電子科技大學(xué) 計(jì)量概論 13

精思國計(jì)，細(xì)量民生

電子學(xué)計(jì)量對(duì)象的頻帶，通常是指從高頻倒超高頻的頻率范圍，低頻和直流歸于電磁學(xué)計(jì)量一、高頻電壓高頻電壓是電子學(xué)計(jì)量中一個(gè)基本參量，又是電信號(hào)的主要描述參量，是模擬信號(hào)的重要表現(xiàn)形式。表達(dá)式：精思國計(jì)，細(xì)量民生二、高頻（微波）功率高頻功率（又稱為微波功率）是一個(gè)描述高頻信號(hào)的大小及信號(hào)通過系統(tǒng)時(shí)傳輸能量特性的物理量，是電子學(xué)計(jì)量中最重要的基本參量。單位：瓦特（W）按計(jì)量范圍分類：小功率（10mW以下）、中功率(10mW~10W)和大功率(10W以上)一個(gè)功率計(jì)量裝置由能量轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的指示器組成精思國計(jì)，細(xì)量民生三、衰減衰減是電子學(xué)計(jì)量中的一個(gè)重要參量，它描述的是無線電信號(hào)在傳輸過程中能量的損耗和減弱的程度.衰減的量度通常是由電壓或功率的比確定的,描述了兩個(gè)同名量值之間的相對(duì)差。單位：分貝(dB)計(jì)量的主要對(duì)象：各種高頻器件主要內(nèi)容：器件的信號(hào)幅度傳輸特性精思國計(jì)，細(xì)量民生一、高頻電壓標(biāo)準(zhǔn)高頻電壓種類很多,按轉(zhuǎn)換器件可以分為功率敏感和電壓敏感兩種。1、高頻中電壓標(biāo)準(zhǔn)（1）功率計(jì)法高頻中電壓是指測(cè)量電壓從0.1~10V的高頻電壓

精思國計(jì)，細(xì)量民生

（2）測(cè)輻射器電橋法該電壓標(biāo)準(zhǔn)主要由測(cè)輻射熱器座和顯示讀數(shù)的直流平衡電橋組成。原理如圖所示。一般用雙測(cè)熱電阻電橋以抵消環(huán)境溫度變化所引入的誤差被校表高頻信號(hào)源直流平衡電橋測(cè)輻射熱器座精思國計(jì)，細(xì)量民生2、高頻小電壓標(biāo)準(zhǔn)高頻小電壓標(biāo)準(zhǔn)是指測(cè)量電壓低于0.1V以下的高頻電壓標(biāo)準(zhǔn)，主要有兩種，即校準(zhǔn)接收機(jī)和高頻微伏標(biāo)準(zhǔn)。（1）校準(zhǔn)接收機(jī)是專門用來校準(zhǔn)高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓的裝置。組成：高頻電壓源、高靈敏度接收器。測(cè)量不確定度來自整機(jī)的非線性誤差；進(jìn)行絕對(duì)計(jì)量時(shí)還要考慮標(biāo)準(zhǔn)電壓測(cè)量的不確定度。

精思國計(jì)，細(xì)量民生（2）高頻微伏標(biāo)準(zhǔn)可以直接校準(zhǔn)電壓表，也可以通過電壓測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)高頻電壓源。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、輸出電阻小原理如圖精思國計(jì)，細(xì)量民生二、高頻功率標(biāo)準(zhǔn)1、量熱式功率計(jì)量熱式功率計(jì)是將被測(cè)功率轉(zhuǎn)化為熱能來進(jìn)行測(cè)量的，其功率敏感元件就是量熱體（通常是微波金屬膜電阻負(fù)載）。

P=mcΔT∕Δt在實(shí)際應(yīng)用中通常用替代法來提高測(cè)量的敏捷性，即使用已知的直流或低頻功率去替代產(chǎn)生同樣熱效應(yīng)的高頻功率。

