CN114609437A - 一种微波负载的吸收功率的测试方法 - Google Patents

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张尚剑
顾超宇
徐映
敬超
刘永
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Abstract

本发明提供了一种微波负载的吸收功率的测试方法，属于微波技术领域。目的在于克服目前难以精确测量微波源工作状态下的反射系数，而缺乏精确测量微波负载吸收功率的难题。本发明将通过在微波源后级联高隔离度器件形成一个等效源结构。测量高隔离度器件的反向反射系数，就可以近似得到微波源工作状态下等效源系统的反射系数，误差极小。进而实现了对于微波负载实际吸收功率的精确测试。本方法通过微波源级联一个高隔离度器件的测试结构，建立完善的微波等效源系统信号传输模型，精确地测试微波负载的吸收功率，可用于微波测试系统中高频器件的表征，具有广泛的应用价值。

Description

一种微波负载的吸收功率的测试方法
技术领域
本发明属于微波技术，尤其涉及微波功率校正测量技术，是一种微波负载的吸收功率的测试方法。
背景技术
随着新一代信息技术的快速发展,对于现有的微波功率测量的结果精确程度需求越来越高，因而对于微波功率测试方法的需求也越来越高。目前主要通过对功率校准提高测试准确性，主要有以下三种方法。定向耦合器法(G.U.Sorger,B.O.Weinschel.Systemfor Transfer of Calibration Factor for Coaxial Bolometer Mounts with OnePercent Transfer Inaccuracy[J].IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement,1966,15(4):378～383)，通过在定向耦合器的一个输出端接一个参考功率计，利用参考功率计的读数对微波信号源进行外稳幅，在另一个输出端口获得具有低反射系数的等效信号源，并建立功率校正传输关系。直接比较法(J.R.Juroshek.NIST 0.05-50GHz Direct Comparison Power Calibration System.[C]Conference on PrecisionElectromagnetic Measurements Digest.IEEE,2000:166～167)，该方法是在交替比较法的基础上发展而来。利用已知传输特性的三端口器件，其中一个输出端连接参考功率计，另一个输出端依次连接标准功率计和被校功率计，通过标准功率计与参考功率计的测量值来校正被校功率计的测量功率。反射计法(毕文辉.基于反射计法提高微波阻抗测量准确度的措施[J].计量与测试技术,2012,39(5):26-28)，采用调配反射计、六端口反射计或改装的网络分析仪进行功率校正，同时还能修正失配误差，但结构复杂，校准和测量时间长。目前由于网络分析仪的广泛应用，可以很容易的获得功率计和等效信号源的反射系数，使得定向耦合器法和直接比较法的测量准确度提高，所以反射计法已经很少使用。
发明内容
一种微波负载的吸收功率的测试方法，克服了无法测量微波源工作状态下反射系数的问题，与现有方法相比，具有结构简单、测量方便、无需大量辅助器件等优点。
一种微波负载的吸收功率的测试方法，包括以下步骤：
(1)使用矢量网络分析仪测量高隔离度器件的反向反射系数S22；
(2)使用矢量网络分析仪测量待测微波负载的反射系数ΓL；
(3)构建测试装置，在微波源之后级联一个高隔离度器件，形成一个微波等效源；
(4)在微波等效源输出功率的情况下，使用微波功率计测量微波等效源的源功率b2；
(5)按照以下公式计算出微波负载实际吸收功率PL：
Figure BDA0003559779110000021
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明得益了矢量网络分析仪的广泛应用，与反射计法相比，结构简单，功率测试过程方便。与定向耦合器法和直接比较法相比，无需借助定向耦合器、参考功率计等辅助器件，就能精准测试功率，节省了测试成本。同时引入的高隔离度器件的选择，可以对微波源特性按需求改变，如微波功率放大器可以提高输出功率，对于高频测试更加适用。因而本方法在高频测试中也具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明测试系统的原理框图。
