高频和微波功率基准及其应用研究----微量热计基本理论研究（一）
来源： 作者： 发布时间：2015-05-25 22:23:41 浏览量：解方程式(2-3)，则有
如果量热计满足热对称条件，即G1/C1=G2/C2。解方程式(2-4)，两个量热体之间的温差为
稳态温差为
式中，θs为稳态时的温差。τ为热时间常数，用式(2-7)表示，
由式(2-6)可见，稳态温差θs与所加的功率P 1成正比;因此，可以作为被测功率的量度。当功率P 1一定时，热阻R m越大，则稳态温差越大。但是，热阻R m增大，τ也增大，这将使量热计达到稳定的时间增长。
当量热计加入高频和微波功率时，由式(2-6)，热电堆两端产生的稳态热电势ERF与负载吸收的功率PgL成正比。即
式中ERF代表热电堆对PgL的响应系数。
当量热计输入端加入直流校准功率P DC时，热电堆产生的稳态热电势为
式中，KDC为热电堆对PDC的响应。
假定，高频和微波功率P gL和直流校准功率P DC对热电堆有同样的响应，即KDC =KRF，按上述分析，PgL应为
式(2-10)是量热计测量高频和微波功率的基本公式，只需再测得隔热传输线的传输效率，就可以得到量热计吸收的总插件电感功率。
量热式功率计的优点是测量误差小、可过载能力强、动态范围大(可达30～40dB)、阻抗匹配好。
量热计的缺点是结构复杂，时间常数大(测量时间长)，对环境温度及配套计量设备稳定性要求高。量热计更适合用于频段较高的厘米波及毫米波波段，因为频段越高，相应负载的热容量也越小。
为缩短量热计的时间常数，美国NBS率先研制了一种自动反馈式量热计，通过自动反馈系统控制加在参考量热体上的直流功率来保持工作和参考量热体间的温差恒定。图2-4是一种自动反馈式量热计的原理图，通过自动反馈系统控制加在工作量热体上的辅助加热直流功率，保持工作和参工字电感器考量热体间的温差恒定。式(2-3)在添加了直流功率项后也使用于对自动反馈式量热计的热分析，可以证明在保持工作和参考量热体间的温差恒定的条件下，直流功率可以作为被测功率的量度。
如1.2.2所述，一般将分别通过测量温度变化来测量功率的方式称为升温方式，保持温度或温差不变的方式为等温方式。
2.3微量热计的经典理论
微量热计是用测辐射热器座作为量热体的量热计，微量热计的工作原理实际上是测辐射热器功率计和量热计的组合。它既利用量热计高准确度的特点，又利用热敏电阻式功率计响应时间快，测量方便等优点，用热敏电阻功率座作为量热计负载，借助于量热计技术，精确测量热敏电阻功率座的有效效率。
MavPherson和Kerns设计的微量热计是所有微量热计的基础，随后由Engen做了改进，之后由很多国家的标准实验室作了进一步的改进。最初的微量热计依然采用双负载结构，也有些国家研制了单负载微量热计标准，其中采用了自动反馈技术和精密恒温技术，可以大大缩短时间常数和降低对环境温度的要求。
图2-5给出了这种微量热计的一般结构。负载是一个测辐射热器座，测量的目的是确定座的有效效率。在测量结束后，测辐射热器座被移出量热计，用它作为工作标准可以进行功率测量和功率量值的传递。使用微量热计测量波导测辐射热器座有效效率的不确定度，在40GHz内，能够做到小于0.5%，直到100GHz时，仍小于1%.微量热计技术也用来校准同轴座，由于同轴座的结构复杂，测量不确定度略有增加。
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