CN101566650B - 一种热损自动补偿终端式水负载微波大功率计 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种热损自动补偿终端式水负载微波大功率计，包括供水系统，测试系统和增设的热损补偿系统，热损补偿系统由测试头10、石英玻璃体13、温差传感器41组成，该系统结构和由测试头1、石英玻璃体2等组成的测试系统结构相同，使热损温差信号通过温差传感器41与测试系统温差传感器4反向串联，实现了热损信号的动态补偿，提高了测量精度，具有结构简单，便于实施的优点。

Description

一种热损自动补偿终端式水负载微波大功率计

技术领域

本发明属于一种电子测试仪器，尤其和微波大功率的测试有关。

背景技术

目前，几瓦～几十千瓦的微波大功率的测量，最有效的常用办法是水负载，作为终端式测量，把具有一定流速的水注入波导式测量头，只要设计具有80～90dB的衰减段，当微波功率进入测量头后在其驻波比ρ＜1.2的情况下，可以认为，微波功率通过测量头全部被吸收了，被吸收的微波功率又热功转换变成水温，再通过热电偶传感把水温变成电量指示，通过交流标准，就得到终端水负载测得的微波功率。

图1是现有水负载微波大功率计的设计方案原理图。

1——波导式测量头

2——带有指数变化段的石英玻璃体

3——可调式交流电加热器，即校准用交流加热丝与0.2级交流功率测量

4——热电偶

5——水量调节器

6——离心水泵

7——下出水箱

8——冷风机散热系统

9——上回水箱

参见图1.其工作原理，微波功率RF加到波导式测量头1上，(也可以从定向耦合器耦合而来)，波导式测量头1里装着流动水的石英玻璃吸收体2，就开始吸收微波功率，由于石英玻璃吸收体2的前端做成指数函数段，使得输入射频RF的驻波比ρ＜1.2，保证微波功率几乎不反射能顺利前行与全部被水吸收，石英玻璃吸收体2里的流动水是由离心水泵6流经水量调节器5热电偶、交流加热器而进入测量头的。流经测量头被微波功率加热的水进入测热电偶的出水端，热电偶4因此而检测到水在吸收微波功率后产生的温差，热电偶4把温差经放大到微波功率指示器。热功当量转换关系式如下：

P＝4.186ΔVΔT

P——微波功率(焦尔/秒)

ΔV——水流量(cm³)

ΔV——水温升(℃)

导热系数：1卡/cm²、S、℃

通过调节调压器T来调整件3，施加的交流电压，从而改变进入测量头的水所加的交流加热功率，使微波功率指示器满档的微波功率通过0.2级交流功率表校准，此时，微波功率表指示的功率就是终端式水负载的微波功率。

被微波加热的水经上回水箱9、冷风机散热系统8、下出水箱7后由离心水泵6水泵注入测量头，完成循环过程。后由离心水泵6水泵注入测量头，完成循环过程。

图1所示现有技术方案对大功率微波测试存在一个热损误差问题，用10千瓦磁控管加5KVA五公分波，所产生的热损误差，足以造成15％～30％的终端式微波功率计的误差。

若采用通过式加定向耦合器(以10千瓦微波功率为例)，终端式损热引入的误差，按图1测量微波功率指示器甚至可以出现负值，这证明出现超过微波功率100％以上的热损误差。

定向耦合器工作原理如图2。

15--定向耦合器主线，根据测量头量称确定定向耦合器dB数。

16--定向耦合器辅臂输出端。

12--波导负载体，即主线射频功率终端主吸收体。

2--石英玻璃体，即测量头

参见图2，工作原理：射频功率RF先加到dB数设定的定向耦合器上，定向耦合器按其设定的耦合dB数输出取样功率供测量用，射频功率通过定向耦合器主线15传输给终端吸收负载波导负载体12，设计使射频进入波导负载体12终端负载的驻波ρ＜1.2则可以认为功率全吸收。