其中，图中标号为：1-微波源；2-高隔离度器件；3-待测微波负载；4-微波功率计；5-矢量网络分析仪。
图2是本发明测试系统的信号传输模型。
图3是实施例中的选用的高隔离度器件的散射参数。
图4是实施例中的微波等效源的反射系数与微波功率放大器S22的对比图。
图5是实施例中的微波等效源的反射系数与微波功率放大器S22的差值图。
图6是实施例中微波等效源的等效源功率图。
图7是是实施例中的微波负载吸收功率测试结果图。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本发明的进一步说明，需要说明的是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明是一种微波负载的吸收功率的测试方法，包括以下步骤：
(1)使用矢量网络分析仪测量高隔离度器件的反向反射系数S22；
(2)使用矢量网络分析仪测量待测微波负载的反射系数ΓL；
(3)构建测试装置，在微波源之后级联一个高隔离度器件，形成一个微波等效源；
(4)在微波等效源输出功率的情况下，使用微波功率计测量微波等效源的源功率b2；
(5)按照以下公式计算出微波负载实际吸收功率PL：
Figure BDA0003559779110000022
附图1为测试系统的原理框图：1-微波源；2-高隔离度器件；3-待测微波负载；4-微波功率计；5-矢量网络分析仪。微波源1与高隔离度器件2级联，组成微波等效源，并与待测微波负载3相连，先后通过微波功率计4和矢量网络分析仪5测试系统参数以完成功率测试。
本发明的一种微波负载的吸收功率的测试方法的原理：
附图2为测试系统的信号传输模型，其中，微波源1的源功率为bs，反射系数为Γg，高隔离度器件的散射参数分别为S11，S21，S12，S22,，微波负载反射系数为ΓL。高隔离器件与微波源相连处称作1端口，其入射波为a1，反射波为b1，与微波负载相连处为2端口，其入射波为a2，反射波为b2。
其中，微波源与高隔离器件级联形成微波等效源，其等效源功率为b2，等效源反射系数为Γ2：
Figure BDA0003559779110000031
Figure BDA0003559779110000032
其中高隔离度器件的数值S12很小，因而微波源对于等效源反射系数的影响非常小，因而可以测量高隔离度器件的反向反射系数S22，来代替工作状态的微波等效源反射系数。
通过等效源简化，信号传输模型被简化为等效微波源直连微波负载的系统模型，利用微波网络分析法，就能利用以下公式精准计算微波负载的吸收功率为：
Figure BDA0003559779110000033
实施例
设置微波源1输出功率为-7dBm，频率范围为0.1GHz-40 GHz，共400个频点。高隔离度器件2选用的为微波衰减器与微波功率放大器的级联结构，其散射参数如附图3所示。
先使用矢量网络分析仪5测量高隔离度器件2的反向反射系数S22，再使用矢量网络分析仪5测量待测微波负载3的反射系数ΓL。将微波源1和高隔离度器件2级联，用矢量网络分析仪5测量不输出功率时微波等效源的反射系数Γ2。测试结果与矢量网络分析仪测量的微波功率放大器S22比较图如附图4所示。为了进一步说明微波源对外输出功率前后反射系数Γg的变化，对等效源反射系数Γ2结果影响可以忽略，将Γg增大五倍计算，差值结果如附图5所示。
在微波源工作向外输出功率时，连接微波功率计4，测量微波等效源功率b2，其结果如附图6所示。
附图7就是按照本测试方法计算得到的待测微波负载3吸收功率结果。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种微波负载的吸收功率的测试方法，其特征在于此方法包括以下步骤：
(1)使用矢量网络分析仪测量高隔离度器件的反向反射系数S22；
(2)使用矢量网络分析仪测量待测微波负载的反射系数ΓL；
(3)构建测试装置，在微波源之后级联一个高隔离度器件，形成一个微波等效源；
(4)在微波等效源输出功率的情况下，使用微波功率计测量微波等效源的源功率b2；
(5)按照以下公式计算出微波负载实际吸收功率PL：
Figure FDA0003559779100000011
2.根据权利要求1所述的一种微波负载的吸收功率的测试方法，所述高隔离度器件为微波功率放大器或微波隔离器等双端口反向隔离度器件。
3.根据权利要求1所述的一种微波负载的吸收功率的测试方法，所述高隔离度器件的反向传输系数满足
20lg|S12|＜-20dB。
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