微波测量的原理与应用

3.3 微波大、中功率测量

随着科学技术的发展，是的微波大功率信号在服务于人类的各个方面发挥着越来越大的作用，特别是在国防建设中，所使用的微波功率越来越大，比如飞机和地面上的雷达功率，已经要求达到上百瓦，甚至上千瓦，这给测量提出了更高的要求。

微波大、中功率测量方法是直接采用大、中功率计。常用的大、中功率计有量热式功率计（包括干式和流体负载）、二极管式功率计、热偶式功率计等。另外，可用小功率计作为标准，采用小功率计—定向耦合器组合，小功率计—高功率衰减器组合，以及多级级联耦合器的测量方法。目前，测量很小的功率和测量很大的功率都是非常困难，这也是正在研究的课题。

3.3.1 扩展小功率计量程法

1. 衰减器法

衰减器法是利用小功率计作标准与高功率衰减器组合扩展量程来测量中，大功率。微波功率计配上合适的大功率衰减器，普遍使用于大功率微波信号测量，对特殊波形信号测量准确，使它具有其他测量手段无法比拟的优点。该方法测量的原理如图3.23所示。

图3.23 小功率计—高功率衰减器组合测量大、中功率方框图

图中P S 为小功率座吸收的净功率；P L 为大功率衰减器输入端吸收的净功率；P G 为被测信号源连接无反射负载时的输出功率；ΓS 为小功率座输入端的反射系数；ΓL 为衰减器输入端的反射系数；ΓG 为被测信号源输出端的反射系数。

（1） 理想情况

假定系统处于匹配状态，即ΓS =ΓL =ΓG =0 。衰减量A 准确已知。根据衰减的定义可知

A(dB)=10 log 10P

L P S

(3-30)

所以 P L =P S 10

A (d

B )10

(3-31)

设P bS 为小功率计的直流（或音频）替代功率，K 为小功率座的校准因子。则净功

率P S可用下式表示

P S=P bS

K

(3-32)由式（3—31）和式（3—32）可得

P L=P bs

K 10A(dB)

10(3-33)

可见，已知衰减器的衰减量A和小功率座的校准因子K，就可由替代功率求得被测功率P。

（2）实际情况

一般情况下, ΓL≠0，ΓS≠0，ΓG≠0。将衰减器作为二端口网络，可得到被测信号的无反射负载输出功率P G，表示式如下

P G=[P S×|(1−S11×ΓG)(1−S22× ΓS)−S12×S21×ΓG×ΓS|2]

|S21|2

式中，S11、S12、S21、S22是衰减器的4个散射参数。根据衰减的定义可知

A(dB)= 10log1

|S21|2

（3-35）

设A′=1

|S21|2

，则有

A′=10A(dB)

10(3-36)

P G=P S A′|(1−S11×ΓG)(1−S22× ΓS)−S12×S21×ΓG× ΓS|2

(3-37)

上式中失配项用M表示，即

M=|(1−S11×ΓG)(1−S22× ΓS)−S12×S21×ΓG× ΓS|2（3-38）

则式（3-37）改写为

P G=P S×A′×M （3-39）设P bS为小功率计的直流（或音频）替代功率，K为小功率座的校准因子。则净功率P S 可用下式表示

P S=P bs×(1−|Γ|2)

K

（3-40）

可见，已知衰减器的衰减量A′和小功率座的校准因子K，就可由替代功率P bS求得功率P G。

2. 定向耦合器法

该方法是利用小功率计作标准，并与定向耦合器相连接，组合成通过式功率计来测量中大功率，如图3.24所示。

P c

图3.24 小功率计—定向耦合器组合大、中功率方框图

设定向耦合器的耦合度为C(dB),方向性为无穷大，标准衰减器两端匹配时，其衰减量为