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大功率同轴负载的研制


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计量授束  1 9 9 2   Y   2  
个输 出脉 冲。 当脉 冲 数 大 于 1 O  时 ,这 种影  响 将 是 可 以忽 略 不 计 的 。 本 设 计 中时 钟 脉 冲 是 
由 4 MHz晶 振 产 生 的 , 经 1 / 1 6分 频 后 输 入 

/>邑 鳓 

功 率变 换器 一 起 傲 为 整 体 的 功率 或 电 能测 量单  元 来调 整 和 检 定。 因 此 可 以 选 择  一F 变换 
器 的 特 性 , 使 之 与 功率 变换 器 的 非 线 性在 一 定  程 度 上 相互 补 偿是 可能 的。 因此 加 入  一 F变  换器 后, 有 可 能 做 到不 但 布 降 低 2 8 8 5的 准 确  度, 甚至 还 能 使 整 体 的 线 性 有所 改 善 。  

A D6 5 1 。在额定输入时,   一 F 变 换 器 输 出频  率定为 1   0 0 k H z , 当计 数 时 间大 于 1秒 时 将 有 
足 够 高 的 灵 敏 度 。 经 实验 表 明, 这 种  一 F变  换 电 路 整 体 线性 度及 年 变 化 都 优 于 5×1   0 ~,  

另外 不 同的 AD 6 5 1 元 件 的 特 性 曲 线 可 能  略 有差 别 ,但 它 们 稳定 性一 般还 是 较 好 的 , 因  此对 于线 性 度 稍差 的 元件 , 可 以 考 虑 在加 珐 放   大器 电路 中, 通 过 电阻 和 二 极 管组 成 的非 线 性 
网络 提供 少量 的 非 线 性 反 馈 来 补 偿 AD6 5 1 的  非线 性 是 可 行 的。 例 如 图 4所 示 , 反馈 电流 的 

未经补偿的典型测试结果 列于表 1 。 另外我们 
也试验了用 A D6 5 0 这 种 非 同 步 的  一 F 变 换 

嚣 构 成 的 电 路, 它 的 线 路 更加 简单 , 适 当选 择  参 数时 , 其 线 性 度大 俺 上和 A D6 5 1 相 同, 在  频 率 较 低 时 甚 至 于还 优 于 前者 , 但 它的 长期 稳  定 性 受 积 分 电 容 的影 响 比 前 者 要差 一 些 。   此 外 为 了便 于 在使 用 中有 可 随 时 观 测 和 检 
查  一 , 变 换 器 的长 期 稳 定 性 , 在 实 验 电 路 

输 出点 P 也可以接在  一F 变换器积分 电容 
输 入 点, 视 非 线性 曲线 上 凹 或 下 凹 而定 。 但 为 

保 证 不影 响稳 定 性 和 引入 附加 温度 系数 , 建议  补偿量控制在 1   0   以 内为 好 , 这样 补 偿 网络  即使 有 l O   的 相 对 变 化, 对 误 差 影 响 也 不 会超  过 I o "。  

中 ,还 装设 了具 有 年 变化 为 1   0   的 5 V 直 流  基 准 源 , 用来 作 为  一 F 变 换器 长 期 稳 定 性  的 旁 证 , 提 高 了使 用 的 可 靠性 。   在 实 际使 用 时  一 F 变 换 器 通 常 可 以和  表 
功率 变换器 输 出电压 ( V)  
0  

AD6 5 1输 出频率 
0. 000 0  

1   2   3   4  
,   0  

19. 999 4  40. 000 3   60. 002 0   80. 0 030  
90. 999 7  

霹   器  
图 4  

上 述  一 F 变 换器 电路 简 单 , 成 本低 廉 ,  
适 合  ̄2 8 8 5 等 型号 功率 变换 器 配 合 使 用 , 一 般 

实验室都有条件制作,供有关同志参考 。  

负 载 的 研 制 

7 一   /  
㈣ ( 中国计量科学研究院无线电处) 计量   …   了  
摘要

)  

本 文叙述 了大 功率 同轴 负载 的用 途、研 制方 法、设 计 公式及 测试 结果 ,  着 重提 出用错位 法来 代 
' _- r—— 一  

替 过渡 法, 实现 不同尺 寸同 轴线 之间 的过渡 ,使 同轴 负载 的尺 哥 大大缩 减, 并达 到良好 的 匹配 性能 ,  





§ 『  

言 

方 兴 未艾 , 大功 率 信号 广 泛 应 用 在 广 播、 通   讯 导 航 及理 疗 等 许 多领域 , 因 此要 求 有 相 应 


随 着 无 线 电计 量技 术韵 发展 , 中小 信 号参  数 的  量已 较 成 熟 , 但 火功 率 信 号 参 数 的 引? 量 

的 计 量 装 置 来校 准 这些 仪 器 和设 备 。 对一 个 大  . 功 率 计 量 检定 装置 来说 , 高 性能 的大 功率 负 载 



_ …









l  T  

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诗 量拄术 

1   i 神 2  

是装 置 中不 可缺 少的部 舟,其 电压 驻波 比的好  坏将直接影 响系统 的精 旺。 另外, 在电磁兼容 
测 试装 置 中 , 与 横 电 磁 波 ( r E M) 小室 相配 套  的 大功 率 同 轴 负 载也 是 一 个重 要单 元 , 负 载 性 
d   7  

