRRRIIgggg3-4 3-4 用

14、测热电阻测功率（不平衡电桥）用测热电阻测功率（不平衡电桥） 当当 时，有：时，有：设设 ， 则有：则有：即可通过测量即可通过测量Ig测量输入功率测量输入功率P。RRRRRRIIgg)(40RP)()(40gggIfIIRRP问题：问题： 与工作点有关，需定标；匹配问题与工作点有关，需定标；匹配问题 环境温度敏感环境温度敏感3-4 3-4 用测热电阻测功率用测热电阻测功率平衡电桥平衡电桥自平衡电桥自平衡电桥温度补偿双平衡电桥温度补偿双平衡电桥3-5.2 3-5.2 水负载式大功率计量热式水负载式大功率计量热式绝对量热式绝对量热式替代法替代法借助微波功率在负载中消借助微波功率在负载中消耗时产生的热

15、量最基本、耗时产生的热量最基本、最古老的方法最古老的方法大功率测试几乎唯一手段，大功率测试几乎唯一手段，具有较高精度具有较高精度3-5.2 3-5.2 水负载式大功率计量热式水负载式大功率计量热式5-10kW毫米波毫米波大功率计大功率计3-5.2 3-5.2 水负载式大功率计量热式水负载式大功率计量热式绝对量热式绝对量热式直流替代直流替代工频替代法工频替代法流速流速出水口与入水出水口与入水口温差口温差3-5.2 3-5.2 水负载式大功率计量热式水负载式大功率计量热式/(1)ggLLabba 0000()/()()/()gggLLLZZZZZZZZ 3-6 3-6 功率方程（功率探头功率方程（

16、功率探头/ /传感器分析）传感器分析） 222222/ 1/ 1iggLrgLgLPabPb 3-6 3-6 功率方程功率方程 *gL 220020202/(1)/(1)/ (1)(1)1AgLigLLLgLPPPPPPP 220(1)/ 1LirLgLPPPP 式中，式中，20gPb共扼匹配时共扼匹配时 RL=RS资用功率资用功率共扼匹配共扼匹配 功率方程四个重要基本概念功率方程四个重要基本概念 （1）功率源资用功率）功率源资用功率PA表征源的最大可利用功率，即共扼匹配时表征源的最大可利用功率，即共扼匹配时 功率源的输出功率。功率源的输出功率。*gl （2）功率源向无反射负载（）功率源向无反

17、射负载（ ）传输的功率）传输的功率20(1)AgPP 表征表征 源的输出功率。源的输出功率。g0L 功率方程四个重要基本概念功率方程四个重要基本概念 （3） 源入射到源入射到 负载的入射波功率负载的入射波功率20/ (1)igLPP （4） 源传输到源传输到 负载的静功率负载的静功率202(1)1LLgLPP gLgL测量功率源输出，实际上要求测量功率源测量功率源输出，实际上要求测量功率源向无反射负载的输出功率向无反射负载的输出功率P0。（一般不可能要求功率计探头与所测功率源（一般不可能要求功率计探头与所测功率源输出实现共扼匹配。）输出实现共扼匹配。）gL只给出输出驻波参数（只给出输出驻波参数

18、（50）3-6 3-6 功率方程功率方程 3-6 3-6 功率方程功率方程 误差来源：失配，探头微波吸收特性，信号处误差来源：失配，探头微波吸收特性，信号处理、读数理、读数 3-6 3-6 功率方程功率方程 失配失配20(1)AgPP 3-6 3-6 功率方程功率方程 探头微波吸收特性效率探头微波吸收特性效率替代误差替代误差 高频高频DC或低频转换或低频转换3-6 3-6 功率方程功率方程 失配有效效率（含效率与替代误差）失配有效效率（含效率与替代误差） 校正因子校正因子 CF现代功率计（智能探头）已将校正因子折合至现代功率计（智能探头）已将校正因子折合至读数读数微卡标准微卡标准功率基功率基准

19、与传准与传递递功率计比对功率计比对思考：功率方程级数推导思考：功率方程级数推导211()1GLLgLgGLGbbb 1Gab2211?LPabu不要去接触同轴电缆或连接器的中心导体，因为能量主要集不要去接触同轴电缆或连接器的中心导体，因为能量主要集中在这个区域，会对中在这个区域，会对人体造成极大伤害人体造成极大伤害；u连接器和适配器拧紧，避免产生损耗；连接器和适配器拧紧，避免产生损耗；u波导连接法兰接触良好；波导连接法兰接触良好；u不要去接触衰减器或终端负载的散热器；不要去接触衰减器或终端负载的散热器；u不要去接触裸露在外的微带电路；不要去接触裸露在外的微带电路；u尽可能采取屏蔽措施，以免造成辐射干扰；尽可能采取屏蔽措施，以免造成辐射干扰；u检查将要通过器件的功率；检查将要通过器件的功率；u检查所有器件的损耗（如定向耦合器、衰减器）。例如当有检查所有器件的损耗（如定向耦合器、衰减器）。例如当有0.5dB的损耗，在的损耗，在100W11W损耗。损耗。 1dB20W损耗损耗在对大功率微波进行测量时，特别注意：在对大功率微波进行测量时，特别注意：微波泄漏与微波泄漏与 功率损耗功率损耗小结：微波功率测量注意要点小结：微波功率测量注意要点（1）充分了解待测信号样式）充分了解待测信号样式（调制特性、（调制特性、 输出功率、频率范围）输出功率、频率范围）（2）测试数据的不确定度和功率基准追溯