微波功率计中校准信号源反射系数测量方法与流程

本发明涉及微波功率计测量领域，具体设计一种微波功率计中校准信号源反射系数测量方法。

背景技术：

为保证微波功率计的测量准确度，功率计通常备有用于自校准的50MHz、0dBm的校准信号源(或称“参考信号源”以下简称“校准源”或“源”)。失配误差的存在影响校准结果，要评价这一影响，必须准确测量校准源的反射系数。

目前没有专门用于50MHz校准源反射系数测量的装置，但有一些通用的信号源反射系数测量方法可以用于实现这一测量。

如果反射系数为Γ_G的信号源传输至无反射负载的功率为P₀，则当其连接反射系数为Γ_L的负载时，负载损耗功率P_L可以表示为：

式中θ_G、θ_L分别为源及负载反射系数的相角。上面公式中存在P₀、θ_G及Г_G三个未知数，通过n(n≥3)次改变负载反射系数可以得到一个由n个方程构成的方程组，解方程组即可得到Г_G。

功率座连接不同长度的空气线可以形成不同反射系数的负载，该负载的反射系数可以由网络分析仪测得。测量原理图如图1所示，依次接入空气线，分别得到P_L，i，利用冗余的方程，通过最小二乘法进行迭代计算，最后可以得到信号源反射系数。

虽然相关技术给出了通用的信号源反射系数的测量方法，但该方法存在以下问题：

1、该方法无法给出一个明晰的被测量的数学表达式，其测量结果的不确定度不易评定；

2、测量装置及测量过程复杂；

3、计算结果依赖于功率测量准确度，通常必须有冗余的测量。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种微波功率计中校准信号源反射系数测量方法，通过特定相移条件下校准源功率量值的测量确定其反射系数。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种微波功率计中校准信号源反射系数测量方法，包括以下步骤：S1：根据信号源的反射系数、所述信号源传输至无反射负载的功率、负载的反射系数、所述信号源的反射系数的相角和所述负载的反射系数的相角得到负载入射功率的一般表达式，其中，所述信号源的反射系数、所述信号源传输至无反射负载的功率和所述信号源的反射系数的相角未知；S2：通过所述负载入射功率的一般表达式，并所述将所述信号源的反射系数的相角和所述负载的反射系数的相角之和调整第一预设角度以得到负载输入功率的第一表达式；通过所述负载入射功率的一般表达式，并将所述信号源的反射系数的相角和所述负载的反射系数的相角之和调整第二预设角度以得到负载输入功率的第二表达式；S3：联立所述负载入射功率的一般表达式、所述负载输入功率的第一表达式和所述负载输入功率的第二表达式得到所述信号源的反射系数。

根据本发明实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法，通过特定相移条件下校准源功率量值的测量确定其反射系数。对于配有热敏电阻功率计的微波实验室而言，仅需再配备两条特定长度的电缆即可进行测量；可以得到校准源反射系数模值的数学表达式，不需要冗余测量，而且对于测量结果的不确定度可以进行准确评定。

另外，根据本发明上述实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述负载入射功率的一般表达式为：

其中，P_I为负载入射功率，Γ_G为所述信号源的反射系数，P₀为所述信号源传输至无反射负载的功率，Γ_L为所述负载的反射功率，θ_G、θ_L分别为所述信号源的反射系数的相角和所述负载的反射系数的相角。

进一步地，所述第一预设角度为180°，所述第二预设角度为90°，

则所述负载输入功率的第一表达式为：

则所述负载输入功率的第二表达式为：

进一步地，在步骤S3中，所述信号源的反射系数的表达式为：

其中，

进一步地，还包括：

S4：通过以下公式对所述负载输入功率的第一表达式和所述负载输入功率的第二表达式进行修正：

其中，P′_I,180°、P′_I,90°分别为连接相应电缆时功率计读数，A_180°、A_90°分别为相应电缆的传输损耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中的负载的反射系数的测量原理图；

图2是本发明实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法的流程图；

图3是本发明一个实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法的测量原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法。

图2是本发明一个实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法的流程图，图3是本发明一个实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法的测量原理图。

请参考图2和图3，一种微波功率计中校准信号源反射系数测量方法，包括以下步骤：

S1：根据信号源的反射系数、信号源传输至无反射负载的功率、负载的反射系数、信号源的反射系数的相角和负载的反射系数的相角得到负载入射功率的一般表达式。其中，信号源的反射系数、信号源传输至无反射负载的功率和信号源的反射系数的相角未知。

在本发明的一个实施例中，负载入射功率的一般表达式为：

其中，P_I为负载入射功率，Γ_G为所述信号源的反射系数，P₀为所述信号源传输至无反射负载的功率，Γ_L为所述负载的反射功率，θ_G、θ_L分别为所述信号源的反射系数的相角和所述负载的反射系数的相角。

S2：通过负载入射功率的一般表达式，并将信号源的反射系数的相角和负载的反射系数的相角之和调整第一预设角度以得到负载输入功率的第一表达式；通过负载入射功率的一般表达式，并将信号源的反射系数的相角和负载的反射系数的相角之和调整第二预设角度以得到负载输入功率的第二表达式。

在本发明的一个实施例中，第一预设角度为180°，第二预设角度为90°。则负载输入功率的第一表达式为：

则负载输入功率的第二表达式为：

S3：联立负载入射功率的一般表达式、负载输入功率的第一表达式和负载输入功率的第二表达式得到信号源的反射系数。

在本发明的一个实施例中，步骤S3进一步包括：联立负载入射功率的一般表达式、负载输入功率的第一表达式和负载输入功率的第二表达式：

|Γ_G|⁴|Γ_L|⁴+F|Γ_G|²|Γ_L|²+1＝0；

式中，

最后可以解得

将F的分子、分母同除以得到下式：

令可得到下式：

通过上述计算过程可知，如果已知功率座反射系数，仅需再测得三个功率值即可计算得到校准源的反射系数。180°、90°相移可以通过使用λ/4、λ/8的传输线获得，对于50MHz信号而言，所需传输线的电长度分别为1.5米及0.75米。电缆自身反射系数的影响可以根据网络分析仪测量结果予以修正，对于50MHz信号而言，通常这一量值很小(＜0.005)，可以忽略不计。由于使用的是同一只功率座，测量过程中的校准因子不变，因此上面三个入射功率的比值等于功率计相应指示功率的比值，又由于进行的仅是功率比值计算，对于功率计自身测量准确度的要求不高。功率座反射系数可以由网络分析仪测得。一般功率计校准源的反射系数较小，为了获得足够高的分辨率以保证测量准确度，作为负载的功率座应当工作在大失配状态，改变同轴热敏电阻功率座的工作阻值可以实现这一目的，例如将正常工作阻值为200ohms的热敏电阻功率座偏置在100ohms工作时，其反射系数模值约为0.333。

在本发明的一个实施例中，在步骤S3之后还包括以下步骤：

S4：为消除电缆损耗的影响，通过以下公式对所述负载输入功率的第一表达式和所述负载输入功率的第二表达式进行修正：

其中，P′_I,180°、P′_I,90°分别为连接相应电缆时功率计读数，A_180°、A_90°分别为相应电缆的传输损耗(dB)，A_180°、A_90°可以用网络分析仪测量得到。

另外，本发明实施例的微波功率计中校准信号源反射系数测量方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。