高频和微波功率基准及其应用研究----研究背景和名词解释

另外，有效效率ηeff和校准因子Kb是专门描述测辐射热计特性的量值，分别定义

为其中，Pb是测辐射热计的直流替代功率，PL是测辐射热计吸收的高频和微波功率。

按基本测量原理，本文将高频和微波功率计分为两类：

1)直接测量类型：即利用高频或微波功率的热效应，测量吸收高频或微波功率后的温度变化，根据温度变化得出被测功率的量值。量热计，测辐射热计均属于这一类。

直接测量类型功率计的原理是热力学第一定律，

即物体温度的变化与加在其上的总功有关。如果在增加或减少高频或微波功率的同时减小或增加直流或低频功率可以保持物体温度不变，则高频或微波功率变化量与直流或低频功率变化量相等，这是等温方式;也可以分别改变高频或微波功率和直流或低频功率，如果功率变化带来相同的温度变化，则说明功率变化量相等，这是升温方式。这两种方式都属于替代测量方式，通过替代将高频和微波功率的量值溯源到直流功率，进而溯源到基本物理量。图1-2给出了高频和微波功率量值到基本物理量的溯源链。

2)间接测量：即测量与功率相关的量如电压和场强等，再利用其与功率的关系式计算出功率值。热电式和二极管式功率计以及上文介绍的利用其他物理效应的功率计均属于这一类。

理论上，只要可以和功率建立联系的物理量或原理都可以用来测量功率，如近年来又发现的一些新的物理现象，包括电磁场强与铯原子喷泉拉曼振荡频率的关系、电磁场强对激光的调制[28]、和用MEMS电容实现的高频电压和功率测量。但实际应用时，必须要考虑以下几点：

1)应与功率是线性关系，或非线性较小。

2)应与功率的联系稳定，重复性好，受环境影响相对较小。

3)应易于实现，并且能测量较宽频段的功率。

以上这些现象和效应暂时无法满足这样的要求，所以目前只有热电式和二极管式功率计用于实际功率测量。

1.2.3 高频和微波功率量值体系

为保证功率量值的准确一致，目前国际上有一套完整的量值体系。

功率量值体系可分为三个层次，两次传递过程。

1)功率基准和国际比对：首先，各国根据物理原理建立自己的功率基准，完成对功率量值的复现。然后根据国际互认协议，参加由国际计量局(BIPM)组织的国际比对。由于高频和微波功率是非常重要的基本量，无线电参量的首次国际比对就是功率比对。自1950年以来，已经先后进行了10次以上的功率国际比对。通过国际比对，各国可以发现彼此功率基准量值间的差异，协调出功率量值的国际参考值。

2)功率基准向量值传递系统的传递：中间一层是功率量值传递系统，计量单位和生产厂家的校准实验室所使用的量值传递装置均属于这一层次。传递系统内部还有多个级别，最高一级的量值是由国家基准传递的，然后逐级向下传递。由于国家基准只给出连续波小功率的量值，中功率和脉冲峰值功率等的量值均是在功率传递系统这一层实现。

3)量值传递系统向工作测量器具的传递：最下一层是工作测量器具，它直接用于实际功率测量应用，经过量值传递系统内部多级传递后，最终功率量值传递给工作测量器具。作为例子，图1-3给出了我国N型同轴功率量值传递的示意图。

高频和微波功率量值传递和噪声、衰减等参量的量值传递不同，一般传递的是校准因子，也就是传递功率测量的能力，或者说是功率计的特性，而不是功率源的量值。量值传递的基本方法是比较法，即比较标准功率计与被校准功率计对同一信号的读数差异，从而获得被校准功率计的特性，实现量值传递。