CN103076585B - 一种n型同轴热敏电阻式功率传递标准座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，该标准座包括热敏电阻元件结构腔、控温腔、传输线和N型接头，所述热敏电阻元件结构腔内设置有一贴有热敏电阻的方柱，所述传输线与所述热敏电阻通过一波纹管配接，所述热敏电阻元件结构腔以及靠近方柱一侧的部分传输线嵌入所述控温腔内，所述传输线的输入端连接有N型接头。该功率传递标准座满足宽频带微波功率量值溯源的需求，保障微波功率量值传递的准确和可靠。

Description

一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座

技术领域

本发明涉及微波功率传递标准座,特别是涉及一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座。

背景技术

目前，各国建立的微波功率测量标准多数采用量热方式，这种理论应用很成熟，能够获得很高的测量准确度；采用这种理论建立的同轴小功率测量标准具有工作频带宽、负载匹配性能好、特性稳定等特点。虽然量热式小功率标准具有很高的测量准确度，但它对测量环境要求苛刻、测量程序繁琐、测量时间较长，而且维护使用也不方便。在微波功率测量标准应用中，测辐射热器具有响应速度快、测量方便及具有较好的长期稳定性等优点，为用以设计微波功率传递标准的最佳物质之一；热敏电阻作为一种测辐射热器，具有负温度系数、过载能力强等特点。

早期的热敏电阻功率座所用的热敏电阻元件大多含有玻璃介质，这种结构增加了元件的微波功率损耗；现在所用的热敏电阻元件采用无壳结构，用半导体材料制成小珠状，这种结构使元件直接吸收微波功率。由于热敏电阻对温度十分敏感，采用热敏电阻元件结构的功率座受环境温度的影响也大。目前，为了减小这方面的影响，一种采用双热敏电阻补偿的方式，另一种采用外加控温的方式。

传统的热敏电阻座为双热敏电阻对的结构，一对热敏电阻用于微波功率测量，另一对用于温度补偿，这种结构可实现快速测量，但是受环境温度的影响大，其测量准确度较难达到应用于微波功率标准的要求。因此，本发明提供一种N型热敏电阻式功率座的设计方法，具有宽频率范围、高测量准确度的热敏电阻式功率传递标准座的设计，以满足当前对N型微波功率传递标准的需求。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种用于N型同轴微波功率测量标准的热敏电阻式功率座，设计N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，满足宽频带微波功率量值溯源的需求，保障微波功率量值传递的准确和可靠。

本发明的热敏电阻式功率座基于直流替代微波功率的原理，由具有吸收微波的热敏电阻元件构建具有50Ω阻抗的微波等效电路和200Ω阻抗的直流等效电路。

本发明的热敏电阻元件结构为一种新型结构设计，使用了两个附有极细铂丝的珠状热敏电阻分别焊接在以氧化铍材料的方柱两侧，在方柱的前端焊接隔直电容与同轴线内导体连接，隔直电容用于隔离直流信号，在方柱的两侧分别焊接旁通电容，一端接地一端接在热敏电阻上，旁通电容用于交流通路，同时热敏电阻用镀银导线引出。在热敏电阻元件的微波功率输入段使用了一种新型设计的隔热传输线，采用相对导热系数小的不锈钢材料进行设计；传输线的外导体为薄壁不锈钢管，其内导体为不锈钢空心管，并在空心管的两端内焊接高度同心的内螺纹，用于连接N型接头和内导体的支撑介质；传输线的输入端为标准N型接头，在其内导体输出端，通过波纹管，达到与热敏电阻元件良好配接，其外导体输出端外侧设计为螺纹结构，安装在铜材料控温腔内。

热敏电阻元件结构嵌入在采用HOR-F4B微波基材和金属材料组成圆形的腔体内，其腔体前端配接在铜材料控温腔内，腔体的内径大小与N型传输线的外导体内径大小一样，整个腔体通过不锈钢材料紧固件安装在铜材料控温腔里。

在隔热传输线和热敏电阻元件结构嵌入的腔体外围设计了一段铜材料控温腔内，实现对热敏电阻元件环境温度的控制。在铜材料控温腔外围双线并绕正温度系数的电阻加热丝，在绕的正温度系数的电阻加热丝外层垫上绝缘胶带，再依次绕上零温度系数的电阻加热丝，在用防热辐射的铝箔和柔性高温隔热毛毯绕在其上；其中正温度系数的电阻加热丝和零温度系数的电阻加热丝组成惠斯通电桥，引出四根输出线，连接至控温电路，该控温电路设置于控温腔外。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，该标准座包括热敏电阻元件结构腔、控温腔、传输线和N型接头，所述热敏电阻元件结构腔内设置有一贴有热敏电阻的方柱，所述传输线与所述热敏电阻通过一波纹管配接，所述热敏电阻元件结构腔以及靠近方柱一侧的部分传输线嵌入所述控温腔内，所述传输线的输入端连接有N型接头。

进一步，所述传输线包括具有同轴结构的传输线内导体和传输线外导体，所述传输线内导体与外导体之间由支撑介质支撑。

进一步，所述传输线外导体为薄壁不锈钢管。

进一步，所述传输线内导体为不锈钢空心管，该空心管的两端内焊接高度同心的内螺纹。

进一步，所述热敏电阻元件结构腔为微波基材HOR-F4B和金属材料组成的圆形腔体。

进一步，所述腔体内径大小与传输线的外导体的内径大小一样。

进一步，所述控温腔的材料为铜。

进一步，所述控温腔的外面依次覆盖有正温度系数的加热丝、零值系数的加热丝、防热辐射的铝箔和柔性高温隔热毛毯。

进一步，所述正温度系数的加热丝和零值系数的加热丝组成惠斯通电桥，并被引出四根输出线，连接至控温腔内的控温电路。

本发明的优点在于：

1.本发明具有减少热损耗、最佳的恒温腔体结构设计，将热敏电阻元件置于恒温腔体内，同时采取对热敏电阻所需的温度-电阻特性进行控制。

2.本发明的设计围绕以热敏电阻元件结构为中心，利用不锈钢的相对导热系数小、铜材料温度相对稳定的性能，采用具有正温度系数的加热丝、防热辐射的铝箔、柔性高温隔热毛毯等材料，以减少热敏电阻元件本身热量的泄漏和受外界温度变化的影响。这种方法的设计实现了热敏电阻式功率座加热至恒温的过程最小化、受环境温度影响最小。

