一种用于射频功率测量的量热式负载座的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于射频功率测量的量热式负载座，该负载座包括负载电阻元件、负载内导体过渡段和负载外导体；所述负载外导体的外表面为曳物面，负载内导体过渡段的内表面为曳物面，所述负载外导体和负载内导体过渡段形成一空气腔；所述负载外导体的曳物面的顶端通过负载电阻元件与所述负载内导体过渡段的曳物面的顶端相连接。本发明所述技术方案能够实现终端量热式负载座在DC-18GHz频段内，驻波小于1.01，采用的曳物线型外导体结构，使电场密度在负载座内传输时保持不变，耗散的电阻器内单位长度的功率相等，沿轴向均匀与直流时的情况完全相同，这样保证了负载座的射频-直流替代误差足够小。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负载座，特别是涉及一种用于射频功率测量的量热式负载座。 一种用于射频功率测量的量热式负载座
【背景技术】
[0002] 为了保障装备系统抗电磁干扰能力和满足电离辐射敏感度的测试要求，国内各领 域建造了大量的EMC实验室和专用的EMC测试屏蔽车。其中射频功率作为一项基本的测量 参数，在保证装备系统的效能、无线通信质量、EMC性能测试等所起的作用是非常重要的。目 前，各国的标准实验室均采用量热计法和微量热计法建立射频小功率标准，因为这两种方 法的理论研究比较成熟，所获得的准确度在目前是最高的。量热计法是根据直流替代微波 功率的原理建立起来的，采用这种理论建立的同轴小功率测量标准具有工作频带宽、负载 匹配性能好、特性稳定等特点。国外的一些机构如英国NPL、美国NIST、加拿大NRC等进行 了含有10MHz以下频率范围的功率标准的研制，分别有14mm、7mm、3· 5mm、2. 4mm等传输线形 式，但并未进行N型同轴功率标准的研制。
[0003] 在国内尚未建立10MHz以下频段的射频小功率标准。近年来，随着高新技术的发 展，科研、国防及工业对功率测量的频率范围需求越来越高，本发明基于国际上采用量热计 技术建立同轴功率基准，研制10MHz以下频段的N型同轴射频小功率标准，以填补我国射频 小功率计量标准的空白，满足科研、试验、生产过程中对对射频功率的量值溯源需求。负载 座的设计是射频量热计的关键技术，也是难点之一，要求具有低的电压反射系数和良好的 射频-直流转化特性。同时，为了防止负载内部热量的泄漏和外部热量的影响，负载座的内 外导体选材设计很重要。
[0004] 因此，需要提供一种负载座，以满足现代器件加工和高精密热学测量的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于N型同轴射频功率测量的量热式负载 座，满足于射频小功率测量标准的要求，具有良好的匹配特性，实现了对射频功率高精度和 稳定性测量，保障射频功率量值传递的准确和可靠。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。
[0007] -种用于射频功率测量的量热式负载座，其特征在于，该负载座包括负载电阻元 件、负载内导体过渡段和负载外导体；
[0008] 所述负载外导体的外表面为曳物面，负载内导体过渡段的内表面为曳物面，所述 负载外导体和负载内导体过渡段形成一空气腔；
[0009] 所述负载外导体的曳物面的顶端通过负载电阻元件与所述负载内导体过渡段的 曳物面的顶端相连接。
[0010] 优选的，所述负载电阻元件包括基体，所述基体的外表面包裹有一层射频功率吸 收材料。
[0011] 优选的，所述基体为圆柱形的氧化铍材料。
[0012] 优选的，所述射频功率吸收材料为镍铬耐热合金。
[0013] 优选的，所述基体的两端渡有金或银层。
[0014] 优选的，所述负载外导体的材料为紫铜。
[0015] 优选的，该负载座进一步包括负载外导体隔热段，所述负载外导体隔热段与负载 外导体形成一圆柱形介质腔。
[0016] 优选的，所述负载外导体隔热段为不锈钢材料。
[0017] 优选的，该负载座进一步包括辅助隔热段，所述辅助隔热段与负载外导体隔热段 形成一圆柱形介质空腔。