能的好 坏将影响横 电磁波小室的性能。   鉴 于上 述 原 因 , 作 者 设 计 井 研 制 了承 受功 
擎为 I O O W 的 大 功率 同 轴 负 载 , 其技 术指 标  为: 频 段 : D C ̄ 1 0 0 0 MH z , 输 入 阻 抗 :5 O 士 
2   n, 电压 驻 波 比≤ 1 . 0 8 。 这 一 性 能 基 本上 满 



 
一  

』 _   I :  ̄ ' v 4   d :  
1 : 7   l   ;3 2  L   l  

足 了较 高 精 度的 大 功 率 删 试 , 并 达 到 了 美 国 
B i r d 公 司 同类 负 载 的 水 平。  
圉 l  

二 、 设 

计 

参考 资料[ 1 ]   绍,为保证人射功率 几乎  无 反 射地 被 负 载 所 吸 收 , 高 性能 的终 端  载其 
外 导 体 内 腔 形 状 的 母 线 呈 指 数 曲 线, 而内 导 体 

为 圆 柱 形 电阻 。 为 了能 与 L 1 6型 接 头 相 连 ,  
在 指 数 曲 线终 端 与接 头 之 间需 加 入 一 过渡 变换 

段 。 一 般 这 过渡 段采 用圆 锥 俸 过 渡 , 为 了 使负  载 具有 较 好 的 高额 特 性 , 其 圆 锥 体 的 长径 比 应 
太于1 0 , 过 渡 段 就 要 求较 长 的尺 寸, 吸 收 负 载 



2  

段内径尺寸 (  1 2 . 8 )的制约。 由图 1 可见t  
d   =1 2 , 8 / 2 . 3 =5 . 5 6 mm  

的 主段 ( 电 阻段 ) 的长 度 为 1 5 0 am, 这样 整  r 个 负 载 的总 尺 寸 就 相 当长 , 使 用 起 来 极 为 不 

同轴 电 阻卡 圈用 铍 青 铜 加 工 , 璧厚0 . 4 am, r  
可得l  D2 =1 4 . 8×2. 3=3 4 . 0 5 mm 

便。 为使负载 有好 的特性又利于使 用,故在输 
入 部 分 没 有 用 过渡 变换 , 而是 采 用 错位 法将 普 
通的 L 1 6 型 接 头 转换 到 与 同轴 腔 体 匹 配, 经 

其 中, 1 4 . 8 =电阻 的 直 径 (  ̄ i 4 mm) +卡 瞳 壁  
厚。  

错 位 间 隙 △可 借 助 经验 公 式  估 算 , 对 于  图 2所示 阶 梯 错 位 过 渡 , 当特 性 阻 抗 z   =5 0 n 
时, 只要 D/ D   <3 , 可 用下 式 计 算 错 位尺 寸 ;  

过反 复计 算 , 将 整 个 负 载 蕊 缩 到 2 0 0 am ( r 包 
括 n6 一j i =接 头在 内 ) 。   l -过 渡 同轴 接 头 的 设 计  同轴线盼特性阻抗为;  

a=  (1)  

n  

( s)  

z。 =6 0   p , /   I n ( Df d )  

由 此可 得 三 次 错 位 t   A   =( D   / 3, 0 9 ) ] n ( D   / D: ) =( 7 / 3 , 0 9 ) I n   ( 1 2 . 8 / 7 ) =1 . 3 7 am  r △   =( 1 2 . 8 / 8 . 0 9 ) I n ( 3 4 . o 5 / 1 2 . 8 ) = 
4. 0 5r a m 

式 中, D — — 同 轴线 外导 体 的 直 径 ; d 一 一 同  轴 线 内导 体 的 直径 ,   — — 同轴 线内 介 质 的 相 

封磁导率I  , 一
敛。  

同轴线内介质的相 对介电常 
和  均 为 t,  
(2)  

当以 空 气 作 为 介质 时 ,  
Z。 =6 0 】 n ( D/   )  