3.本发明采用恒温结构和加热丝温度控制方式，提高了控温效率，一方面采用隔热传输材料，减小了外部环境对微波功率测量的影响，另一方面采用了一种非金属基材，减小了热敏电阻元件的热量辐射。采用这种设计方法，实现了宽频带、性能稳定、测量准确度高的热敏电阻式功率座，可广泛用于微波功率测量标准，能够实现对N型同轴功率敏感器的功率校准。

4.本发明的热敏电阻式功率座与一种用于微波功率测量的电平控制器可组建稳定性好、测量准确度高的功率传递标准，实现的微波功率测量范围为10μW~25mW，频率范围为10MHz~18GHz，校准因子测量不确定度达到1.0%~2.1%(k＝2)。本发明的热敏电阻式功率座可广泛应用于各级微波功率测量标准，为微波功率计量检定和校准系统中不可缺少的标准设备。

附图说明

图1：热敏电阻式功率座的剖面示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明热敏电阻式功率座的剖面示意图。一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，该标准座包括热敏电阻元件结构腔1、传输线、控温腔4、和N型接头5，所述传输线包括具有同轴结构的传输线外导体2和传输线内导体3，所述热敏电阻元件结构腔1内设置有一贴有热敏电阻的方柱6，所述传输线与所述热敏电阻通过一波纹管7配接，所述热敏电阻元件结构腔以及靠近方柱一侧的部分传输线嵌入所述控温腔内，所述传输线的输入端连接有N型接头。。

所述一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座分成三部分：一、设计热敏电阻元件结构部分；二、设计隔热传输线部分；三、设计控温腔体部分。结合热敏电阻元件的特性，采用不同材料和结构设计温度控制和隔热的方法，以减少热敏电阻元件本身热量的泄漏和受外界温度变化的影响。

一、热敏电阻元件结构部分设计。该部分设计包括方柱形热敏电阻元件结构腔1、由多片环形和圆形片组成的热敏电阻元件结构腔体、热敏电阻直流输出端9、不锈钢紧固件10等部分，热敏电阻原件结构的电阻座外筒为11。方柱形热敏电阻元件结构设计包括氧化铍材料的方柱结构、隔直电容、两端焊接铂丝引线的珠状热敏电阻等部分。由多片环形和圆形片组成的热敏电阻元件结构腔体为采用HOR-F4B微波基材的设计；热敏电阻直流输出端为连接电桥电路的端口，设计成单片PCB板电路；不锈钢紧固件将由多片环形和圆形片组成的热敏电阻元件结构腔体固定在铜材料控温腔上。

二、隔热传输线部分设计。本部分设计包括N型接头4、隔热传输线外导体2、隔热传输线内导体3、支撑介质8、波纹管等。N型接头采用标准英制尺寸设计；隔热传输线外导体采用不锈钢材料设计，设计成薄壁管状；隔热传输线内导体采用不锈钢材料设计，设计成不锈钢空心管，并在空心管的两端内嵌入高度同心的内螺纹；支撑介质采用聚苯乙烯材料设计；波纹管为一段具有一定弹性的软金属材料管。

三、控温腔体部分设计。本部分设计包括铜材料控温腔和热敏电阻座外筒。铜材料控温腔设计成能稳定在一定温度范围的控温腔体，采用铜材料进行设计，并在腔体外围设计多层控温和保温层，采用正温度系数的加热丝、零值系数的加热丝、防热辐射的铝箔和柔性高温隔热毛毯等进行设计。其中正温度系数的加热丝和零值系数的加热丝组成惠斯通电桥，用于连接至控温电路。热敏电阻座外筒采用具有隔热性能的非金属材料进行设计，为整个座体的外围阻热层。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，其特征在于，该标准座包括热敏电阻元件结构腔、控温腔、传输线和N型接头，所述热敏电阻元件结构腔内设置有一贴有热敏电阻的方柱，所述传输线与所述热敏电阻通过一波纹管配接，所述热敏电阻元件结构腔以及靠近方柱一侧的部分传输线嵌入所述控温腔内，所述传输线的输入端连接有N型接头；所述热敏电阻元件结构腔为微波基材HOR-F4B和金属材料组成的圆形腔体；所述圆形腔体内径大小与传输线的外导体的内径大小一样；所述控温腔的材料为铜；所述控温腔的外面依次覆盖有正温度系数的加热丝、零值系数的加热丝、防热辐射的铝箔和柔性高温隔热毛毯。

2.根据权利要求1所述的一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，其特征在于，所述传输线包括具有同轴结构的传输线内导体和传输线外导体，所述传输线内导体与外导体之间由支撑介质支撑。

3.根据权利要求2所述的一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，其特征在于，所述传输线外导体为薄壁不锈钢管。

4.根据权利要求2所述的一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，其特征在于，所述传输线内导体为不锈钢空心管，该空心管的两端内焊接高度同心的内螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种N型同轴热敏电阻式功率传递标准座，其特征在于，所述正温度系数的加热丝和零值系数的加热丝组成惠斯通电桥，并被引出四根输出线，连接至控温腔内的控温电路。