P_RF＝KP₀

K——定向耦合器  精密衰减频率特性修正系数。

P₀——测量头直接测得功率

如图2对10瓩微波功率测量头石英玻璃体2通过定向耦合器辅臂输出端16只用测500W，95％的微波功率被波导负载体12终端负载

由上述可知，热损的来源很清楚，是被测微波功率被吸收后形成的水温，虽通过冷风机，但也远高于室温，随微波功率加大，其水温越高，可以高达70～85℃，这样的水温经测量头入水口至出水口产生的负ΔT在热电耦上产生负电信号，应该着重指出，这种热损是个动态变量，随室温，水量、微波功率的大小不同热平衡过程，而变化的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有能自动、动态的、实时的补偿热损引起误差的终端式水负载微波大功率计。

本发明的目的是这样达到的：它包括供水系统，测试系统和热损补偿系统，其中热损补偿系统由测试头、石英玻璃体、温差传感器组成；测试系统的出水口经温差传感器与热损补偿系统进水口连接；热损补偿系统出水口经温差传感器与供水系统相连接；温差传感器与测试系统的温差传感器极性反接后接入测试系统的信号检测电路。

由上述可知，本发明比现有技术方案增设了热损补偿系统，测试系统的主波导和热损补偿系统的副波导因为结构相同，其基础水温产生的热损几乎一样，由于热损补偿系统的温差热偶传感器极性与测试系统测量头的热偶温差传感器极性反接，所以产生负热损电信号是反相抵消，以至于不管水流量多大，不管微波功率多大，不管热平衡过程，该系统都能把热损动态的实时的抵消掉，而把微波功率检测出来，其热损误差＜0.7％，达到本发明的目的。

附图说明

图1是现有技术原理图；

图2是现有技术定向耦合器工作原理图；

图3是本发明一种实施例原理示意图。

具体实施方式

参见图3，本发明的供水系统包括：回水箱9，降温管8，出水箱7，水泵6，水量调节阀5，终端负载11，波导负载体12，波导负载体12和供水系统的回水箱9相连；测试系统包括：测试头1，石英玻璃体2，可调式交流电加热器3，温差传感器4，信号检测电路14。温差传感器4为热电偶。

本发明在现有技术的基础上，增设热损补偿系统，它由测试头10、石英玻璃体13、温差传感器41组成；测试系统的出水口经温差传感器41与热损补偿系统进水口连接，流经石英玻璃体13之后，再经温差传感器41流回供水系统；温差传感器41与测试系统的温差传感器4电偶极性反接后接入测试系统的信号检测电路14。

使用时，热损补偿系统内的测试头10不输入微波加热能量，由于热损补偿系统和原测试系统的结构相同，其的温度损耗也和原测试系统的相近，热损造成的温差相近，则在温差传感器41上输出热损补偿信号，该信号和原温差传感器4信号叠加，使热损获得了动态补偿，提高了测试精度。

经测试实验，本发明和现有技术测试设备在三种环境温度下测试对比数据如下：

水流量：024L/秒        (终端流量)

标准微波功率：5KVA       5公分波

环境温度：28℃；

本发明测试结果：    误差：0.7％带热损补偿

现有测试设备测试结果：  误差：带定向耦合器36％

由上述可知，本发明通过增设热损补偿系统，使测试的热损得到了动态补偿，提高了测量精度，且增设的热损补偿系统所需部件可以通用，具有结构简单，便于实施的优点。

Claims (1)

1.一种热损自动补偿终端式水负载微波大功率计，包括供水系统、测试系统和热损补偿系统，测试系统包括：第一测试头(1)、第一石英玻璃体(2)、可调式交流电加热器(3)、第一温差传感器(4)和信号检测电路(14)，其特征是：热损补偿系统由第二测试头(10)、第二石英玻璃体(13)、第二温差传感器(41)组成；测试系统的出水口经第二温差传感器(41)与热损补偿系统的进水口连接；热损补偿系统的出水口经第二温差传感器(41)回接于供水系统；第二温差传感器(41)与测试系统的第一温差传感器(4)热偶极性反接后接入测试系统的信号检测电路(14)。

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