本申請(qǐng)涉及無(wú)線電測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的測(cè)量。

背景技術(shù)：

雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)作為復(fù)現(xiàn)功率量值的關(guān)鍵儀器設(shè)備，能夠通過(guò)溫度變化情況將微波功率溯源至直流功率，從而實(shí)現(xiàn)微波功率的準(zhǔn)確測(cè)量。國(guó)際上對(duì)替代效率測(cè)量方法的研究工作主要集中在微量熱計(jì)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程、用途與量熱計(jì)并不相同，無(wú)法借鑒。尤其是隨著毫米波技術(shù)的不斷進(jìn)步，110GHz以上測(cè)量設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對(duì)功率參數(shù)提出了明確的量值溯源需求，而且在該頻率范圍復(fù)現(xiàn)功率量值僅能采用量熱計(jì)方式。因此，為保證全部微波頻段，尤其是110GHz以上頻率范圍功率量值的準(zhǔn)確可靠，需要發(fā)明一種用于衡量工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波功率和直流功率所引起的熱電堆響應(yīng)差異的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法和系統(tǒng)，測(cè)量替代效率能夠修正工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波功率和直流功率所引起的熱電堆響應(yīng)存在差異。

本發(fā)明提供的一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法。雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)包括工作隔熱波導(dǎo)傳輸線、工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)傳輸線、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載、熱電堆。所述方法包括以下步驟：向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入微波信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第一電壓值；用短路片將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路，再向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入相同功率的微波信號(hào)后，測(cè)量熱電堆輸出的第二電壓值；測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率；測(cè)量短路片的反射系數(shù)；計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率：

其中，η_se為所述替代效率，e₁為第一電壓值，e₂為第二電壓值，η_te為傳輸效率，Γ_L為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，Γ_s為短路片的反射系數(shù)。

本發(fā)明提供另一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法，包括以下步驟：向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入微波信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第一電壓值；用短路片將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路，再向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入相同功率的微波信號(hào)后，測(cè)量熱電堆輸出的第二電壓值；向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入直流信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第三電壓值；測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率；測(cè)量短路片的反射系數(shù)；計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率近似值；計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率；計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率對(duì)熱電堆輸出電壓值的影響因子；計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率的比值；計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

作為本發(fā)明雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的一種優(yōu)選方案，可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的散射參數(shù)、工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)和短路片的反射系數(shù)。第一電壓值、第二電壓值通過(guò)納伏表測(cè)量。

工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率為：

其中，η_te為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)，Γ_L為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)。

作為本發(fā)明雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的進(jìn)一步改進(jìn)，可以將微波信號(hào)分為兩路，一路輸入工作隔熱波導(dǎo)傳輸線，另一路用于監(jiān)視所述信號(hào)的功率。

本發(fā)明提供一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)替代效率測(cè)量系統(tǒng)。雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)包括工作隔熱波導(dǎo)傳輸線、工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)傳輸線、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載、熱電堆；雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)置于恒溫桶內(nèi)。測(cè)量系統(tǒng)包括：信號(hào)源、功分器、隔離器、短路片、納伏表，和功率監(jiān)視模塊。信號(hào)源，用于輸出微波信號(hào)；功分器，用于將微波信號(hào)分為兩路，一路輸入功率監(jiān)視模塊，另一路通過(guò)隔離器，輸入到工作隔熱波導(dǎo)傳輸線；功率監(jiān)視模塊，用于測(cè)量輸入到工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的微波信號(hào)功率；納伏表，與熱電堆相連接，用于測(cè)量熱電堆輸出電壓值；短路片，用于將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路。

作為本發(fā)明雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量的系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，測(cè)量系統(tǒng)包括衰減器，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)源輸出信號(hào)的功率。

本申請(qǐng)實(shí)施例采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：

本發(fā)明提出了雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法和系統(tǒng)，能夠提高雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)直流/微波功率復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度，修正工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波和直流功率所引起熱電堆響應(yīng)差異引入的測(cè)量誤差。該方法適用于全部微波頻段，尤其是對(duì)于110GHz以上頻段，能夠顯著地提升功率標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。本發(fā)明提出的測(cè)量方法實(shí)施步驟簡(jiǎn)潔，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，本發(fā)明提出的測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本較低，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的系統(tǒng)框圖；

