專利名稱：一種小型便攜式微波大功率計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波測(cè)量?jī)x器。
功率是微波振蕩最重要的參數(shù)之一，因而微波功率的測(cè)量是任何微波測(cè)量中必不可少的一種測(cè)量，微波功率計(jì)也成為微波測(cè)量中最重要的儀器之一。本發(fā)明涉及的微波大功率計(jì)是指平均功率量級(jí)從數(shù)瓦至數(shù)十千瓦的微波功率測(cè)量?jī)x器。在這樣的功率電平下，都是利用水作為微波的吸收體，以水負(fù)載作為測(cè)量頭，通過對(duì)水的流量和吸收微波后的溫升的測(cè)量就可以算出微波功率的大小。也就是說，這時(shí)測(cè)量頭中的水負(fù)載既要擔(dān)負(fù)吸收大平均功率的微波的功能，同時(shí)也起著測(cè)量該功率大小的作用。在現(xiàn)有實(shí)際的微波大功率計(jì)中，為了避免水流量的不穩(wěn)定性的影響，提高測(cè)量精度，一方面通過對(duì)校準(zhǔn)電阻加熱功率的測(cè)量來替代對(duì)水流量的測(cè)量，當(dāng)對(duì)校準(zhǔn)電阻加熱而引起的水的溫升與水吸收微波后引起的溫升一致時(shí)，電阻的加熱功率大小就是微波功率大??；另一方面，還采用了循環(huán)水系統(tǒng)，使水流不受外設(shè)公共供水系統(tǒng)影響。正因?yàn)檫@樣，現(xiàn)有的微波大功率計(jì)除了測(cè)量頭外，還都包含有校準(zhǔn)電阻及其可調(diào)節(jié)的加熱電源，測(cè)量水的溫升的熱偶堆及其放大、指示系統(tǒng)，以及水泵及其電源、水箱甚至散熱器等水循環(huán)系統(tǒng)，如

圖1所示。從而使得大功率計(jì)的體積龐大，結(jié)構(gòu)笨重復(fù)雜，使用不方便，成本也相應(yīng)提高。例如我國(guó)蘇北電子儀器廠生產(chǎn)的測(cè)量5W～2KW微波功率范圍的GLCD-2型大功率計(jì)，連同散熱器共重60KG(不包括水的重量)，體積為635×410×390mm3+427×296×294mm3；該廠生產(chǎn)的測(cè)量500W～10KW微波功率范圍的GD-9大功率計(jì)，總重量達(dá)185KG(不包括水的重量)，體積達(dá)到620×580×990mm3+800×140×240mm3。由于現(xiàn)有的微波大功率計(jì)中水負(fù)載吸收微波后的升溫有一個(gè)熱平衡過程，使微波功率的測(cè)量值總需要滯后實(shí)際值相當(dāng)一段時(shí)間，無法實(shí)時(shí)測(cè)出被測(cè)系統(tǒng)中的實(shí)際功率。
一些與微波測(cè)量相關(guān)的書籍，如周請(qǐng)一著《微波測(cè)量技術(shù)》，董樹義著《微波測(cè)量》中提到過另一種大平均功率微波的測(cè)量方法，即所謂擴(kuò)展小功率計(jì)量程法。這種方法利用定向耦合器從微波主路中耦合一小部分微波功率出來，用小功率計(jì)測(cè)出該功率的大小，再根據(jù)定向耦合器的耦合度換算出主路中的功率，而主路中的絕大部分微波功率則另外用水負(fù)載吸收，如圖2所示。在這種方法中，水負(fù)載不再擔(dān)負(fù)功率測(cè)量的功能，而只起吸收微波的作用，因而這時(shí)校準(zhǔn)電阻及其加熱功率的測(cè)量、熱偶堆及其溫升的測(cè)量以及整套水循環(huán)系統(tǒng)都可以不再需要，但是由于水負(fù)載與定向耦合器是各自獨(dú)立的兩個(gè)元件，而且還需要使用小功率計(jì)和為保護(hù)小功率計(jì)的測(cè)量頭不被過大的功率損壞而設(shè)置的衰減器，使這種測(cè)量系統(tǒng)的體積、重量和成本仍然相當(dāng)大，使用起來也很不方便，因而該法目前只在實(shí)驗(yàn)室中有少量使用，難以組合成獨(dú)立完整的大功率微波測(cè)量?jī)x器，因此它只是一種測(cè)量方法，而不是測(cè)量?jī)x器。事實(shí)上至今也確實(shí)沒有見到有這種類型的微波大功率計(jì)。
