CN114636856A - 一种提高测量精度的短波功率计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高测量精度的短波功率计，其涉及超大功率信号测量领域，旨在解决传统的短波功率计无法测量超大功率信号的问题，其技术方案要点是一种提高测量精度的短波功率计，包括采集同轴腔体内导体上射频信号的耦合器，耦合器包括套设在同轴腔体内导体上的同轴腔体外导体，所述同轴腔体外导体内侧壁设置有采集同轴腔体内导体上信号的耦合线，所述同轴腔体外导体包括供同轴腔体内导体贯穿的同轴空腔，所述同轴空腔长度方向的两端设置固定同轴腔体内导体的固定环，所述固定环呈塑料材质设置，所述同轴腔体外导体内侧壁和同轴腔体内导体之间形成有介质空腔，本发明达到了使短波功率计测量超大功率信号的效果。

Description

一种提高测量精度的短波功率计
技术领域
本发明涉及超大功率信号测量的技术领域，尤其是涉及一种提高测量精度的短波功率计。
背景技术
短波功率计是一种仪器，主要用于计量和测量功率。通过功率测量可以获得功率、衰减、增益、电压、电流、介电常数、相位角、复反射系数等参数；现有短波功率计产品主要部分由超大功率定向耦合器、表头数字显示屏组成，当检测射频超大功率信号经过功率计时，耦合器从经过的超大功率信号中提取微小的信号，将提取到的小信号输入到功率检测芯片，通过功率检测芯片将射频信号转换为直流电压后送至表头处理，然后通过软件处理将检测的射频信号功率大小在显示屏上显示。
现有的短波功率计包括采集同轴腔体内导体上信号的耦合器，耦合器包括套设在同轴腔体内导体外的同轴腔体外导体，同轴腔体外导体内侧壁设置有提取同轴腔体内导体内信号的耦合线，且耦合线和同轴腔体内导体呈平行设置。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有同轴腔体外导体和同轴腔体内导体之间是用塑料材质的填充物封堵，同轴腔体内导体和同轴腔体外导体之间也是靠塑料材质的封堵物固定相对位置，但是塑料材质作为同轴腔体内导体和同轴腔体外导体之间的介质，一旦同轴腔体内导体传输的信号功率过大会导致同轴腔体外导体内产生大量的损耗，同轴腔体外导体内的损耗会以热量的形式存在，大量的热量存在于同轴腔体外导体内无法处理，也就限制了现有短波功率计测量只能测量低功率的信号，此问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高测量精度的短波功率计，其具有使短波功率计测量超大功率信号的作用。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种提高测量精度的短波功率计，包括采集同轴腔体内导体上信号的耦合器，耦合器包括套设在同轴腔体内导体上的同轴腔体外导体，所述同轴腔体外导体内侧壁设置有采集同轴腔体内导体上信号的耦合线，所述同轴腔体外导体包括供同轴腔体内导体贯穿的同轴空腔，所述同轴空腔长度方向的两端设置固定同轴腔体内导体的固定环，所述固定环呈塑料材质设置，所述同轴腔体外导体内侧壁和同轴腔体内导体之间形成有介质空腔。
通过采用上述技术方案，本方案设计的耦合器通过塑料材质的固定环将同轴腔体内导体架设在同轴空腔内，使得同轴腔体内导体位于同轴空腔内的一段和同轴腔体外导体之间是滞空状态，从而达到使同轴腔体内导体和同轴腔体外导体之间的介质为空气的效果，相比较塑料的介质空气介质产生的损耗会少很多，损坏会以热量的状态的展现，即使同轴腔体内导体上信号功率很大，由于空气介质的的损耗很少，同轴腔体外导体内产生的热量也会变少，通过空气代替同轴腔体外导体和同轴腔体内导体之间的塑料介质，同轴腔体外导体两端再用固定环固定，既能够将同轴腔体内导体固定在同轴腔体外导体内又能将保证同轴腔体外导体内不会产生大量的热量，进而起到使短波功率计测量大功率射频信号的作用。
进一步地，所述同轴空腔内侧壁开设有固定槽，所述固定槽内和同轴腔体内导体呈平行设置，所述耦合线设置在固定槽内，所述耦合线远离主信号输入端的一端设置有电感L3，电感L3远离耦合线的一端连接有吸收电阻，所述吸收电阻远离电感L3的的一端接地，所述吸收电阻包括并联的电阻R4、电阻R5和R6；