圖2為一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的流程圖；

圖3為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的一種優(yōu)選方案的流程圖；

圖4為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的優(yōu)選方案改進(jìn)的流程圖；

圖5為一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)框圖；

圖6為一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)方案的框圖；

圖7為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)的另一種實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

由于結(jié)構(gòu)、溫差測(cè)量位置的影響，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波功率和直流功率所引起的熱電堆響應(yīng)存在差異。本發(fā)明提出利用替代效率來(lái)表示雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的直流功率替代測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波功率的效率。通過(guò)測(cè)量替代效率來(lái)修正由工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波和直流功率所引起熱電堆響應(yīng)差異引入的測(cè)量誤差，提高雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)直流/微波功率復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。

圖1是雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的系統(tǒng)框圖。雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)包括工作隔熱波導(dǎo)傳輸線31、工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載32、參考隔熱波導(dǎo)傳輸線33、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載34、熱電堆36。雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)工作在恒溫桶46內(nèi)，并使用恒溫桶蓋35封閉。工作隔熱波導(dǎo)傳輸線與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載螺釘固定，參考隔熱波導(dǎo)傳輸線與參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載螺釘固定，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線與恒溫桶蓋螺釘固定，參考隔熱波導(dǎo)傳輸線與恒溫桶蓋螺釘固定，熱電堆與工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線的法蘭膠固定。

雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)測(cè)量過(guò)程數(shù)學(xué)模型如下所示：微波功率輸入工作隔熱波導(dǎo)傳輸線時(shí)，貼敷在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間的熱電堆，由于工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率和工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率引起的溫度變化，產(chǎn)生電壓輸出e₁，可由公式(1)表示：

e₁＝k(P_L+aP_i) (1)

式中，P_L是工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率，P_i是工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率,k是工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載和熱電堆之間在直流或微波功率加熱條件下的熱傳輸系數(shù)，a是工作隔熱波導(dǎo)傳輸線上的損耗功率對(duì)熱電堆輸出電壓值的影響因子。

當(dāng)直流功率輸入工作隔熱波導(dǎo)傳輸線時(shí)，熱電堆輸出電壓e₂如公式(2)表示：

e₂＝kP_dc (2)

式中P_dc是直流功率。

雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)有效效率η可由公式(3)表示：

其中，表示直流替代功率，P_rf為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率，它等于工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率和工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率之和。公式(3)可轉(zhuǎn)化為公式(4)：

式中，雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率η_se，定義為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的直流替代功率與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率P_L的比值。

傳輸效率η_te，定義為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率P_L與雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率P_rf的比值，可以通過(guò)直接測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的散射參數(shù)計(jì)算得到；

考慮公式(1)，(2)，(4)，替代效率還可由公式(5)表示：

圖2為一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的流程圖。該方法建立在公式(5)的基礎(chǔ)上，需要分別計(jì)算出工作隔熱波導(dǎo)傳輸線上的損耗功率對(duì)熱電堆輸出電壓值的影響因子a，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率P_i與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率P_L的比值后，就可得到雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。所述方法可由步驟101～110表示。

步驟101、向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入微波信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第一電壓值。

在步驟101中，可以使用信號(hào)源輸出微波信號(hào)，通過(guò)隔離器，輸入安裝在恒溫桶內(nèi)部的工作隔熱波導(dǎo)傳輸線，對(duì)與工作隔熱波導(dǎo)傳輸線連接的工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載進(jìn)行加熱，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁由于吸收微波功率溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示第一電壓值e₁。

步驟102、用短路片將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路，再向其輸入相同功率的微波信號(hào)后，測(cè)量熱電堆輸出的第二電壓值。