不論是在現(xiàn)有微波大功率計(jì)的測(cè)量頭中，還是在擴(kuò)展小功率計(jì)測(cè)量法中，都使用的是傳統(tǒng)的水負(fù)載。這種負(fù)載總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，例如GLCD-2功率計(jì)的水負(fù)載的長(zhǎng)度達(dá)400多毫米，而GD-9功率計(jì)的水負(fù)載則長(zhǎng)度達(dá)到800毫米，因此，現(xiàn)有微波大功率計(jì)的體積龐大、笨重，成本高。
本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)時(shí)測(cè)出被測(cè)系統(tǒng)中的微波實(shí)際功率、體積小、重量輕的小型便攜式微波大功率計(jì)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的利用一種小型大功率微波取樣式測(cè)量頭、高穩(wěn)定檢波器、單片機(jī)自動(dòng)功率換算及指示，它們之間均為電連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大平均功率微波的功率測(cè)量。小型大功率微波取樣式測(cè)量頭由小型化水負(fù)載和耦合機(jī)構(gòu)組成，其中水負(fù)載由按一定規(guī)律排列的一系列垂直于波導(dǎo)壁的直插式水管組成，使其總長(zhǎng)度比傳統(tǒng)水負(fù)載大大縮短，它將吸收絕大部分被測(cè)微波功率，轉(zhuǎn)換成熱量被水帶走；取樣耦合機(jī)構(gòu)是遠(yuǎn)比定向耦合器小得多的同軸輸出的探針、耦合環(huán)或小孔并與水負(fù)載直接結(jié)合在同一元件上，它從被測(cè)微波系統(tǒng)中耦合很小一部分微波功率出來送到檢波器進(jìn)行檢波；高穩(wěn)定檢波器將取樣耦合機(jī)構(gòu)耦合出來的微波小功率進(jìn)行檢波，檢波出低頻或直流電流，單片機(jī)控制的信號(hào)處理電路將根據(jù)事先標(biāo)定的耦合機(jī)構(gòu)的耦合度和檢波器的檢波特性自動(dòng)把電流換算成被測(cè)系統(tǒng)中的微波功率大小并指示出來。如圖3所示。
本發(fā)明的原理是利用一種小型微波取樣式測(cè)量頭，把吸收大平均功率微波的水負(fù)載與進(jìn)行功率測(cè)量的取樣耦合機(jī)構(gòu)結(jié)合在同一元件中，從而使現(xiàn)有微波大功率計(jì)中水負(fù)載吸收微波的功能和微波功率測(cè)量的功能分離。由于這時(shí)水負(fù)載只需承擔(dān)吸收微波功率的功能，無需通過對(duì)水的流量和溫升進(jìn)行任何直接的或替代的測(cè)量來得到微波功率的大小，因而校準(zhǔn)電阻及其加熱電源、熱偶堆及其放大指示電路等不再需要；另外，水負(fù)載中水流的大小和自身溫度、水對(duì)微波的吸收性能等因素的穩(wěn)定與否都與功率測(cè)量不再有關(guān)，因而水的循環(huán)系統(tǒng)同樣不再必要，可以方便地直接利用公共供水系統(tǒng)或任何其它形式的供水系統(tǒng)作為水負(fù)載的水源；測(cè)量頭中的水負(fù)載將傳統(tǒng)的斜插水管式或斜劈水室式或錐型水泡形式改為按一定規(guī)律排列的若干直插水管，從而將單一的大容量水吸收體改為若干小容量水管吸收體的組合，使水負(fù)載的總長(zhǎng)度可以大大縮短，實(shí)現(xiàn)小型化，其長(zhǎng)度可以控制在200毫米以下；同時(shí)，水管中水流的流通十分充分，消除了在現(xiàn)有微波大功率計(jì)的測(cè)量頭水負(fù)載中水流的死區(qū)，使水的微波功率的吸收效率得到提高，從而進(jìn)一步可使水負(fù)載體積減??