【航天工业行业标准(QJ)】 射频功率测试方法

中国航天工业总公司航天工业行业标准QJ3023-98
射频功率测试方法
1998 - 02 - 06 发布
中国航天工业总公司
1998－08－06实施
1范围
中国航天工业总公司航天工业行业标准射频功率测试方法
1.1主题内容
QJ3023-98
本标准规定了射频连续波小功率、中功率、大功率和射频脉冲功率测试的一般要求与测试方法。
1.2适用范围
本标准适用于射频连续波信号功率和射频脉冲信号功率的测试。2引用文件
本章无条文。
3定义
3.1术语
3.1.1校准因子
功率敏感元件的替代功率与传输到功率座输入端的射频功率之比。3.1.2平均功率
在多个周期内取平均的功率。
3.1.3脉冲功率
在一个调制脉冲时间内取平均的射频功率。4一般要求
环境条件
环境温度：15～35℃，在测试期间内温度波动小于1℃。4.1.13
4.1.2相对湿度：小于80%。
周围无影响测试系统正常工作的机械振动和电磁干扰。4.2电源
220±10V，50±2Hz。
4.3测试设备
中国航天工业总公司1998一02-06批准1998-08-06实施
QJ3023-98
所用的测试设备的测量范围及技术指标应满足测试要求，必须经过计量技术机构检定合格或校准，并在有效期内。
5详细要求
通常用各种类型的功率计测试射频功率，按照所使用的功率计，测试方法可分为连续波小功率、连续波中、大功率和脉冲功率测试。5.1连续波小功率测试方法
射频连续波小功率测试，-般用测热法和二极管检波法。与此相对应的功率测试仪器有热敏电阻功率计、热电偶功率计和二极管式功率计。5.1.1测试框图
测试框图见图1。
测试端面
被测射频
信号发生器
功率座
功率指示器
小功率计
Fc－信号发生器输出端的反射系数；F，-功率座输入端的反射系数图1
5.1.2测试设备及技术要求
a．功率座：频率范围和量程应满足测试要求，同被测信号发生器连接时应有良好的阻抗匹配；
b。功率指示器：功率指示的最大允许误差应满足要求。5.1.3测试步骤
将信号发生器和小功率计通电预热，般为30min；a.
b。按照功率计使用说明书的规定进行调零和自校准；按图1连接测试系统；
d。将被测射频信号发生器置于待测频率上；根据待测频率上所对应的已知校准因子值，在功率指示器上设置校准因子值；e.
将被测的射频信号加到小功率计上，由功率指示器直接读出信号发生器的输出功率值；
对没有校准因子值设置功能的功率指示器，则由功率指示器读出P，值，然后按g.
公式1计算信号发生器的输出功率值：式中：P
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一信号发生器的输出功率，mW；Pb功率指示器指示的替代功率，mW；K—功率座的校准因子。
5.1.4测量不确定度的评定
用小功率计测试射频连续波信号的功率，其测量不确定度主要取决于功率座的校准因子、功率指示器、失配及随机影响所引起的不确定度分量。相对合成标准不确定度按公式2计算：(2)
式中：u。
-相对合成标准不确度；
一各标准不确定度分量；
相对标准不确定度分量的个数。公式2中各标准不确定度分量按以下公式计算：ui=
a3=2//:11
3~7式中：u1
-功率座校准因子引入的标准不确定度分量；(3)
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功率指示器引入的标准不确定度分量；信号发生器与功率座之间失配引入的标准不确定度分量；由于连接不重复性、信号发生器的频率、幅度不稳所产生的随机影响而引入的标准不确定度分量；
功率座校准因子的允许误差极限；功率指示器的允许误差极限；
失配误差极限；
每次测得值；
测量的算术平均值；
测量次数。
相对扩展不确定度按公式8计算：U=ku.