精思國計(jì)，細(xì)量民生雙負(fù)載量熱式功率計(jì)（又稱為對(duì)偶式或雙干量熱式功率記）可以進(jìn)一步消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，原理如圖所示：精思國計(jì)，細(xì)量民生2、測(cè)輻射熱器式功率計(jì)測(cè)輻射熱器式功率計(jì)是利用溫度敏感電阻元件（測(cè)輻射熱器）在吸收電磁波能量前后阻值發(fā)生的變化來計(jì)量功率的。原理如圖精思國計(jì)，細(xì)量民生測(cè)輻射熱器功率計(jì)使用直流替代測(cè)試方法屬于絕對(duì)測(cè)量，常年性穩(wěn)定、相應(yīng)時(shí)間快，量程通常小于100mW。精思國計(jì)，細(xì)量民生

3、微量熱計(jì)微量熱計(jì)借助于測(cè)輻射熱器座為量熱體，使用量熱計(jì)方法確定測(cè)輻射熱器座的有效效率，從而獲得功率標(biāo)準(zhǔn)。組成：測(cè)輻射熱器功率計(jì)、量熱計(jì)原理如圖所示：精思國計(jì)，細(xì)量民生精思國計(jì)，細(xì)量民生三、衰減標(biāo)準(zhǔn)1、波導(dǎo)截止衰減器波導(dǎo)截止衰減器利用了電磁波在截止?fàn)顟B(tài)下的傳輸特性，即當(dāng)電磁波的波長大于波導(dǎo)的截止波長時(shí)，衰減量大小正比于截至波導(dǎo)的長度，又稱活塞式衰減器。原理如圖所示：精思國計(jì)，細(xì)量民生2、回轉(zhuǎn)衰減器回轉(zhuǎn)衰減器是通過回轉(zhuǎn)角度來精密確定的，其原理如圖所示：精思國計(jì)，細(xì)量民生當(dāng)中心三段圓形波導(dǎo)中的衰減片在同一平面時(shí)，電場(chǎng)與衰減片相重合，此時(shí)信號(hào)的衰減最??；在將中間的圓形波導(dǎo)回轉(zhuǎn)D角，信號(hào)的衰減量隨之增大，該衰減的變化量A（單位為dB）,可由下式求得：精思國計(jì)，細(xì)量民生

3、電感衰減器電感衰減器亦稱感應(yīng)分壓器，是在音頻范圍內(nèi)準(zhǔn)確度很高的可變衰減器。電感衰減器從結(jié)構(gòu)上說實(shí)際上就是感應(yīng)線圈分壓裝置，只能用于低頻（一般為1~10kHz）,但準(zhǔn)確度可達(dá)到量級(jí)，隨著工作頻率增高，測(cè)量不確定度增加很快。精思國計(jì)，細(xì)量民生一、高頻電壓的校準(zhǔn)方法