；測(cè)量頭中的取樣耦合機(jī)構(gòu)由具有同軸輸出的耦合探針或耦合環(huán)或耦合小孔構(gòu)成，它們直接與水負(fù)載結(jié)合組成同一元件，幾乎不占單獨(dú)的體積，因而單獨(dú)的定向耦合器與衰減器不再需要；而經(jīng)由該取樣耦合機(jī)構(gòu)按一定比例耦合出來的小功率，此時(shí)也不再需要用小功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而是直接利用高穩(wěn)定度的檢波器經(jīng)檢波轉(zhuǎn)換成低頻或直流電流，并輸入單片機(jī)，取樣耦合機(jī)構(gòu)的耦合度和檢波器的檢波特性經(jīng)標(biāo)定后將數(shù)據(jù)事先存入單片機(jī)，從而利用單片機(jī)控制的信號(hào)處理和指示電路將檢波電流直接自動(dòng)換算成被測(cè)系統(tǒng)中的微波功率大小并指示出來。如圖3所示。
這樣，由于取消了校準(zhǔn)電阻及其加熱電源、熱偶堆及其相關(guān)電路、水泵、水箱及散熱器等水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水負(fù)載與取樣耦合機(jī)構(gòu)的一體化及水負(fù)載本身的小型化，使定向耦合器、衰減器和小功率計(jì)也不再需要，因而本發(fā)明所提出的微波大功率計(jì)比現(xiàn)有的大功率計(jì)的體積、重量大大降低，成本成倍下降。本發(fā)明提出的5KW量級(jí)微波大功率計(jì)重量不超過10KG，體積只有300×200×180mm3，比現(xiàn)有大功率計(jì)的一個(gè)測(cè)量頭還輕和小，從而使微波大功率計(jì)實(shí)現(xiàn)小型化、便攜式。另外，以從波導(dǎo)窄邊或?qū)掃叴怪辈迦氲娜舾伤茏鳛槲⒉ǖ奈肇?fù)載具有很大的靈活性，根據(jù)所需吸收微波功率的大小和供水系統(tǒng)情況，水管的數(shù)量和排列規(guī)律可以在設(shè)計(jì)水負(fù)載時(shí)進(jìn)行調(diào)整，水管可以是階梯型線性排列，也可以按一定的規(guī)律曲線排列，水管之間的間距可以是均勻的，也可以是不均勻的，各水管的供水也可以方便地進(jìn)行串、并聯(lián)組合。為了改善或調(diào)整測(cè)量頭的匹配性能，可以在測(cè)量頭的輸入端口的附近設(shè)置調(diào)配機(jī)構(gòu)，如調(diào)配螺釘或調(diào)配膜片等，如圖4、圖5所示。由于檢波器的檢波、單片機(jī)的換算、指示都可以在瞬間完成，因而本發(fā)明可以實(shí)時(shí)測(cè)量出被測(cè)系統(tǒng)中傳輸?shù)墓β实拇笮?，克服了在現(xiàn)有微波大功率計(jì)中水負(fù)載吸收微波后升溫有一個(gè)熱平衡過程，使通過測(cè)量溫升來測(cè)出的功率值總要滯后實(shí)際值相當(dāng)一段時(shí)間，無法實(shí)時(shí)測(cè)出實(shí)際功率的缺點(diǎn)。高穩(wěn)定檢波器可以是晶體管檢波器，也可以是電子管檢波器。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是現(xiàn)有微波大功率計(jì)工作原理圖，其中1是校準(zhǔn)電阻加熱功率指示，2是校準(zhǔn)電阻，3是被測(cè)微波功率指示，4是熱偶堆，5是水箱，6是冷卻風(fēng)扇，7是放水閥門，8是水泵，9是測(cè)量頭；在圖1中，測(cè)量頭9就是一個(gè)水負(fù)載。
圖2是擴(kuò)展小功率計(jì)量程法測(cè)量微波大功率的系統(tǒng)原理圖，其中10是微波功率源，11是定向耦合器，12是衰減器，13是微波小功率計(jì)，14是水負(fù)載；圖3是本發(fā)明的小型便攜式微波大功率計(jì)工作原理圖，其中15是取樣式測(cè)量頭，16是檢波器，17是單片機(jī)控制的信號(hào)處理電路，18是功率指示；圖4是實(shí)施例1中的取樣式測(cè)量頭示意圖，
其中19是同軸輸出接頭，20是波導(dǎo)，21是水管，22是耦合探針，23是調(diào)配螺釘；圖5是實(shí)施例2中的取樣式測(cè)量頭示意圖，其中19是同軸輸出接頭，20是波導(dǎo)，21是水管，24是耦合環(huán)，25是調(diào)配膜片。