所述耦合线远离电感L3的一端连接有电感L2,电感L2远离耦合线的一端连接有的电容C1，所述耦合线远离电感L3的一端连接有电阻R1，电阻R1并联在电感L1和电容C1的一侧，所述电容C1和电阻R2的连接节点处连接有功率检测装置，所述功率检测装置和电容C1之间的节点上连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有电感L2，电感L2上并联有电容C，电感L2和电容C之间远离电阻R3的节点处接地，电感L2和电阻R3之间的节点连接有电阻R2，所述电阻R2的另一端连接在耦合线上。
通过采用上述技术方案，当信号如上述电路图传输时，功率检测装置作为耦合信号输出端，该信号输出在普通电路时，在宽频带时从起点频率开始为每倍频程上升6db，故常规双定向耦合器会使用低通滤波器的阻带部分做频响修正，常规滤波器电路较为简单，可调元件过少，故使用上述电路达到同样效果，且增加可调元件，使得该耦合器在2-30MHz内频响做到±0.1db，此性能远远超过常规定向耦合器；将功率检测装置采集的信号经过均值检波功率检测芯片转换为直流电压信号后传输至表头部分进行处理，以确保检测的功率能做到最大限度精准，从而提高短波功率器检测精度的作用。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、采用了固定环和介质空腔，从而产生使本方的短波功率计能够检测超大功率信号的效果。
附图说明
图1为本发明中的整体结构示意图；
图2为本发明中固定环处的局部剖面结构示意图
图3为本发明中耦合器内的电路结构示意图。
图中，1、同轴腔体外导体；12、介质空腔；2、同轴空腔；21、固定槽；22、耦合线；23、固定环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1和图2，为本发明公开的一种提高测量精度的短波功率计，包括采集同轴腔体内导体上信号的耦合器，本方案的耦合器包括圆柱状的同轴腔体外导体1，同轴腔体外导体1内开设有供同轴腔体内导体穿设的同轴空腔2，同轴空腔2内侧壁长度方向的两端设置有固定环23，本发明中的固定环23为塑料材质，具体材质为聚四氟乙烯，穿设在同轴空腔2内的同轴腔体内导体，长度方向的两端固定在固定环23内，同轴腔体内导体的中间位置和同轴腔体外导体1之间形成有以空气为介质的介质空腔12，同轴腔体外导体1内侧壁设置有采集同轴腔体内导体上信号的耦合线22，同轴空腔2内侧壁开设有供耦合线22放置的固定槽21，耦合线22沿同轴腔体内导体的长度方向设置。
参照图1和图2，国内现有短波功率计测量对象在2kW左右，要达成超大功率测量要求需要首先设计超大功率耦合器，技术难点在于如何控制低损耗，本身方案的目的就是要测量大功率的同轴腔体内导体，所以不能从源头减少功率，要从介质的方向入手，减少介质产生的损耗，正常耦合器损耗控制在0.1dB左右已经是非常高的要求，而在50kW定向耦合器中0.1dB的损耗换算成功率损耗已经达到1.2kW，这种情况下耦合器会发出巨大热量，且因设计原因无法有较好的散热条件，可能出现较大事故；
参照图1和图2，常规大功率耦合器介质采用聚四氟乙烯，介电常数通常为2.0，通过传输线定理可知介电常数越大相同长度传输线损耗越大，该设计将介质转换为空气，空气介电常数为1，可有效降低传输线损耗，同时因空气介质无法有效固定耦合器内导体，在必要位置增加两处聚四氟乙烯材质的固定环23，此时整体的相对介电常数会增加，通过电磁仿真确定内导体与外导体的直径，保证该耦合器的传输线阻抗为50Ω，该情况下耦合器损耗能降低至0.003db左右，从而起到使得短波功率计能够测量大功率射频信号的作用。
