基本测量方法

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第387页（2855字）

常用的功率测量方法有量热计法、测辐射热器法、微量热计法、热电法等。

1．量热计法和量热式功率计

量热计法的原理是将电磁能量转换成热能来测量功率量值。所用的转换器是感应、吸收电磁能量的负载，称为量热体。负载吸收功率，使之转换成热能，使量热体温度上升，检测其温差热电势，根据功率与热电势间的关系来确定被测功率。用此原理构成的量热式功率计，工作频率可达到毫米波段，量程可分别做成大、中、小功率范围，单台功率计的量程范围达30～40dB，精确度可达千分之几。

量热式功率计的优点是精确度高，可靠性好、动态范围大、阻抗匹配好；缺点是结构和测试技术复杂，对环境要求苛刻，测试时间长。因此主要用作国家功率标准。

2．测辐射热器法和测热电阻功率计

测辐射热器法的原理是利用测辐射热器元件吸收电磁能量后阻值变化的特性来测量功率量值。它是测量微波小功率的最常用的测量方法。测辐射热器按特性分两类，一类是负温度系数的热敏电阻，另一类是正温度系数的铂丝镇流电阻和薄膜测热电阻。基本的测辐射热器电桥如图7．6－1所示。根据加微波功率前后，电桥两次平衡时的电桥电流I₁和I₂，求得被测功率为：

图7．6一1 基本的测辐射热器电桥

P_rf=R_b(I₁²－I₂²)／4 (7．6－1)

典型的测热电阻功率计的功率量程为10μW～10mW；精确度为±(3～5)%。

测辐射热器电桥仅能测出测辐射热元件吸收的功率，因而耗散在测辐射热器座上的功率导致测量误差，必须把座的损耗确定出来，然后对电桥测量的功率值进行修正。为此引入测辐射热器座效率、有效效率和校准系数三个常用参量。如图7．6－2所示，测辐射热器座吸收的净功率为P_L=P_I-P_R；测辐射热器元件吸收的微波功率为P_rf；测辐射热器电桥的替代功率为P_b，则表征测辐射热器座损耗的三个参量分别为：

图7．6－2 测辐射热器座示意图

(1)效率η

定义为测辐射热器元件所吸收的微波功率P_rf与测辐射热器座吸收的净功率P_L之比，即

它表征测辐射热器座除测辐射热器元件外的其余部分(如介质支撑、匹配元件等)耗散的微波功率，即座的射频损耗情况，与座的反射系数无关，且η＜1。

(2)有效效率ηe

定义为测辐射热器电桥的替代功率R_b(即功率计电桥的示值功率)与测辐射热器座吸收的净功率P_L之比，即

式中，η_b——测辐射热器元件的替代效率。上式说明有效效率表征座的射频损耗和替代效率情况，也与座的反射系数无关，且η_e＜1。

(3)校准系数K_b

定义为测辐射热器电桥的替代功率P_b与入射到测辐射热器座的功率P_I之比，即

校准系数表征座的射频损耗、替代效率和失配影响的情况。

测辐射热器座的有效效率和校准系数可以用功率标准装置校准，并给出校准误差，以供功率计使用时进行修正。

3．热电法和热电偶功率计

热电法的原理是用热电元件将电磁能量转变为热能，然后测量发热所形成的热电势，求得被测功率量值。热电偶功率计响应快，灵敏度高，动态范围宽，温漂小，但过载能力较差，灵敏度随时间变化较大。其量程复盖为0．1μW至100mW。热电偶功率计所用的热电偶有铋锑薄膜热电偶和薄膜半导体热电偶。

4．晶体二极管功率计

利用低势垒肖特基二极管构成的晶体二极管功率计，与热电偶功率计相比，具有灵敏度高、响应快、平方律范围大的特点，量程复盖1nW～200mW，适用于毫微瓦量级的功率测量。

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