實(shí)施例1在圖4中，四個(gè)水管21從微波波導(dǎo)20的窄邊插入并成階梯狀線性排列，組成水負(fù)載，吸收進(jìn)入測(cè)量頭中的絕大多數(shù)微波功率；調(diào)配螺釘23用來改善或調(diào)整測(cè)量頭的匹配性能；耦合探針22從微波波導(dǎo)20中耦合出一小部分微波功率即取樣功率，取樣功率經(jīng)同軸輸出接頭19送至圖3中的高穩(wěn)定檢波器16。在圖3中，這一小部分微波取樣功率通過高穩(wěn)定檢波器16后成為低頻或直流電信號(hào)，該電信號(hào)通過單片機(jī)控制的信號(hào)處理電路17處理后在功率數(shù)字指示器18中指示出來。實(shí)施例2在圖5中，六根水管21從微波波導(dǎo)20的寬邊插入并成90°范圍內(nèi)的余弦曲線排列，組成水負(fù)載，吸收進(jìn)入測(cè)量頭中的絕大多數(shù)微波功率；調(diào)配膜片25用來改善或調(diào)整測(cè)量頭的匹配性能；耦合環(huán)24從微波波導(dǎo)20中耦合出一小部分微波功率即取樣功率，取樣功率經(jīng)同軸輸出接頭19送至圖3中的高穩(wěn)定檢波器16。在圖3中，這一小部分微波取樣功率通過高穩(wěn)定檢波器16后成為低頻或直流電信號(hào)，該電信號(hào)通過單片機(jī)控制的信號(hào)處理電路17處理后在功率數(shù)字指示器18中指示出來。
權(quán)利要求
1．一種小型便攜式微波大功率計(jì)，其特征是它包括大功率微波取樣式測(cè)量頭、高穩(wěn)定檢波器、單片機(jī)自動(dòng)功率換算及指示，它們之間均為電連接，所述的大功率微波取樣式測(cè)量頭是由水負(fù)載和耦合機(jī)構(gòu)直接結(jié)合在同一元件上組成。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型便攜式微波大功率計(jì)，其特征是所述的大功率微波取樣式測(cè)量頭中的耦合機(jī)構(gòu)是由耦合探針組成，也可以是由耦合環(huán)組成，也可以是由耦合小孔組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型便攜式微波大功率計(jì)，其特征是所述的大功率微波取樣式測(cè)量頭中的水負(fù)載是由一系列垂直于波導(dǎo)壁的直插式水管組成，水管的排列可以是階梯型線性排列，也可以是按一定的規(guī)律曲線排列，水管之間的間距可以是均勻的，也可以是非均勻的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的一種小型便攜式微波大功率計(jì)，其特征是在所述的大功率微波取樣式測(cè)量頭的端口設(shè)置一個(gè)調(diào)配機(jī)構(gòu)，調(diào)配機(jī)構(gòu)是由調(diào)配螺釘組成，也可以是由調(diào)配膜片組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型便攜式微波大功率計(jì),它包括大功率取樣式測(cè)量頭、高穩(wěn)定檢波器、單片機(jī)自動(dòng)換算及指示,它們之間均為電連接,而取樣式測(cè)量頭是由按一定規(guī)律排列的一系列直插式水管作為水負(fù)載,使水負(fù)載的體積、重量得以大大降低,以耦合探針、耦合環(huán)或小孔作為取樣耦合機(jī)構(gòu),然后將取樣耦合機(jī)構(gòu)與水負(fù)載直接結(jié)合在同一元件上組成,水負(fù)載和耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)合使得微波大功率計(jì)實(shí)現(xiàn)小型化、便攜式成為可能。
文檔編號(hào)G01R21/12GK1304044SQ0011261
公開日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者王文祥, 張兆鏜, 孫嘉鴻 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)