参照图3，本发明中短波功率计不光能够测量功率，还能够提高短波功率计的测量准确性，提高测量准确性要从方向性和耦合度宽频段范围内的频响与软件方面频响补偿两个方面入手，方向性越高则耦合器耦合信号准确度越高，则功率计测量功率精度越高；本发明中的短波功率计将定向耦合器方向性控制在40db以上，市面上现有的宽频段双定向耦合器在耦合度-20db的情况下，方向性基本只有25db，特别时在弱耦合的情况下，则方向性就更小了，本发明中的短波功率计的耦合度达到了-60db，则控制高方向性更为困难，为提高方向性做出以下措施：同轴空腔2内侧壁开设有固定槽21，固定槽21内和同轴腔体内导体呈平行设置，所述耦合线22设置在固定槽21内，耦合线22远离主信号输入端的一端设置有电感L3，电感L3远离耦合线22的一端连接有吸收电阻，所述吸收电阻远离电感L3的的一端接地，吸收电阻包括并联的电阻R4、电阻R5和R6；耦合线22远离电感L3的一端连接有电感L2,电感L2远离耦合线22的一端连接有的电容C1，耦合线22远离电感L3的一端连接有电阻R1，电阻R1并联在电感L1和电容C1的一侧，所述电容C1和电阻R2的连接节点处连接有功率检测装置，功率检测装置和电容C1之间的节点上连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有电感L2，电感L2上并联有电容C，电感L2和电容C之间远离电阻R3的节点处接地，电感L2和电阻R3之间的节点连接有电阻R2，所述电阻R2的另一端连接在耦合线22上。
参照图3，常规双定向耦合器中耦合线22长度为四分之一中心频率波长，此种设计方式将使得此短波频段的耦合器长度过长，且隔离端通常接入50Ω吸收电阻以做端口匹配，在此设计中为考虑实际应用，极大程度的缩短耦合线22长度，又因耦合线22处于为适应大功率传输改为空气介质的同轴腔体外导体1内，无法使得耦合线22的传输特性为标准阻抗，遂改变吸收电阻阻值以保证功率反向传输时该端成为耦合端时的阻抗匹配，能做到最大限度的吸收耦合信号，以确保该情况下功率检测端口的方向性指标，同时该匹配电阻使用大功率电阻同时并联的方式保证超大功率通过时该部分能保证正常工作，在耦合线22与吸收电阻中间添加一个电感L2以及在吸收电阻上并一个电容C以更好的调节阻抗匹配。
参照图3，耦合度宽频段范围内的频响与软件方面频响补偿：当信号传输时，功率检测装置作为耦合信号输出端，常规耦合器会使用低通滤波器的阻带部分做频响修正，常规滤波器电路较为简单，可调元件过少，故使用上述电路达到同样效果，且增加可调元件，使得该耦合器在2-30MHz内频响做到±0.1db，此性能远远超过常规定向耦合器；将功率检测装置采集的信号经过均值检波功率检测芯片转换为直流电压信号后传输至表头部分进行处理，表头部分根据耦合器部分2-30MHz内耦合器功率检测端口的频响图进行频响补偿，以确保检测的功率能做到最大限度精准。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种提高测量精度的短波功率计，包括采集同轴腔体内导体上信号的耦合器，耦合器包括套设在同轴腔体内导体上的同轴腔体外导体(1)，其特征在于：所述同轴腔体外导体(1)内侧壁设置有采集同轴腔体内导体上信号的耦合线(22)，所述同轴腔体外导体(1)包括供同轴腔体内导体贯穿的同轴空腔(2)，所述同轴空腔(2)长度方向的两端设置固定同轴腔体内导体的固定环(23)，所述固定环(23)呈塑料材质设置，所述同轴腔体外导体(1)内侧壁和同轴腔体内导体之间形成有介质空腔(12)。
2.根据权利要求1所述的提高测量精度的短波功率计，其特征在于：所述同轴空腔(2)内侧壁开设有固定槽(21)，所述固定槽(21)和同轴腔体内导体呈平行设置，所述耦合线(22)设置在固定槽(21)内，所述耦合线(22)远离主信号输入端的一端设置有电感L3，电感L3远离耦合线(22)的一端连接有吸收电阻，所述吸收电阻远离电感L3的的一端接地，所述吸收电阻包括并联的电阻R4、电阻R5和R6；
所述耦合线(22)远离电感L3的一端连接有电感L2,电感L2远离耦合线(22)的一端连接有的电容C1，所述耦合线(22)远离电感L3的一端连接有电阻R1，电阻R1并联在电感L1和电容C1的一侧，所述电容C1和电阻R2的连接节点处连接有功率检测装置，所述功率检测装置和电容C1之间的节点上连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有电感L2，电感L2上并联有电容C，电感L2和电容C之间远离电阻R3的节点处接地，电感L2和电阻R3之间的节点连接有电阻R2，所述电阻R2的另一端连接在耦合线(22)上。
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