式中：U一相对扩展不确定度；
k一包含因子，一般取k为2（置信水平为95%）。5.1.5注意事项
a：在功率计与信号发生器连接之前，必须确保功率计和信号发生器要有良好的接地保护；
b．信号发生器的输出功率不能超过功率计规定的最大承受功率（说明书上有规定），以免烧坏功率座；
c：使用同轴型功率座时，要严格保证功率座同轴接头与被测信号发生器同轴输出接头的螺纹制式一致（国产同轴接头为公制，进口同轴接头为英制）。以免由于接头的制式不同而连接不好，将产生较大的测量误差；d.使用热敏电阻功率计时，应采取措施尽量减少环境和人体温度对它的影响；e：使用热电偶式功率计（如HP8481系列）和二极管式功率计（如HP8484系列）时，在测试之前，必须严格按照使用说明书的规定进行调零，并用校准功率进行自校准，以免造成较大的测量误差；
f.不能用手接触二极管功率座的内导体。5.2连续波中、大功率测试方法
5.2.1中、大功率计法
用中功率计或大功率计直接测试射频信号功率，是最常用、最简便的测试方法。目前，常用的中、大功率计有热电偶式功率计和流量式量热计。热电偶式中、大功率计测量范围为0.3～100W，通常测量不确定度为10%左右。流量式量热计的测量范围为100W~10kW，通常测量不确定度为10%左右。5.2.1.1测试框图
测试框图见图2。
被测射频
信号发生器
5.2.1.2测试设备及技术要求
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测试端面
中功率计或
大功率计
中、大功率计的频率范围和量程应满足测试要求；b.
中、大功率计输入端电压驻波比应小于1.50。5.2.1.3测试步骤
将信号发生器和功率计通电预热，一般为30min；b.
按功率计使用说明书的规定进行自校准；按图2连接测试系统；
将被测射频信号发生器调到待测频率上，然后调节输出功率电平；d.
由功率计的指示器读出P值，然后用公式1计算信号发生器的输出功率值P。5.2.1.4测量不确定度的评定
测量不确定度的评定按5.1.4条的规定。5.2.1.5注意事项
在使用流量式量热计型中、大功率计时，应注意下列事项：a：功率计必须在使用的量程上进行自校准，更换量程时需重新自校准；b。必须在自校准结束并去掉校准信号后，才能进行功率测量；c．不允许在测量过程中转动量程旋钮，以免烧坏功率计的热电偶；d.应使用纯净水（最好是蒸馏水），并应定期（每月至少一次）换水。长期不用时应将水排尽，以防止机内零件锈蚀；e．在测量大功率时，必须仔细、可靠地连接测试系统，并保持接头清洁和干燥，以免引起电弧放电。
5.2.2衰减器法
本方法是利用小功率计与衰减器组合扩展量程来测量射频中、大功率。这是一种常用5
的测试方法。
5.2.2.1测试框图
测试框图见图3。
被测射频
信号发生
测试端面
测试设备及技术要求
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衰减器
功率座
功率指示器
小功率计
衰减器：衰减量及所承受的功率应满足测试要求；功率座：频率范围和功率量程应满足测试要求；b.
功率指示器：最大允许误差应满足要求。5.2.2.3测试步骤
a．参照表1选择衰减器的衰减量；b．将信号发生器和小功率计通电预热，一般为30min，然后按照小功率计使用说明书的规定调零；
按图3连接测试系统；
d。将被测信号发生器调到待测的频率上；e。加入被测的功率，由小功率计的指示器读取功率值Pb，然后按公式9和10计算信号发生器的输出功率值。
A'= 10
9，10式中：P信号发生器的输出功率，W；A-衰减器的衰减倍数；
A衰减器的衰减量，dB。
假设K为1，用公式9和10计算P的结果见表1。6
测量不确定度的评定
QJ3023-98
用衰减器法测试中、大功率时，其测量不确定度主要取决于小功率座的校准因子、功率指示器、衰减器的衰减量、失配以及随机影响所引入的标准不确定度分量：as
α3 =2(c.ｉS1+|f.iｉ+ I,1.S22).....(12)11，12式中：u5
一衰减器（或定向耦合器）引入的标准不确定度分量；一衰减器（或定向耦合器）的误差极限值；S11、S22——衰减器的散射参数。相对扩展不确定度按公式8计算。5.2.2.5注意事项
a。在使用衰减器来扩展功率量程时，射频功率大部分加到衰减器上。因此，在选用衰减器时，必须考虑它所承受的最大功率，以免因过载而烧毁衰减器；b。在连接衰减器时，必须将衰减器的输入端与信号发生器输出端相连接，衰减器的输出端与功率计相连接。反接将会烧坏衰减器。5.2.3定向耦合器法
本方法是利用小功率计与定向耦合器组合装置测量射频中、大功率。5.2.3.1测试框图
测试框图见图4。
被测射频
信号发生器
测试端面
测试设备及技术要求
QJ3023-98
功率指示器
功率座
定向耦合器
等效信号发生器输出端的反射系数负
定向耦合器：工作频段及耦合度以及承受功率应满足测试要求；功率座：频率范围和功率量程应满足测试要求；功率指示器：最大允许误差应满足要求；负载：频率范围和承受功率应满足测试要求。测试步骤
参照表2选择定向耦合器的耦合度；将被测信号发生器和小功率计通电预热，一般为30min，然后按照小功率计使用b.
