专利名称：功率传感器校准装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及功率传感器校准装置，特别是涉及一种容易实现、操作计算简便、节省开支的功率传感器校准装置。
(二)技术背景微波小功率校准装置(SYSTEM II)是一个满足IEEE-488接口规范的微波小功率校准系统，可对各种通过式和终端式功率传感器进行校准，该系统在国内外微波计量领域有着十分广泛的应用。SYSTEM II型自动功率校准系统是美国WE公司于十九世纪80年代推出的产品，该系统基于单定向耦合器法的校准原理，用电阻功率分配器代替定向耦合器，其校准系数可直接溯源至美国国家标准局(NBS、现改为NIST)，该系统是目前我国微波计量领域应用最广泛、占市场主导地位的一种测试系统。
但是随着现代通信技术的高速发展，微波技术领域有了很大的变革。由于毫米波具有抗干扰能力强、可携带信息量大、穿透性能好等诸多优点，被广泛应用于各种领域。随着毫米波段微波仪器的日益增多，10MHz～18GHz频率范围的SYSTEM II显然已经不能满足技术发展的要求。为此，早在多年前SYSTEM II的生产厂家WE公司就推出了8mm波段的功率传递标准WE1107-8。要想构建8mm波段的SYSTEM II，首先要有能提供8mm波段的微波信号源，另外就是8mm波段的热敏电阻座WE1107-8。1107-8标准功率座正常工作(工作电阻为200Ω)时的直流偏置功率为13±2毫瓦，而1805A或1805B所能提供的调节范围是30±1毫瓦，这就使得简单地将1107-8替换F1109而扩展SYSTEM II频段的做法不可行。下面是常见的构成8mm波段功率传感器校准系统的两种方案1、直接使用WE1806双NBS电桥IV型功率计控制1107-8功率座，不使用闭环反馈控制回路。
这是最常见的一种方法，因为1806的驱动电流以及电桥电阻同1107-8刚好匹配，所以直接将1107-8的温控端及电阻输出端同1806相连，舍去1805A和电调衰减器/开关。
该方案存在以下的缺点和不足
(1)由于失去了闭环反馈控制回路，失去了输出幅度高度稳定的低反射等项信号源的结构，使得对信号源的性能要求极高。信号源的输出波动、幅度不稳等因素很容易导致整个系统的失配误差增大、从而使测试结果的不确定度增大(2)由于失去了1805A的精密电平控制，1107-8的在每个测试频点的直流替代功率都需要现场测试计算，而不能象1805A那样锁定一个直流替代功率值后整个测试过程中都不会改变，这使得整个系统的操作、计算更加繁琐。
2、重新制作一个类似于1805A或1805B的射频控制单元代替1805A或1805B。
由于市场上目前还没有类似于1805A或1805B并且能与1107-8功率座相匹配的射频控制单元，如果还想利用闭环反馈控制回路的诸多优点，就必须自己动手制作一个替代产品。或者仍然使用1806，再单独设计稳幅放大电路和射频控制电路。不论怎样，此方案的设计成本相当高，并且实现起来相当麻烦。
发明内容本实用新型要解决的技术问题，是提供一种容易实现、操作计算简便、节省开支的功率传感器校准装置。
功率传感器校准装置，包括壳体、微波信号源、毫米波段标准功率座、六倍半以上的数表、1805A型或1085B型RF控制器、被校准件毫米波段功率传感器和功率指示器，在毫米波段标准功率座和1805A型或1805B型RF控制器之间安装一个直流偏置功率匹配器，微波信号源、毫米波段标准功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器顺序连接，构成回路。所述的直流偏置功率匹配器包括分流电阻R2和电阻R1，R2并联接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段标准功率座之间的电路中，即与毫米波段标准功率座的热敏电阻R3并联，在1805A型或1805B型RF控制器接口处电阻与分流电阻R2之间串联一个电阻R1。
上述的毫米波段标准功率座可用1.25厘米波段标准功率座替代。
所述的功率传感器校准装置，直流偏置功率匹配器中的分流电阻R2和电阻R1是误差为±0.1％的高精度电阻。
各种组件的功能1、1805A型或1805B型RF控制单元1805A或1805B型射频功率电平控制器是一个固态微处理机控制的射频控制单元，用以实现直流替代法中两个主要变量的精密电平控制，即对通过式热敏电阻座有影响的射频源和加到通过式热敏电阻座用以补偿射频功率影响的替代功率。该装置配有标准的IEEE-488接口，可以方便的在手动或程控状态下实现0.5、1、2…10mW的直流替代功率，精度高达±0.1％+5μW。
