计量级毫米波功率计的研制

发布时间：2017-07-04 12:12

  本文关键词：计量级毫米波功率计的研制

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【摘要】：高频和微波功率是电子计量的最基本参量之一。实现对高频和微波功率的精确计量对于国计民生都有重要的意义。作为重要的功率计量器具,毫米波功率计在整个毫米波功率计量体系具有举足轻重的作用。因此,研制服务于整个毫米波功率计量体系的功率计对提高我国功率计量水平有现实的推动作用。 本文的主要工作是研制了计量级毫米波功率计,该功率计可以实现在WR22(33～50GHz)频段的精确功率测量。立足于国内自行研制测辐射热式功率计,配合功率基准装置为热敏电阻功率座进行定标,并且服务于功率计量中向下级功率计量设备进行量值传递与校准,是本文所研制功率计的实际用途。故而,本文研制的计量级毫米波功率计,既可以应用在国家毫米波功率基准上,也可以服务于功率传感器计量校准系统中。 本文深入研究了基于直流替代方法的毫米波功率测量技术,在功率计的研制过程中采用了一系列的优化技术与工艺。本文取得的研究成果主要体现在： 1.将准确度最高的四线自平衡电桥电路应用于功率计,全频段的功率测量精度优于±(0.5%+1μW); 2.针对低输入功率情况下测量不稳定问题,提出了一种差值电压测量方法,经实际测试验证和误差分析,该方法将输入功率低于5mW时的测量精度提高了10%; 3.面向测量电路对环境温度的严格要求及实际测量环境,研制了功率计的外围温度控制系统,确保毫米波功率测量的环境温度稳定性,温度稳定性达到0.01℃/10min; 4.将所研制的功率计实际应用于毫米波功率传感器计量校准系统,搭建了功率传递标准物质,采用功率传递标准法对功率座进行计量校准,并给出了整个毫米波功率计量校准系统的不确定度评定。 该功率计已应用于中国计量科学研究院的功率传感器校准工作,并且指标符合设计预期,性能可靠。
【关键词】：毫米波功率 直流替代 功率测量 计量校准
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM933.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 引言11-16
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 毫米波功率测量的发展和现状11-15
• 1.2.1 高频和微波功率的测量方法和仪器12-13
• 1.2.2 功率量值体系13-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 2 计量级毫米波功率计的基本原理16-30
• 2.1 微波功率测量的基本原理16-17
• 2.2 微量热计的基本原理17-21
• 2.2.1 量热计和微量热计18-19
• 2.2.2 测辐射热器法工作原理19-21
• 2.3 等效信号源反射系数及其常见测量方法21-25
• 2.3.1 低反射系数的等效信号源21-22
• 2.3.2 等效信号源反射系数的测量方法22-25
• 2.4 功率传感器的校准原理25-28
• 2.4.1 功率传递标准25-26
• 2.4.2 功率传感器的校准原理26-28
• 2.5 不确定度评定的基本方法28-30
• 3 计量级毫米波功率计的研制30-57
• 3.1 测量对象传感器分析30-34
• 3.1.1 热敏电阻座30-33
• 3.1.2 铂丝电阻座33-34
• 3.2 总体方案设计34-37
• 3.3 毫米波辐射功率测量电路(直流替代电路)37-46
• 3.3.1 电路方案选择37-38
• 3.3.2 电路原理分析38-40
• 3.3.3 电路的具体实现40-44
• 3.3.4 差分电压测量电路及测量方法44-46
• 3.4 稳幅控制器46-49
• 3.4.1 稳幅控制器原理分析和电路实现46-48
• 3.4.3 标准电压发生器48-49
• 3.5 外围温度控制系统49-57
• 3.5.1 测温方案分析49-50
• 3.5.2 控温调节器工作原理50-52
• 3.5.3 控制器参数整定52-55
• 3.5.4 外围温度控制系统的实现55-57
• 4 计量级毫米波功率计的性能测试与误差分析57-68
• 4.1 电源性能测试57
• 4.2 直流替代性能测试57-61
• 4.2.1 替代重复性验证58-59
• 4.2.2 替代稳定性验证59-60
• 4.2.3 替代准确性验证60-61
• 4.3 控温系统性能验证61-63
• 4.4 误差分析63-68
• 4.4.1 普通测量方法的误差分析63-66
• 4.4.2 差值电压测量的误差分析66-68
• 5 功率计量校准系统68-81
• 5.1 功率计量校准系统的操作方法68-73
• 5.1.1 等效源反射系数的测量68-69
• 5.1.2 功率传递标准的校准69-71
• 5.1.3 功率座的校准71-73
• 5.2 系统不确定度的评定73-81
• 5.2.1 不确定度的来源分析74-75
• 5.2.2 等效源反射系数的不确定度评定75-76
• 5.2.3 功率传递标准校准因子K_C的不确定度评定76-79
• 5.2.4 功率座K_u的不确定度评定79-81
• 6 结论81-82
• 参考文献82-84
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果84-86
• 学位论文数据集86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王婷婷;王俊;;基于GPIB的自动测试系统设计[J];电子测量技术;2007年05期

2 李世平,许化龙;评定测量系统不确定度的方法[J];系统工程与电子技术;1998年10期

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本文编号：517716