说明书的规定调零，自校准；
按图4连接测试系统；
d.将被测信号发生器调到待测频率上；e：让被测信号发生器输出信号，被测射频信号经过定向耦合器加到小功率计上，由功率指示器读出Pb值，然后按公式13和14计算信号发生器的输出功率值：p
C=10元
13，14式中：C'定向耦合器的耦合倍数；C定向耦合器的耦合度，dB。
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假设K为1，用公式13和14计算P的结果见表2。表2
5.2.3.4测量不确定度的评定
用定向耦合器法测量中、大功率时，其测量不确定度是由小功率座的校准因子、功率指示器、定向耦合器的耦合度、失配以及连接不重复性等引入的不确定度分量构成。相对合成标准不确定度按5.2.2.4条规定计算，但其中：a=2(ge.+)
式中：
负载反射系数模值的最大误差极限。5.2.3.5注意事项
a。在选用定向耦合器时，必须考虑定向耦合器所能承受的最大功率；(15)
b。在测量大功率时，必须保证连接端面的接触良好，并保持接头清洁和干燥，以免引起电弧放电。
5.3射频脉冲功率测试方法
5.3.1脉冲功率计法
用射频脉冲功率计测量射频脉冲功率，是最直接和最简便的测试方法。5.3.1.1测试框图
测试框图见图5。
射频脉冲
信号发生器
5.3.1.2测试设备及技术要求
QJ3023-98
测试端面
射频脉冲www.bzxz.net
功率计
射频脉冲功率计：频率范围、功率量程和功率指示的最大允许误差应满足测试要求。目前，有下列几种射频脉冲功率计可供选用：a：晶体检波视频斩波法功率计：通常工作频率为100MHz～18GHz，功率量程为3～100mW，测量不确定度约为8%。b.射频脉冲峰值功率计：
通常，工作频率为30MHz～40GHz（取决于检波头）。可测量10uW～10mW的脉冲峰值功率。当外接辅助的定向耦合器（耦合度为20、40、60dB）时，量程可扩展到1W～10kW。测量不确定度为3%～5%。c.峰值功率分析仪：
它具有七种自动测试功能：上升时间、下降时间、脉冲宽度、脉冲重复周期、脉冲重复频率、占空因数、延迟。并且有五种自动测试功率的功能：峰值功率、平均功率、脉冲顶部幅度、脉冲基部幅度和过冲的功率。这种功率计频率范围为20MHz～40GHz（取决于功率敏感器），功率量程为0.5uW～100mW，一般不确定度：4%7%。5.3.1.3测试步骤
a.将信号发生器和功率计通电预热，般为30min；b。按射频脉冲功率计使用说明书的规定，对功率计进行调零和自校准；c.按图5连接测试系统；
d。将射频脉冲信号发生器调到待测的频率上，并将射频脉冲信号加到射频功率计上，由功率计直接读出被测射频脉冲信号发生器输出的脉冲功率。5.3.1.4测量不确定度的评定
测量不确定度的评定，按5.1.4条的规定进行。5.3.2射频替代法
射频替代法是在相同的频率下，用射频连续波信号替代射频脉冲信号，实现对射频脉冲功率的测量。因此，射频脉冲功率的测量就简化为射频连续波功率的测量。5.3.2.1测试框图
测试框图见图6。
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