2、温控型标准功率座毫米波段热敏电阻座是一个小功率传递标准，可以分别作为通过式、终端式标准使用，可对各种终端式标准功率座、终端式功率传感器、通过式标准功率座的校准系数进行测试，其拥有的6个校准点可直接溯源至美国国家标准中心NIST。
3、微波扫频源同SYSTEM II配套的信号源一般都是WE公司生产的WE4310系列多频段宽带扫频源。但由于其多年来无产品更新、设备庞大、笨重、频率准确度低等诸多原因使其逐步退出历史舞台，渐渐被新一代的数字式微波扫频源代替，例如HP公司(现改为Agilent)的HP83623A系列微波扫频源，可以提供10MHz～20GHz的微波信号，加上HP8455A倍频器后可扩展至26.5GHz～40GHz，即8mm波段。
4、数字多用表在SYSTEM II中，数字多用表主要被用来作为1806或其它无IEEE-488标准接口的记录输出，功率显示器的记录输出(recorderoutput)端通过电缆连至数表的输入端，可直接地在数表上读出其读数，以便实现整套系统自动测试的实现。
5、本装置与具有IEEE-488接口规范的接口卡的计算机匹配连接，用来作为IEEE-488总线上的控者，从而实现自动测量的正确进行和测试结果输出。
6、直流偏置功率匹配器包括分流电阻R2和电阻R1，R2并连接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段标准功率座之间的电路中，在1805A型或1805B型RF控制器接口处电阻与并连电阻R2之间串连一个电阻R1。通过调节R1、R2阻值的大小即可很容易的调节1805A型或1805B型RF控制器接口处等效电阻为200Ω，毫米波段标准功率座的直流偏置功率为13±2毫瓦。
7、毫米波段功率传感器和功率指示器作为被校准件。
系统的误差分析将被校8mm功率传感器接到1107-8标准功率座的主臂输出端，则被校功率传感器的校准系数Kbu为Kbu=Kc·PbuPcu·|1-ΓG,Γu|2]]>Kbu-被校功率传感器的校准系数Kc-功率传递标准校准系数Pbu-替代功率Pcu-替代功率ΓGc-等效信号源反射系数Γu-标准功率座反射系数校准误差有下列几项1、功率传递标准校准系数Kc的误差该项误差取决于上级计量标准的校准误差，约为±1.5％。
2、替代功率Pcu和Pbu的误差传递标准中的替代功率Pcu的测量误差经测试具有较高的准确度，优于±0.1％，被校功率传感器的替代功率Pbu的测量误差也优于±0.1％。
3、失配误差失配误差是一项未定系差，误差分布概率属反正弦分布。因为它不是随机误差，所以不能用多次测量的方法来减小它，通常按照最不利的相位关系来估算失配误差的极限值，约为±0.6％。
直流偏置功率匹配器引入的误差约为±0.1％5、温度变化和幅度变化引入的误差约为±0.2％接头不重复性引入的误差约为±0.1％系统的不确定度合成所有不确定度因素是独立机理产生的，除失配误差按反正弦分布考虑外，其它全部按均匀分布考虑进行合成。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)校准系统扩展不确定度为2.0％。
其中uA1——温度变化和幅度变化引入的误差uA2——接头不重复性引入的误差uB1——功率传递标准校准系数Kc的误差uB2——替代功率Pcu的误差uB3——直流偏置功率匹配器引入的误差uB4——失配误差uB5——替代功率Pbu的误差本实用新型具有如下的优点和有益效果1、为了验证该方法的可行性，使用这种方法搭建的8mm功率传感器自动校准系统对同一被测件进行了多次测试，结果如下表
测试结果均优于2.0％，并且经长期、多次测试，工作性能稳定，由此表明，本实用新型8mm功率传感器自动校准系统确实可行。
2、校准功率传递标准校准系数Kc的误差约为±1.5％；校准替代功率Pcu和Pbu的误差均优于±0.1％，具有较高的准确度；校准失配误差约为±0.6％；校准直流偏置功率匹配装置引入的误差约为±0.1％；校准温度变化和幅度变化引入的误差约为±0.2％；校准接头不重复性引入的误差约为±0.1％；校准系统的扩展不确定度为2.0％，具有较高的准确度，系统的不确定度也达到了国内同类装置的领先水平。