[0018] 优选的，所述圆柱形介质腔内填充绝缘介质。
[0019] 本发明的有益效果如下：
[0020] 本发明所述技术方案能够实现终端量热式负载座在DC-18GHZ频段内，驻波小于 1.01，采用的曳物线型外导体结构，使电场密度在负载座内传输时保持不变，耗散的电阻 器内单位长度的功率相等，沿轴向均匀与直流时的情况完全相同，这样保证了负载座的射 频-直流替代误差足够小。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明；
[0022] 图1示出本发明所述负载电阻元件的示意图；
[0023] 图2示出本发明所述曳物线轨迹的示意图；
[0024] 图3示出本发明所述一种用于射频功率测量的量热式负载座的剖面图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合一组实施例及附图对本发明做进一步描述。
[0026] 本发明基于直流替代射频功率的原理，将负载电阻节点置于电磁场中，使之直接 吸收射频功率，热节点的温度上升，用直流替代射频功率，假定射频功率和直流功率在量热 体有相等的热效应，那么就可以根据直流功率和温差电动势的关系来确定被测射频功率。 因此，N型同轴射频量热计负载座作为一个重要的射频和直流功率吸收器件，要求具有几乎 近似的直流和射频响应特性，同时，为了防止负载内部热量的泄漏和外部热量的影响，负载 座的内外导体选材设计很重要。本发明的负载座围绕负载电阻的结构为中心，进行负载座 外导体的热容量的设计，以及进行与负载电阻连接的负载座内导体热隔离的设计。
[0027] 本发明公开了一种用于N型同轴射频功率测量的量热式负载座，该负载座包括负 载电阻元件1、负载内导体过渡段2和负载外导体3 ;所述负载外导体3的外表面为曳物面， 负载内导体过渡段2的内表面为曳物面，所述负载外导体3和负载内导体过渡段2形成一 空气腔；所述负载外导体3的曳物面的顶端通过负载电阻元件1与所述负载内导体过渡段 2的曳物面的顶端相连接。
[0028] 可用于射频负载的材料和外型结构较多，本实施例中负载电阻元件采用圆柱形的 氧化铍材料作为基体，基体的外部包裹一层吸收材料，本实施例中吸收材料选用镍铬耐热 合金Nichrome。为了提高负载电阻元件的导热性，基体两端镀上银或金。负载电阻元件的 外形大小与其承受的最大功率有一定关系，相同材料的电阻其外径越大的所承受的功率也 越大。由于所采用的圆柱形电阻其外径要小于N型内导体的外径，必须在负载电阻的前端 设置一段负载内导体过渡段2,用来实现传输线与金属薄膜电阻负载间衔接，能够使电阻负 载吸收效率更高。
[0029] 本实施例中射频负载座的外导体选用紫铜材料，满足具有高热导率和低热容，尽 量少的热时间常数等要求。负载外导体的外表面为曳物面，负载外导体的一端为与N型同 轴隔热传输线相匹配的截面，另一端为曳物面的顶端，负载外导体的外表面设置为曳物面 能使负载座的电阻有效的吸收射频功率，负载外导体的拖曳线面要求尽量光滑。为了防止 负载电阻元件热量的流失，在负载外导体和N型同轴传输线衔接处的外部设有负载外导体 隔热段。本实施例中负载外导体隔热段和负载外导体之间形成一圆柱形的介质空腔，该介 质空腔的内容填充满绝缘的支撑介质，用于保持负载外导体和N型同轴传输线的稳定衔 接。该负载座还包括设置在负载外导体隔热段外部的辅助隔热段，所述辅助隔热段与负载 外导体隔热段形成一圆柱形介质空腔，用于填充绝缘介质，以进一步阻止热量流失，该辅助 隔热段还用于与其他设变相连接。
[0030] 本发明的量热式负载座与N型同轴隔热传输线，以及外部良好的控温和隔热装 置，可组建高精度和稳定性的射频量热计，实现的射频功率测量范围为10uW?50mW，频率 范围为DC?18GHz。本发明的量热式功率座可广泛应用于各级射频功率测量标准，为射频 功率计量检定和校准系统中不可缺少的标准设备。
[0031] 下面通过一组实施例对本发明作进一步描述：
[0032] -种用于N型同轴射频功率的量热式负载座，该负载座结合负载电阻的元器件特 性，采用不同的材料和结构设计隔热的方法，以减少负载电阻元件本身热量的泄漏和受外 界温度变化的影响。