1、檢波法檢波法測(cè)量電壓的基本原理是將被測(cè)的高頻電壓通過檢波器轉(zhuǎn)換為與其成比例的直流電壓或電流，然后使用高準(zhǔn)確度的直流電表對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。分類：檢波放大型放大檢波型精思國計(jì)，細(xì)量民生2、補(bǔ)償法補(bǔ)償法電壓表實(shí)際上是一種特殊形式的檢波式電壓表。使用檢波器將被測(cè)的高頻電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再與已知的直流補(bǔ)償電壓相比較，由直流補(bǔ)償電壓的大小來確定被測(cè)電壓的大小。精思國計(jì)，細(xì)量民生3、熱偶法熱偶法是利用直流和高頻在同一負(fù)載上產(chǎn)生相同熱效應(yīng)的原理工作的。優(yōu)點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉缺點(diǎn)：靈敏度低、輸入阻抗不高精思國計(jì)，細(xì)量民生二、高頻功率的校準(zhǔn)方法1、交替比較法交替比較法是將標(biāo)準(zhǔn)功率座和被校準(zhǔn)功率座交替連接到頻率、幅度穩(wěn)定的信號(hào)輸出端，可以得到標(biāo)準(zhǔn)座和被校準(zhǔn)功率座之間的關(guān)系，確定出被校準(zhǔn)功率座有效效率和校準(zhǔn)因子，從而達(dá)到校準(zhǔn)目的。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：引入的測(cè)量不確定度較大精思國計(jì)，細(xì)量民生2、定向耦合法定向耦合法可分為單定向耦合器法和級(jí)聯(lián)定向耦合器法。單定向耦合器法主要應(yīng)用于對(duì)中、小功率的量值傳遞；級(jí)聯(lián)定向耦合器法主要應(yīng)用于中、大功率的量值傳遞。精思國計(jì)，細(xì)量民生3、調(diào)配反射計(jì)法在功率測(cè)量量值傳遞的過程中，阻抗失配引起的校準(zhǔn)不確定度相當(dāng)大，借助調(diào)配反射計(jì)技術(shù)能夠?qū)⒏哳l信號(hào)的等效輸出反射系數(shù)調(diào)配到量級(jí)，并能計(jì)算出負(fù)載吸收的凈功率，使阻抗失配引起的校準(zhǔn)不確定度減少1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。特點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，只能用于精密測(cè)量領(lǐng)域精思國計(jì)，細(xì)量民生4、功率方程法功率方程法就是基于端面不變參量來描述和計(jì)算高頻系統(tǒng)的一種方法。特點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，只能用于精密測(cè)量領(lǐng)域精思國計(jì)，細(xì)量民生三、衰減計(jì)量方法衰減計(jì)量方法很多，最常用的是替代法。替代法可分為：直流替代、音頻替代、高頻替代、中頻替代1、高頻替代法高頻替代法又稱直接替代法，是將被測(cè)衰減器的衰減量與工作在同一頻率的標(biāo)準(zhǔn)衰減器比較。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、量程大、準(zhǔn)確度高、工作簡(jiǎn)便缺點(diǎn)：只能用于頻率傳遞，局限性大精思國計(jì)，細(xì)量民生2、中頻替代法中頻替代法的原理是使用變頻的方法將高頻信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，然后再用精密的中頻衰減器對(duì)被測(cè)衰減器進(jìn)行替代。中頻替代法分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方法串聯(lián)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、量程小、系統(tǒng)的任何部分都會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。并聯(lián)：系統(tǒng)復(fù)雜、操作難度大、量程較大、準(zhǔn)確度較高精思國計(jì)，細(xì)量民生3、調(diào)制副載波法調(diào)制副載波法是將高頻信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，使用高準(zhǔn)確度的音頻衰減標(biāo)準(zhǔn)替代被測(cè)的高頻衰減。過程：高頻信號(hào)被耦合器分成兩路，一路平衡調(diào)制器和被衰減器后，在與另一路合成，經(jīng)包絡(luò)檢波器現(xiàn)行檢波成為調(diào)頻信號(hào)，最后用高準(zhǔn)確度的電感標(biāo)準(zhǔn)衰減器進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的衰減計(jì)量。精思國計(jì)，細(xì)量民生一、毫米波計(jì)量近些年來，毫米波技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并在通信、射電天文、生物醫(yī)學(xué)、地面和空中交通管制、汽車防撞雷達(dá)、焦平面成像等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。精思國計(jì)，細(xì)量民生二、時(shí)域和脈沖波形的計(jì)量脈沖測(cè)量是時(shí)域測(cè)量中非常重要的項(xiàng)目。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是使用示波器，將射頻重復(fù)信號(hào)經(jīng)過取樣，變成低頻重復(fù)信號(hào)后進(jìn)行測(cè)量。精思國計(jì)，細(xì)量民生三、通信中的電子學(xué)計(jì)量隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子學(xué)計(jì)量的對(duì)象范圍提出了新的需求。數(shù)字通信系統(tǒng)同模擬系統(tǒng)差別很大，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法與模擬系統(tǒng)有很大