3、在进行计算时，1107-8的直流替代功率就不再是1805A上所设定的值了，需要根据R1、R2的实际阻值进行计算，只需计算一次，而不用每个频点都要计算了，使计算更加简单、方便。
4、本实用新型容易实现、节省开支，既经济又实用，具有很高的使用价值。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明图1为现有技术SYSTEM II微波小功率校准系统一实施方式的原理框图；图2为现有技术方案1的8mm功率传感器校准系统原理框图；图3为本实用新型的一实施例的原理框图；图4为本实用新型图3中的直流偏置功率匹配器原理框图；具体实施方式
实施例一功率传感器校准装置，包括微波信号源、1107-8标准功率座、HP3455A数表、WE1805A型RF控制器，被校准件8mm功率传感器、功率指示器。在1107-8标准功率座和WE1805A型RF控制器之间安装一个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电阻R2和电阻R1，R2并联接入WE1805A型RF控制器和1107-8标准功率座之间的电路中，即与1107-8标准功率座的热敏电阻R3并联，在WE1805A型RF控制器接口处电阻与并联电阻R2之间串联一个电阻R1，这样通过调节R1、R2阻值的大小即可很容易的调节WE1805A型RF控制器接口端的等效电阻为200Ω，1107-8标准功率座亦可达到所需的13毫瓦的偏置功率。微波信号源、1107-8标准功率座、直流偏置功率匹配器、WE1805A型RF控制器顺序连接，构成反馈回路，确保微波信号源发出的微波信号的稳定性。工作时，由计算机控制微波信号源，微波信号源发出稳定的微波信号至上一级校准的1107-8标准功率座，对8mm功率传感器和功率指示器进行校准，经校准后由HP3455A数表显示数据，并将该数据存入计算机，计算结果，通过打印机输出。
实施例二实施例二所述的功率传感器校准装置在结构上与实施例一基本相同，其不同之处在于所述的毫米波段标准功率座1107-8，由1.25厘米波段的标准功率座1107-7替代。
权利要求1.功率传感器校准装置，包括微波信号源、毫米波段标准功率座或1.25厘米波段标准功率座、六倍半以上的数表、1805A型或1805B型RF控制器，其特征在于在毫米波段标准功率座和1805A型或1805B型RF控制器之间安装一个直流偏置功率匹配器，微波信号源、毫米波段标准功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器、顺序连接，构成反馈回路，所述的直流偏置功率匹配器包括分流电阻R2和电阻R1，R2并联接入1805A型或1805B型RF控制器和毫米波段标准功率座或1.25厘米波段标准功率座之间的电路中，即与毫米波段标准功率座或1.25厘米波段标准功率座的热敏电阻R3并联，在1805A型或1805B型RF控制器接口处电阻与并连电阻R2之间串连一个电阻R1。
2.根据权利要求1所述的功率传感器校准装置，其特征在于所述的直流偏置功率匹配器中的分流电阻R2和串连电阻R1必须是误差为±0.1％的高精度电阻。
3.根据权利要求1或2所述的功率传感器校准装置，其特征在于所述的1805A型或1805B型RF控制器接口处等效电阻为200Ω，直流偏置功率为30±1毫瓦，毫米波段标准功率座的直流偏置功率为13±2毫瓦。
4.根据权利要求1或2所述的功率传感器校准装置，其特征在于所述的RF控制器为1805A型，所述的毫米波段标准功率座为1107-8标准功率座，所述的数表为HP3455A数表，所述的1.25厘米波段标准功率座为1107-7标准功率座。
专利摘要本实用新型公开了一种易实现、高精度的功率传感器校准装置，包括微波信号源、毫米波段标准功率座、六倍半以上的数表、1805A型或1805B型RF控制器，在毫米波段标准功率座和1805A型或1805B型RF控制器之间安装一个直流偏置功率匹配器，微波信号源、毫米波段标准功率座、直流偏置功率匹配器、1805A型或1805B型RF控制器、顺序连接，构成反馈回路。直流偏置功率匹配器包括分流电阻R
文档编号G01R35/00GK2591637SQ0229205
公开日2003年12月10日 申请日期2002年12月24日 优先权日2002年12月24日
发明者朱军, 阎道广, 周德海, 于朝民 申请人:朱军, 阎道广, 周德海, 于朝民