如何校准功率探头？

由于功率计在各领域应用广泛，因此保证功率计功率测量值在不同时间和不同地点的重复显得十分重要。这就要求性能良好的设备、好的测量技术以及对功率标准的共同协议。一个功率探头可以向上溯源到国家标准时，便可以认为该测量是有效、可信的。功率量值传递的方式是由用户实验室将自己的功率计量标准送到高一级标准实验室进行校准。然后，用户实验室根据校准鉴定结果向下进行量值传递。而标准实验室的功率标准的量值溯源于国家的功率基准。这样就把功率量值由国家的功率基准逐级地传递到各级校准实验室功率计量标准或功率计上，从而保证了功率量值的准确性和一致性。

在每一级，特定频率段上至少要维持一个功率标准。这样可以定期地将功率探头送到上一级或更高级的功率标准上重新校准，以获得功率探头全频段内一些离散频率点准确有效的校准因子Kh。校准的时间间隔通过观察在连续校准期间功率探头的稳定性来确定，一般校准周期为一年。

终端式功率计功率探头校准的方法通常有交替比较法、传递标准法和六端口法等。通过式的功率座一般直接用终端式功率计进行校准。下面介绍常用的交替比较法、传递标准法。

1）交替比较法

图7-5　交替比较法原理框图

当功率量值传递的准确度不高时，可采用此种方法。交替比较法校准装置的构成比较简单，它是由稳幅信号源、终端式标准功率计组成。交替比较法是利用高一级的标准功率探头（已知有效效率和校准因子）校准被测功率探头。校准程序是：将标准功率计和被校功率计交替地接到稳定的信号源上，信号源的输出保持不变，那么被校功率计所吸收的功率P和标准功率计所吸收的功率P存在一特定关系，从而得到被校功率计的校准因子。图7-5是交替比较法的原理框图。

当标准功率探头接到稳幅信号源的输出端时，入射到标准功率探头的入射功率P表示为：

式中，P0为信号源传输到无反射负载上的功率，Γs为标准功率探头的反射系数，Γg为信号源的反射系数。

同理，将被校功率探头接在稳幅信号源的输出端，并假设信号源输出功率幅度保持不变（即P不变）。入射到被校功率探头的入射功率P为：(www.xing528.com)

式中，Γu为被校功率探头的反射系数。

2）传递标准法

传递标准法是目前最为通用的一种功率探头校准方法，通常是利用一个三端口器件（如高方向性的定向耦合器或对称性良好的两电阻功分器）和PIN管等组成稳幅环路，以减小源端反射系数（即实现等效信号源的功能），形成低反射系数等效信号源。它由定向耦合器或功分器、标准功率计及标准功率探头组成，传递标准法是目前小功率探头校准使用最广泛的一种方法，例如美国Weinschel公司的SYSTEM II中通过式功率标准P1109和F1117A就是这种功率标准，其原理框图如图7-6所示。

图7-6　自动功率校准系统原理框图

这种传递标准由高一级的功率标准定标后，确定出校准因子Kc：

式中，Pcs为功率标准的替代功率（即标准指示功率），P0为信号源传输到无反射负载上的功率（即被校功率探头端口接无反射负载时的输出功率）。

当被校的功率探头接在定向耦合器主臂或功分器的测试端口时，入射到被校功率计的微波功率为Piu：