在步驟102中，關(guān)閉電壓參考源，將短路片螺釘固定在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載之間，使工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路。待納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，打開(kāi)信號(hào)源，信號(hào)源輸出與步驟101相同功率的微波信號(hào)，通過(guò)隔離器，輸入工作波導(dǎo)隔熱傳輸線，經(jīng)短路片反射后，通過(guò)工作波導(dǎo)隔熱傳輸線后被隔離器吸收。工作隔熱波導(dǎo)傳輸線由于微波功率損耗產(chǎn)生熱量表面溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)傳輸線表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示的第二電壓值e₂。

需要說(shuō)明的是，納伏表是一種高靈敏的電壓表，測(cè)量精度可以達(dá)到10的負(fù)9次方伏，因此用納伏表測(cè)量電壓是一種優(yōu)選方案，但本發(fā)明實(shí)施例中，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)可以用納伏表測(cè)量，也可以其他的具有較高測(cè)量精度的電壓測(cè)量設(shè)備測(cè)量，這里不做具體限定。

步驟103、向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入直流信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第三電壓值。

在步驟103中，關(guān)閉信號(hào)源，納伏表指示電壓開(kāi)始減小，待納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，通過(guò)電壓參考源對(duì)工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載輸入直流功率，記錄下電壓參考源輸出的直流功率P_dc，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁由于吸收直流功率溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示的第三電壓值e₃。

步驟104、測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率。

在步驟104中，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述的散射參數(shù)和反射系數(shù)可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，也可以是其他的電子測(cè)量設(shè)備，這里不做具體限定。

工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率η_te的計(jì)算公式如下所示：

其中，η_te為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂為所述工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)，Γ_L為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)。

步驟105、測(cè)量短路片的反射系數(shù)。

在步驟105中，短路片的反射系數(shù)，可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到。

步驟106、計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率近似值。

在步驟106中，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率近似值，首先假設(shè)雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率為1，則雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率近似值可以用公式(7)表示：

其中，P_rf,app為吸收功率的近似值，e₁為第一電壓值，e₃為第三電壓值，P_dc為直流功率，η_te為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率。

步驟107、計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率。

在步驟107中，由于步驟102中輸入的微波功率與步驟101中輸入的微波功率相同，因此可以認(rèn)為在步驟101和步驟102種的雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的吸收功率不變，都采用步驟106中的近似值P_rf,app。

短路片表面的輸入功率P_si為：

P_si＝P_rf,appη_te (8)

短路片表面的吸收功率P_sa與短路片表面的輸入功率P_si和短路片表面的反射功率P_sr相關(guān)，Γ_s為短路片的反射系數(shù)，則短路片表面的吸收功率P_sa可由公式(13)計(jì)算。

P_sa＝P_rf,appη_te(1-|Γ_s|²) (9)

工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率P_i可由公式(14)計(jì)算：

P_i＝P_rf,app(1-η_te)+P_rf,appη_te|Γ_s|²(1-η_te) (10)

步驟108、計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率對(duì)熱電堆輸出電壓值的影響因子。

在步驟108中，由于短路片安裝在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端，可以認(rèn)為其熱傳導(dǎo)路徑與工作隔熱波導(dǎo)傳輸線相同，影響因子為a不變。在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路的條件下，熱電堆輸出電壓e₂與短路片吸收功率、工作隔熱波導(dǎo)傳輸線損耗功率之間的關(guān)系如公式(11)所示：

工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率對(duì)熱電堆輸出的影響因子a可以通過(guò)公式(12)計(jì)算。

公式(12)中，e₂為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)熱電堆輸出第二電壓值、η_te為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線傳輸效率、Γ_s為短路片反射系數(shù)，均可準(zhǔn)確測(cè)量。k是工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載和熱電堆之間在直流、微波功率加熱條件下的比例系數(shù)，可以通過(guò)公式(2)計(jì)算。

步驟109、計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率的比值。

在步驟109中，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的損耗功率與工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的吸收功率的比值P_i/P_L由物理定義可得：

其中，η_te為工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率，Γ_L為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)。

步驟110、計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

在步驟110中，根據(jù)公式(5)計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

圖3為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的一種優(yōu)選方案的流程圖。圖3所示的測(cè)量方法是圖2所示的測(cè)量方法的一種優(yōu)化，在不損失精度的情況下，操作步驟和計(jì)算過(guò)程都更加簡(jiǎn)潔。所述方法可由步驟21～25表示。

