微波功率的測量誤差分析

管華夏

摘要：伴隨著無線通信技術的發展速度不斷加快，頻譜資源已經開始向射頻微波段不斷擴展，而對于射頻微波系統而言，放大器的放大增益、振蕩源的輸出功率以及接收機的靈敏程度均需要對微波系統的實際功率進行準確測量。因此本文針對于微波功率的測量誤差展開重點分析，并研究解決該類誤差的具體方法。

關鍵詞：微波功率;測量;誤差分析

一.引言

在所有表征微波信號的參數當中，微波功率是最為核心的一個，它不僅能夠表明系統的能量傳輸情況，還能夠實現對于微波系統的功能衡量。關于微波系統的設計與制造一直同微波功率密切相關，因此微波功率的測量非常關鍵。目前最為常用的測量工具為射頻微波功率計，在進行射頻技術教學研究以及微波產品設計生產調試等領域應用均十分普遍，根據微波功率的測量結果便可以有針對性的解決相關技術問題。功率測量通常情況下與其應用環境有較大關系，微波信號的頻率范圍、頻譜功率以及調制形式等因素均會對測量結果產生一定的影響，尤其是微波信號的功率電平。只有認真熟悉微波系統當中進行功率測量的方法，了解其具體測量原理，并針對輸入信號的頻譜以及調制形式展開深入了解，才能夠最終在測量階段得到較為準確的測量結果。

二.微波功率測量標準

由于最近幾年微波相關理論在不斷完善，硬件技術也取得了長足的發展，因此微波系統整體的設備類型與數量大幅度增加，在這樣的背景下，關于微波功率、頻率、品質因數等諸多參數的測量設備開始逐漸建立，在制作、生產、調試流程當中逐漸實現了儀器標準化。對于微波測量的諸多項目而言，微波功率的測量無疑占據著非常重要的位置，尤其是在微波線路以及微波管當中。目前關于微波功率的測量，范圍可以達到10-710瓦，測量精度也獲得了大幅度提升，可以達到0.1%，除此之外，微波測量的功率頻譜可以達到100千兆赫。在實際進行微波測量時，主要分為低頻和高頻兩種情況。處于低頻情況時，主要對電路當中的電流以及電壓進行測量，最終確定功率，而當處于高頻情況時，主要的測量方法是將電路當中的電磁能進行轉化，得到光、熱、力等能量形式再進行功率測量。近年來關于微波功率測量的標準問題正在不斷深入，它與頻率測量標準有所不同，因而隨著研究的不斷推進而更加精進。最初的微波小功率標準主要有兩種測定方法，分別是電磁輻射有質效應方法以及電磁波焦耳熱方法。這兩種方法對于微波功率的測定以直流電量作為依據，在實際測量時具有較高的精度，因此作為功率測量的標準具有有一定的科學性。而伴隨著研究的不斷深入，可以發現利用波導內部反射元件上的電磁波作用進行壓力測量而研制出的微波功率計，精度可以達到1%。因此目前在進行微波功率測量時，使用最為廣泛的便是微波功率計。

三.微波功率測量中的常見誤差

3.1 微波測量的誤差來源

根據微波測量的工程理論以及實例經驗，可以分析得出，在進行功率測量的過程當中，主要的誤差來源種類如下。分別為失配誤差，測量儀器固有誤差、被測系統不穩定所造成的誤差、同軸接頭的誤差、環境誤差以及操作人員在測量過程中形成的誤差。在這六大類誤差當中，前三種誤差是進行微波功率測量時的主要誤差來源，而后三種誤差的對于測量結果的影響較小，通常情況下可以忽略不計。

3.2 誤差分析

由于系統失配造成的測量誤差是所有誤差當中最復雜也是最核心的一種，因此對失配誤差進行分析時難度較大。在實際進行功率測量時，負載吸收的功率即為微波功率計的測量值指示值，但是由于被測系統以及功率探頭的反射系數均不為0，因此在測量過程中必定會形成失配誤差。無反射匹配狀態下得到的功率數值同實際進行測量得到的功率數值誤差以及二者之間的相位誤差統稱為失配誤差，形成該誤差的最主要原因便是系統不匹配。

四.微波功率的誤差解決辦法

4.1 接入90°移相器消除失配誤差

在系統中接入90度移相器，取0度以及90度相位狀態下對應的功率值，二者的平均值作為測量值便可以消除測量過程的失配誤差。

4.2 其他減小誤差的方法

通過上述理論闡述可以發現，在進行微波功率測量時，失配誤差是非常典型并且普遍的測量誤差，但是若不及時進行修正與調整，后期對于測量結果造成的影響還是較大的，因此在這里提出其他能夠減小測量誤差的方法，以提升最終測量結果的準確性。

（1）減小使用功率計的本身的誤差

這一方法需要在功率測量過程中由操作人員進行人為調整，在功率測量系統中將功率計指示位置同標準功率計調節一致，然后再進行功率測量，此時結果的準確性會大幅度提高。

（2）根據被測源頻率選擇合適的校準因子

在進行微波系統功率測量時，需要針對不同的被測源頻率，選擇不同的校準因子，對失配系統完成校正，以減小測量誤差。

五.結語

微波功率在進行測量時，若想要直接得到非常精確的測量結果難度非常大，因此在測量之前必須對微波功率的基本屬性以及測量過程可能產生的誤差進行充分的理解與掌握，而后才能夠在測量時采取一定的處理措施，規避掉可能產生誤差的技術點，進而得到較為理想的測量結果。若在測量過程中系統出現了接觸不良的情況，則功率能量的耗費情況會非常巨大，嚴重的話還會造成被測微波源燒毀的情況，因此在進行較大微波功率測量時需要特別注意解決系統接觸不良的問題。由此可見，在進行功率測量時必須充分考慮到影響測量結果準確性的各個因素，并根據不同的實際需要完成測量方式的選擇，以便在系統連接之后得到誤差較小的測量結果。除此之外，若針對失配系統進行微波測量，可以在系統中插入設置移相器，調節其相位，功率數值也會隨之變化，根據功率的最大值與最小值之差便可以得到系統的失配度，若測量結果不滿足精度要求，便可以按照此失配度進行失配調整。

參考文獻

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