有效效率定义为测辐射热器座直流替代功率与吸收功率之比,无量纲,是度量微波功率测辐射热器座热电转换效率的计量单位。
微波功率微量热计
测量微波功率测辐射热器座功率传感器有效效率的微波功率基准。
- 英文名称
- microwave microcalorimeter
- 所属学科
- 仪器科学与技术
1949年,美国标准技术局(NBS,今美国标准技术研究院,NIST)科学家D.M.克恩斯(D.M.Kerns)首次定义了热敏电阻型测辐射热器座功率传感器的有效效率,使功率量值的测量转变为对热敏电阻型功率传感器的有效效率测量。1955年,美国标准局科学家A.C.麦克弗森(A.C.Macpherson)和D.M.克恩斯(D.M.Kerns)研制了微量热计,作为射频与微波功率的计量基准。此后,美国、苏联、英国、日本等国家相继开展量热技术研究,用于建立本国的射频与微波功率计量基准。美国和日本的公司分别研制出最高到110吉赫的热敏电阻座和测辐射热器电桥,热敏电阻座用来吸收微波功率并进行热电转换,测辐射热器电桥用来进行直流替代。
针对热敏电阻型功率传感器,微波计量界从未间断对微量热计技术的研究,不断改进微量热计的设计,提高测量频率,减小测量不确定度。发达国家计量机构陆续建立了基于热敏电阻座的微量热计,作为本国微波功率基准。根据接头形式,分为同轴波导接头和矩形波导接头两种。美国的同轴微量热计频段达到50吉赫、英国26.5吉赫、德国26.5吉赫、日本40吉赫。矩形波导微量热计频段美国75吉赫、英国110吉赫、德国75吉赫。
进入21世纪以后,由于热耦型功率传感器在更高频段的材料、工艺上取得突破,其良好的匹配性、更快的响应速度和更大的测量量程等优异性能,取代了热敏电阻型功率传感器,使得绝大多数热敏电阻型功率传感器停产。
采用量热学的一种装置,用来测量微波功率传感器(一般为热敏电阻座或热耦型功率传感器)的有效效率。微量热计由绝热部件、功率传输部件、测温部件组成(见图)。该装置与外界绝热,构造一个温度稳定的环境,在吸收微波或直流(低频)功率时,吸收元件温度升高,通过温度变化为媒介,建立射频与微波功率和直流(低频)功率的关系,从而将射频与微波功率溯源到直流基本单位。
中国的微波功率计量研究开始于20世纪60年代,采用量热技术,80年代,中国计量科学研究院先后建立了5厘米(4.5~5.85吉赫)微量热计、8毫米(实现了26.5吉赫、33吉赫、35吉赫、39吉赫4个频点)的微量热计。90年代,建立了10兆赫~18吉赫的微量热计,采用改造的商用热敏电阻座作为传递标准。2010年开始,中国计量科学研究院采用微量热计技术,以热敏电阻型功率传感器和热耦型功率传感器为传递标准,建立了一系列矩形波导接头的微量热计,频率18~170吉赫,功率0~10分贝毫瓦,不确定度为0.2%~4%。其中,110~170吉赫频段的WR-6矩形波导微量热计为21世纪10年代国际该频段唯一的微量热计功率基准。通过量热技术,功率基准将功率量值传递至功率传递标准。除功率传感器校准之外,功率计量为场强计量、天线计量的溯源源头。
截至21世纪10年代,乃至未来一段时间,微量热计仍然是准确度最高的微波功率计量基准器具。微波计量界正在尝试研制采用热耦型功率传感器作为传递标准的微量热计。另外,也在尝试将微量热计芯片化,将整个微量热计集成在一个芯片中,期望将来能够实现嵌入式、在片、动态可溯源功率测量。也有人提出用里德堡原子的方法测量波导内的微波场强,进而测得波导内的微波功率。
条目图册
扩展阅读
- 张世箕,席德熊,刘全宝,等.无线电计量测试概论.北京:中国计量出版社,1985.
- 冯新善,吴幼章,高频.微波功率的计量测试.北京:中国计量出版社,1987.