步驟21、向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入微波信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第一電壓值。

在步驟21中，可以使用信號(hào)源輸出微波信號(hào)，通過(guò)隔離器，輸入安裝在恒溫桶內(nèi)部的工作隔熱波導(dǎo)傳輸線，對(duì)與工作隔熱波導(dǎo)傳輸線連接的工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載進(jìn)行加熱，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁由于吸收微波功率溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示第一電壓值e₁。

步驟22、用短路片將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路，再向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入相同功率的微波信號(hào)后，測(cè)量熱電堆輸出的第二電壓值。

在步驟22中，將短路片螺釘固定在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載之間，使工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路。待納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，打開(kāi)信號(hào)源，信號(hào)源輸出與步驟21相同功率的微波信號(hào)，通過(guò)隔離器，輸入工作波導(dǎo)隔熱傳輸線，經(jīng)短路片反射后，通過(guò)工作波導(dǎo)隔熱傳輸線后被隔離器吸收。工作隔熱波導(dǎo)傳輸線由于微波功率損耗產(chǎn)生熱量表面溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)傳輸線表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示的第二電壓值e₂。

需要說(shuō)明的是，納伏表是一種高靈敏的電壓表，測(cè)量精度可以達(dá)到10的負(fù)9次方伏，因此用納伏表測(cè)量電壓是一種優(yōu)選方案，但本發(fā)明實(shí)施例中，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)可以用納伏表測(cè)量，也可以其他的具有較高測(cè)量精度的電壓測(cè)量設(shè)備測(cè)量，這里不做具體限定。

步驟23、測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率。

在步驟23中，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述的散射參數(shù)和反射系數(shù)可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，也可以是其他的電子測(cè)量設(shè)備，這里不做具體限定。

工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的傳輸效率η_te根據(jù)公式(6)計(jì)算。

步驟24、測(cè)量短路片的反射系數(shù)。

步驟25、計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

在步驟25中，雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率通過(guò)公式(14)計(jì)算得到。

其中，η_se為替代效率，e₁為步驟21測(cè)量得到的第一電壓值，e₂為步驟22測(cè)量得到的第二電壓值，η_te為步驟23計(jì)算得到的傳輸效率，Γ_L為工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，Γ_s為短路片的反射系數(shù)。

圖4為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法的優(yōu)選方案改進(jìn)的流程圖。所述方法可由步驟20～25表示。

步驟20、微波信號(hào)分為兩路，一路用于輸入工作隔熱波導(dǎo)傳輸線，另一路用于監(jiān)視信號(hào)的功率。

在步驟21中，由于本方法每次測(cè)量電熱堆的輸出的電壓值，都需要輸入功率相同的微波信號(hào)。為了提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，可將輸入的微波信號(hào)分為兩路，一路用于輸入工作隔熱波導(dǎo)傳輸線；另一路用于監(jiān)視信號(hào)的功率，將此路信號(hào)通過(guò)監(jiān)視功率座連接到監(jiān)視功率計(jì)，記錄下監(jiān)視功率計(jì)的功率讀數(shù)。如果當(dāng)前功率讀數(shù)與前次測(cè)量的功率讀數(shù)不一致，需要調(diào)整信號(hào)源的輸出功率。

步驟22、向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入微波信號(hào)，測(cè)量熱電堆輸出的第一電壓值。

步驟23、用短路片將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路，再向工作隔熱波導(dǎo)傳輸線輸入相同功率的微波信號(hào)后，測(cè)量熱電堆輸出的第二電壓值。

步驟24、測(cè)量工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率。

步驟25、測(cè)量短路片的反射系數(shù)。

步驟26、計(jì)算所述雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

圖5為本發(fā)明提供的一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)框圖。雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)包括工作隔熱波導(dǎo)傳輸線、工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)傳輸線、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載、熱電堆；雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)置于恒溫桶內(nèi)，并使用恒溫桶蓋封閉。測(cè)量系統(tǒng)包括：信號(hào)源37、功分器39、功率監(jiān)視模塊40、隔離器41、彎波導(dǎo)42、納伏表43、和短路片47。信號(hào)源，用于輸出微波信號(hào)；功分器，用于將微波信號(hào)分為兩路，一路輸入功率監(jiān)視模塊，另一路通過(guò)隔離器，輸入到工作隔熱波導(dǎo)傳輸線；功率監(jiān)視模塊，用于測(cè)量輸入到工作隔熱波導(dǎo)傳輸線的微波信號(hào)功率；納伏表，與熱電堆相連接，用于測(cè)量熱電堆輸出電壓值；短路片，用于將工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路。