[0033] 如图1所示，负载电阻元件1的设计要符合N型同轴传输线结构。负载电阻元件1 包括：氧化铍基体、射频功率吸收材料以及基体两端镀金或银层。为了保证可靠性，负载电 阻膜的最高温度不能超过规定值，为了限制电阻膜的最高温度，陶瓷基体的热导率就要高， 由于氧化铍陶瓷基体具有很高的热导率（170WAm*K))和绝缘电阻，因此选用氧化铍作为 射频功率电阻的绝缘基体。射频功率吸收材料选用镍铬耐热合金Nichrome，覆盖在陶瓷基 体上呈薄膜状，再在陶瓷基体两端镀上金或银。这种负载电阻原件1具有的特性：宽频率范 围DC?18GHz，负载吸收热量后主要集中在负载两端。其中负载电阻元件的最大功率值与 其尺寸大小有一定的关系，一般来说，用同一种吸收材料设计的薄膜电阻其功率值越大，其 尺寸大小也越大。本发明的负载电阻最大功率值50mW，其L大小约3. 175mm，直径大小约为 1. 52mm，功率范围：DC?18GHz，同时，其电阻阻值精度也会对量热计负载座性能产生影响。 选用的电阻阻值为50 Ω，其精度为1 %。
[0034] 负载座外导体和内导体过渡段的设计。同轴线通常工作于主模TEM模，TEM波又叫 横电磁波，E z = 0，HZ = 0,即电场和磁场只有横向分量，由于所采用的圆柱形射频功率吸热 材料，其外径要小于N型内导体的外径，若直接将传输线与负载电阻对接，即使传输线和负 载电阻的特性阻抗相等，在两同轴的交界处尺寸有突变，使得电场产生变形，这相当于激励 起了非传输型的高次模，影响相当于在传输线上并联了一个电容，这样便不能达到匹配。必 须在负载吸收体的前端设计了一段过渡段，用来实现传输线与金属薄膜电阻负载间衔接， 能够使电阻负载吸收效率更高。电压驻波比是同轴过渡段的设计的一项重要性能指标，为 了保证较低的电压驻波比应重点解决过渡段阻抗匹配的问题，因此在设计过渡段时应尽量 使内外导体的结构简单。根据Harris理论，选用曳物线型的外导体，可以保证电阻座中--Μ 波的传播，消除其他的高次模的产生。
[0035] 如上图2所示曳物线示意图，即被曳物体受垂直于精致状态时绳线方向的牵引力 作用下的运动轨迹，曳物线的参数方程为：
[0036] X = lcos Θ
[0037] y = 1 · In [tan2 ( Θ + ji /4) ] -asin Θ
[0038] 其中Θ为切线和x轴的夹角。若被拖曳直线长度为1，拖曳直线的拖曳点始终在 y轴上，初始状态拖曳点（〇,〇)，（1，〇)。则解得曳物线方程为：
[0039]
【权利要求】
1. 一种用于射频功率测量的量热式负载座，其特征在于，该负载座包括负载电阻元件、 负载内导体过渡段和负载外导体； 所述负载外导体的外表面为曳物面，负载内导体过渡段的内表面为曳物面，所述负载 外导体和负载内导体过渡段形成一空气腔； 所述负载外导体的曳物面的顶端通过负载电阻元件与所述负载内导体过渡段的曳物 面的顶端相连接。
2. 根据权利要求1所述的量热式负载座，其特征在于，所述负载电阻元件包括基体，所 述基体的外表面包裹有一层射频功率吸收材料。
3. 根据权利要求2所述的量热式负载座，其特征在于，所述基体为圆柱形的氧化铍材 料。
4. 根据权利要求2所述的量热式负载座，其特征在于，所述射频功率吸收材料为镍铬 耐热合金。
5. 根据权利要求2所述的量热式负载座，其特征在于，所述基体的两端渡有金或银层。
6. 根据权利要求1所述的量热式负载座，其特征在于，所述负载外导体的材料为紫铜。
7. 根据权利要求1所述的量热式负载座，其特征在于，该负载座进一步包括负载外导 体隔热段，所述负载外导体隔热段与负载外导体形成一圆柱形介质腔。
8. 根据权利要求7所述的量热式负载座，其特征在于，所述负载外导体隔热段为不锈 钢材料。
9. 根据权利要求1所述的量热式负载座，其特征在于，该负载座进一步包括辅助隔热 段，所述辅助隔热段与负载外导体隔热段形成一圆柱形介质空腔。
10. 根据权利要求7至8任意一项所述的量热式负载座，其特征在于，所述圆柱形介质 腔内填充绝缘介质。
【文档编号】G01R21/02GK104155512SQ201410409950
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】张萌 申请人:北京无线电计量测试研究所