高频和微波功率基准及其应用研究----国内外研究现状

配反射计、六端口反射计或改装的网络分析仪，在功率校准的同时修正失配误差，可将失配引起的不确定度降低1-2个数量级，但结构复杂，测量和校准时间长。目前由于网络分析仪的广泛应用，可以很容易的获得功率计和等效信号源的反射系数，使得定向耦合器法和直接比较法的测量准确度提高，所以反射计法已经很少用于量值传递。

3）向工作测量器具的量值传递：以往向工作测量器具的量值传递也采用上文所述的几种方法，功率范围一般在（1～10）mW。但目前实际使用的工作测量器具一般是二极管式功率计和热电式功率计，如1.2.2所述，二极管式功率计的功率量程在（-70～20）dBm，热电式功率计在（- 30～20）dBm，都远远超出了以往量值传递的功率范围，如果依然使用以往的量传方法，则不能保证在量传的功率量程以外的功率量值。从理论上分析可知，向工作测量器具的量值传递需要功率量值传递与衰减量值传递结合起来进行，功率计生产厂家如Agilent改用网络分析仪结合步进衰减器校准功率计，国内也有校准实验室使用步进衰减器专门校准功率计在功率量程范围内的线性度，但这些校准装置的不确定度较大，导致功率计在10dBm以上的测量不确定度大于5%.

4）不确定度评定：在采用不确定度评定指南（GUM）以前，对功率量值准确度的评定采用测量误差理论，往往会使合成后的误差偏大。根据GUM采用标准差方和根的方法计算合成不确定度可以较好的解决这个问题，但由于不确定度评定时无法获得不确定度的概率分布信息，一般只能按正态分布或t分布处理，对于服从U分布的失配误差，这样处理会夸大置信区间的覆盖因子，而使合成扩展不确定度偏大。

从以上综述的功率量值体系现状可以看出，要保证功率量值的准确统一，要保证或提高实际功率测量的准确度，就需要同时保证或提高功率基准、量值传递系统和工作测量器具的准确度。

总结当前功率量值体系和我国的实际情况，可知应在以下几个方面改进我国功率量值体系：1）研究改进微量热计的测量理论：由于微量热计理论尚不完备，通过对微量热计的理论分析和设计改进可以提高微量热计的测量准确度。

2）研制宽带功率基准：就我国功率基准的情况看，不论从传输线型式还是频率范围与发达国家的差距都很大，为满足国内对宽频段功率量值传递的迫切要求，急需研制宽带同轴功率基准，填补国内空白。3）改进量值传递方法：为提高二极管式功率计和热电式功率计的宽功率量程量值的准确度，需要改进对二极管式功率计和热电式功率计进行量值传递的方法和装置，以有效的提高功率计测量准确度。

4）改进不确定度评定方法：需要改进不确定度评定方法，特别是不确定度的置信因子的计算方法，从而保证功率测量结果不确定度的真实有效。

1.3本文主要研究内容

基于上文对高频和微波功率量值体系的分析，本文的主要研究内容如下：

1）根据热传导基本原理，分析微量热计中导热过程，研究求解温度等参量的时间函数和稳态响应的方法。

2）研制宽带同轴功率基准，填补我国同轴（0.01GHz～18GHz）频段功率基准的空白。

3）分析新型商用功率计的工作原理，改进功率计测量和校准的描述模型，比较传统的不确定度传播律和蒙特卡罗方法进行功率测量不确定度评定的差异。

4）研制宽带同轴功率量值传递装置，实现对商用功率计全功率量程的准确量值传递。