本系統(tǒng)各部件的連接方式為信號(hào)源和功分器螺釘固定，功分器一端與功率監(jiān)視模塊螺釘固定，功分器另一端與隔離器螺釘固定，隔離器與彎波導(dǎo)螺釘固定，彎波導(dǎo)與恒溫桶蓋螺釘固定、恒溫桶蓋與恒溫桶螺釘固定。

信號(hào)源輸出微波信號(hào)，經(jīng)功分器分為兩路，一路輸入至功率監(jiān)視模塊，記錄下功率讀數(shù)P_REF；另一路輸入隔離器，經(jīng)過(guò)彎波導(dǎo)輸入安裝在恒溫桶內(nèi)部的工作隔熱波導(dǎo)傳輸線，對(duì)與工作隔熱波導(dǎo)傳輸線連接的工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載進(jìn)行加熱，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁由于吸收微波功率溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示電壓e₁。

將短路片螺釘固定在工作隔熱波導(dǎo)傳輸線和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載之間，使工作隔熱波導(dǎo)傳輸線末端短路。待納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，打開(kāi)信號(hào)源，信號(hào)源輸出相同功率的微波信號(hào)，通過(guò)隔離器，輸入工作波導(dǎo)隔熱傳輸線，經(jīng)短路片反射后，通過(guò)工作波導(dǎo)隔熱傳輸線后被隔離器吸收。工作隔熱波導(dǎo)傳輸線由于微波功率損耗產(chǎn)生熱量表面溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)傳輸線表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示的第二電壓值e₂。

根據(jù)工作隔熱波導(dǎo)傳輸線散射參數(shù)和工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載和短路片的反射系數(shù)，計(jì)算雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的傳輸效率。

再由公式(14)計(jì)算得到雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率。

圖6為一種雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)方案的框圖。本方案在圖5所示方案的基礎(chǔ)上增加了衰減器38，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)源輸出信號(hào)的功率，使每次測(cè)量的輸入的微波信號(hào)功率一致。

圖7為雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量系統(tǒng)的另一種實(shí)施例。它在圖6所示方案的基礎(chǔ)上增加了電壓參考源44，將功率監(jiān)視模塊設(shè)計(jì)為監(jiān)視功率座51和監(jiān)視功率計(jì)52。電壓參考源，用于給雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)提供直流功率。

該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖2所示的雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)的替代效率測(cè)量方法。通過(guò)電壓參考源對(duì)工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載輸入直流功率，記錄下電壓參考源輸出的直流功率，工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁由于吸收直流功率溫度升高，參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載外壁表面溫度基本不變，工作隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭和參考隔熱波導(dǎo)傳輸線法蘭之間由于傳導(dǎo)換熱產(chǎn)生一定溫差，熱電堆輸出溫差熱電勢(shì)，通過(guò)納伏表測(cè)量，一直到納伏表指示電壓穩(wěn)定之后，即電壓穩(wěn)定度小于20nV時(shí)，記錄下納伏表指示的電壓值?？梢愿鶕?jù)公式(5)計(jì)算工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載、參考隔熱波導(dǎo)負(fù)載和熱電堆之間在直流、微波功率加熱條件下的比例系數(shù)。

本發(fā)明提出的測(cè)量方法實(shí)施步驟簡(jiǎn)潔，測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本較低，能夠提高雙負(fù)載波導(dǎo)量熱計(jì)直流/微波功率復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度，修正工作隔熱波導(dǎo)負(fù)載吸收微波和直流功率所引起熱電堆響應(yīng)差異引入的測(cè)量誤差。

需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。