[发明专利]一种二极管式微波功率探头的全自动校准补偿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二极管式微波功率探头的全自动校准补偿的方法。

背景技术

二极管检波器具有非线性的i-V特性，可利用整流将高频能量转换为直流，其显著特点是动态范围大(可达90dB)，缺点是受环境温度影响大，在数学上，其检波特性服从二极管检波方程：i＝I_s(e^αV-1)(1)式中α＝q/nVT，是二极管检波电流，V是跨在二极管上的净电压；L₁是二极管反向饱和电流，且在给定温度下为常数，即只跟温度有关。k是波尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)；T是绝对温度；q是电子电荷(1.6×10^-19C)；而n是适应实验数据的修正常数。通常n≈1.1，α的值略小于40(伏-1)。

从方程(1)可以看出，影响二极管检波的因素有温度T、输入电压V。而输入电压V又与输入功率、输入频率等有关。因此决定二极管检波电流的参数有：被测信号的功率、频率、环境温度等。另外，源与探头的失配不确定度，也会给探头的测量带来误差等等。

温度特性是个重要因素，测试过程也比较复杂，已知的方案有两种：一是采用电路补偿方法，采用高稳定的动态校准源校准，以1dB为步进在探头的量程范围内对探头进行功率校准，建立当前温度下的功率与检波电流的对应关系，并利用通用多次插值算法，建立i-P校准表格。如GIga公司生产的8541/8542功率计和探头、Boonton公司生产的4500A/B峰值功率分析仪等。另一种是分离处理法，先固定另外几个参数，求出一种参数对i的变化特性，例如测试常温下固定频率点的i-V特性，测试固定功率、固定频率下的不同温度的i-V特性，测试常温下固定功率的不同频率的i-V特性等等。安杰伦公司称这些特性分别称为线性度(linearization)、温度补偿(temperature comp-ensation)和校准因子修正(calibration factor corrections)，见《安杰伦射频与微波功率测量基础》(Agilent Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements)。

采用动态校准源校准的方法，有以下缺点：

1)每次校准的时间比较长。

2)由于二极管检波随温度变化影响很大，因此环境温度变化超过一定范围时，必须重新对探头进行校准，因此校准频度较高。

3)前提是必须保证动态校准源的温度稳定性，如果校准源误差不能保证测试需求，则也不能保证探头的测量准确性。

4)增加了设计成本。

采用分离处理方法，有以下缺点：

测试周期比较长，而且补偿精度不高，例如测试频率对i的影响时，功率不同，其影响值也不同，同样，温度不同，影响值也有差异，即很难固定其中几个参数，确定某一个参数对i的影响。

发明内容

针对上述缺点，本发明提供一种二极管式微波功率探头的全自动校准补偿方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

采用主控计算机控制信号源、标准功率计、程控高低温实验箱、程控射频多路开关以及被测功率计或功率分析仪(接被测功率探头)形成自动测试方法，实现输入功率、输入频率、环境温度对二极管检波的影响特性的全自动测试。

输入功率P是需要测量的量，是未知量。被测信号的输入频率F，由用户设置的，是已知量。环境温度是未知量，一般的作法是在探头内置温度传感器或热敏电阻，并在后级用模数转换器(以下称温度ADC )跟踪环境温度的变化，是已知量。

二极管的检波电流通过后级模数转换器(以下称检波ADC)由功率计采集，是个已知量，补偿过程是建立P关于三个可变参数(F，温度ADC，检波ADC)的关系式及其数组。

用GPIB电缆、USB电缆、RS232电缆、直连网线中的一种或几和将上述设备连接到主控计算机，例如信号源、标准功率计等一般具有GPIB程控功能，用GPIB电缆连接，高低温实验箱(如泰琪公司的MHF-800N)，用RS232电缆连接。用射频电缆将信号源、多路开关相连，并将被测试功率探头连接到多路开关上。在计算机上运行功率校准平台，实现被测功率探头的全自动校准补偿。

功率校准平台的设计思路如下：