CN113203892A - 一种微波功率测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微波功率测量装置及方法，其特征在于，包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器和低电平系统；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器串接在待测微波线路中，且待测射频功率由所述第一定向耦合器的入射端口进入，并由所述第二定向耦合器的输出端口输出；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离端口均与匹配负载连接；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口分别与所述低电平系统相连，由所述低电平系统对所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的输出信号的幅值和相位进行测量，进而得到待测微波线路的正向信号和正向功率。

Description

一种微波功率测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种微波功率测量装置及方法，属于微波功率测量领域。
背景技术
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器作为许多微波电路的重要组成部分被广泛应用于现代电子系统之中。在通过式功率测量技术中，定向耦合器是一个十分关键的器件。
然而，在大反射条件下，由于定向耦合器的方向性不足，正反向信号间的串扰会导致正反向功率测量误差较大，进而无法精确标定微波功率源的输出功率以及从负载端反射回来的反射功率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种微波功率测量装置及方法，可以有效提高定向耦合器的方向性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种微波功率测量装置，其包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器和低电平系统；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器串接在待测微波线路中，且待测射频功率由所述第一定向耦合器的入射端口进入，并由所述第二定向耦合器的输出端口输出；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离端口均与匹配负载连接；所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口分别与所述低电平系统相连，由所述低电平系统对所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的输出信号的幅值和相位进行测量，进而得到待测微波线路的正向信号和正向功率。
本发明的第二个方面，是提供一种微波功率测量方法，其包括以下步骤：
1)将所述第一定向耦合器、第二定向耦合器串接在待测微波线路中，并将所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口与所述低电平系统相连，将所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离端口与匹配负载相连；
2)所述低电平系统对所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号进行测量，得到所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号V1和 V2及其相位差α；
3)基于所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号V1和V2及其相位差α，计算得到待测微波线路的正向信号V+和正向功率P+。
进一步，所述步骤3)中，待测微波线路的正向信号V+和正向功率P+的计算公式为：
Figure RE-RE-GDA0003088988150000021
P+＝|V+|2
其中，c1、c2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合度系数；i1、i2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离度系数；
Figure RE-RE-GDA0003088988150000022
是第一定向耦合器和第二定向耦合器间的相位差；V1和V2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号；α为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号的相位差。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过低电平系统对两个定向耦合器耦合端口的输出信号进行精准测量，并基于测量结果计算得到待测微波线路的正向信号和正向功率，结构简单，操作方便。2、本发明中由于采用低电平系统对两个定向耦合器耦合端口的输出信号进行测量，其对采用的两个定向耦合器的方向性要求一般，从而可以大大降低对用于微波功率测量的定向耦合器的设计及制造工艺要求，在定向耦合器的方向性差时也可实现对微波功率的高精度测量。3、本发明可实现在宽频带下的高精度功率测量。因此，本发明可以广泛应用于微波功率测量领域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的微波功率测量装置的整体方案示意图；
图2是本发明实施例中的功率测量误差随滑动短路器短路片的位置变化关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1，本发明提供了一种微波功率测量装置，其包括：定向耦合器1、定向耦合器2和低电平系统3。其中，定向耦合器1和定向耦合器2串接在待测微波线路中，且待测射频功率由定向耦合器1的入射端口进入，并由定向耦合器2的输出端口输出；定向耦合器1和定向耦合器2的隔离端口均与匹配负载连接；定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口分别与低电平系统3相连，由低电平系统3对定向耦合器1和定向耦合器2的输出信号的幅值和相位进行测量，进而得到待测微波线路的正向信号和正向功率。
进一步，低电平系统3采用能够精确测量信号幅值和相位的低电平系统。
基于上述微波功率测量装置，本发明还提供一种微波功率测量方法，其包括以下步骤：
1)将定向耦合器1、定向耦合器2串接在待测微波线路中，并将定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口与低电平系统3相连，将定向耦合器1和定向耦合器2的隔离端口与匹配负载相连。
如图1所示，
Figure RE-RE-GDA0003088988150000031
是定向耦合器1和定向耦合器2间的相位差；V+和V-分别是待测微波线路中的正向信号和反向信号，P+和P-分别是待测微波线路中的正向功率和反向功率；V1和V2分别是定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号。
2)低电平系统3对定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号进行精确测量，得到定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号V1和V2及其相位差α。
3)基于定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号V1和V2及其相位差α，计算得到待测微波线路的正向信号V+和正向功率P+。
具体地，正向信号V+和正向功率P+可用以下公式分别计算得到：
Figure RE-RE-GDA0003088988150000032
P+＝|V+|2
其中，c1、c2分别为定向耦合器1和定向耦合器2的耦合度系数；i1、i2分别为定向耦合器1和定向耦合器2的隔离度系数；
Figure RE-RE-GDA0003088988150000033
是定向耦合器1和定向耦合器2间的相位差；V1和V2分别为定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号；α为定向耦合器1和定向耦合器2的耦合端口的输出信号的相位差。
实施例1
如图1所示，待测微波线路中从发射机过来的入射功率约为2kW～3kW，频率为162.5MHz,负载端接可滑动短路器，定向耦合器1和定向耦合器2的方向性分别为26dB 和28dB，在全反射时其功率测量最大误差分别为10.3％和9.7％。测试中通过改变滑动短路器的短路片的位置从而改变耦合器1和耦合器2间的相位差
Figure RE-RE-GDA0003088988150000034
得到在一个周期相位差下的功率测量误差。如图2，为实验测量结果中功率测量误差与滑动短路器短路片的位置的关系，平均功率测量误差约为1.0％，远小于单个定向耦合器自身的测量误差，从而实现了对微波线路中微波功率的高精度测量。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种微波功率测量装置，其特征在于，包括：
第一定向耦合器、第二定向耦合器和低电平系统；
所述第一定向耦合器和第二定向耦合器串接在待测微波线路中，且待测射频功率由所述第一定向耦合器的入射端口进入，并由所述第二定向耦合器的输出端口输出；
所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离端口均与匹配负载连接；
所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口分别与所述低电平系统相连，由所述低电平系统对所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的输出信号的幅值和相位进行测量，进而得到待测微波线路的正向信号和正向功率。
2.一种采用如权利要求1所述装置的微波功率测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将所述第一定向耦合器、第二定向耦合器串接在待测微波线路中，并将所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口与所述低电平系统相连，将所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离端口与匹配负载相连；
2)所述低电平系统对所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号进行测量，得到所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号V1和V2及其相位差α；
3)基于所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号V1和V2及其相位差α，计算得到待测微波线路的正向信号V+和正向功率P+。
3.如权利要求2所述的一种微波功率测量方法，其特征在于：所述步骤3)中，待测微波线路的正向信号V+和正向功率P+的计算公式为：
Figure FDA0003029068880000011
P+＝|V+|2
其中，c1、c2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合度系数；i1、i2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的隔离度系数；
Figure FDA0003029068880000012
是第一定向耦合器和第二定向耦合器间的相位差；V1和V2分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号；α为第一定向耦合器和第二定向耦合器的耦合端口的输出信号的相位差。
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