△   =( 3 2 . 2 1 / 3 . 0 9 ) 1 n ( 3 4 . 0 5 / 3 2 . 2 1 ) = 
0. 5 8r a m 

对于  =5 o D . 的空气 同轴线有t  

由于 △  很小 ,在设计 中可以不考虑  在 
调 试时 可与 △  一 并 处 理 。  
2 .同 轴 腔 俸 的 设 计 

得I   D/ d =e   =e   =2 . 3 0 0 9 8   由 于 同轴 负载 转 接 部 分 受 L 1 6 一 置 螺 纹 

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计 量接 朱 

1 9 9 5 t蚺 2  

同轴 负 载 内 导 体 为 高 频 炭 膜 电 阻 (  1 4  
am) r , 为 了吸 收 垒 部 功 率 , 不引 起 电 渡反 射 ,   就 必 须 保 证 电阻 体 在 整 个长 度上 与 同轴 线 的特  性 阻 抗 处 处 匹 配。 因离 输 入 端距 离越 远 , 电阻  的 阻 值 越 小 , 所以 这段 同轴 线的 特性 阻 抗 应是  新 变 的 , 外 导 体内 腔 母 线 要 做成 指 数 曲 线 , 由  于 同轴 电阻 长 径 比 大 干 1 0 , 可认 为在 同轴 线 内  传 播 的 电磁 渡 为 平 面 波 。 因 此 有 :  
Z   =6 0 l n ( D   ) =R   =  , R/ I   (4)  

D  为外 导 体 内 径 ,  

然 要加 工 这 样 理 想 

的指数曲线腔 }  , 用一 般加 【方法 是 无 法 实现  的 , 而 专 用加 上 成 本 太 高 , 困而 作 者 采 用 六 折  线 法 来 近似 指数 曲线 , 为 使 折 线与 指 数 曲 线 的  偏 离 不 大, 在 选 择 折 线 与指 教 曲 线 吻 台 点 时,  

孝 虑 到外 导 体腔  在 同 轴 电阻 输 入 端处 的  配 
要 求 与 终 端 处 的 匹配 要求 相 比, 前 者 是 关 键。   因 此 在加 工 图纸 设计 时 用 负公 差尺 寸。  

六 折 线 的直 线公 式 为:  
第 一折 线: D- _( 2 . 0 9 x  3 5 O ) / 2 5   第 = 折 线: D   ( 1 8 。 4 9 x +3 4 2 。 2 5 ) / 5 O  
;   ?  

其 中, d 一

同轴 电阻 外径 , d=1 4 am; r f — — 

电 阻段 的长 度 , z=1 5 0 am, r   — — 电 阻 的阻 

值,   =5 0 n; D—— 外 导体 的 内 径 j   — —  为 电阻 上 某 点 到终 端 的 距 离。  
由 上式 可 得 : D   =d - e 丌 代 人 数 值 后 得; D   一1 4 - e     “   (5)   (6)  

由上面 近 似 直 线公 式 算 出的 折 线 与 指 数 曲  线 忙, 差 昕引起 的 电压 驻 波 比 如表 1 ( 表 中 的 电  压驻 渡 比是 将 同轴 负载 视 作无 损 耗 侍输 线时 算 
出) : ’  

王  D  S   五 

0  

5  


l 0  
14。 8 2  

l S  
15。 25  

2 0  
15. 6 7  

2 5  
1 6. 0 9  

3 0  
1 6. 5 6  

3 5  
【 7。 04  

4 0  
17. 5 2  

4 5  
1 B。 0 0  

5 0  
1 8。 49  

1 4   。  1 4 4 2   1 。 0 0  
5 5  

1+ 0 5 8  
60  

l。 0 4 3  
65  

t。 0 2 8  
7 0  

1 . 0 I l  

1. 0 0  

I. 0 1 0  
B 0  

l。 0 1 2  
85  

1 . 0 0 9  
9 0  

1 。 0 0 5  
95  

1 。 0 0  
1 00  

75  

D  ,  

1 9。 0 3  

1 9。 5 8  

2 0. 1 4  

2 0。 6 9  

2t 。 2 4  

2 1 。 8 7  

2 2。 5 0  

2 3. 1 3  

2 3。 7 7  

2 4。 4 0  

鲫 r 月 

1. 0 04  

1 . 00 6  

1 . 0 0 6  

. 00 3  

t 。 0 0  

t 。 00 3  

1 . 0 0 4  

I 。 0 0 4  

f . 0 0 2  

1 . 0 0 C  



3  



4  

如 图 3和 图 4。   兰 、 调试 及结 桌 

在 负载装配完后,要进行调试,即对 负载  的 A间隙 阪 调 整 , 用 阻抗 分析 仪迫 删边 调 负 载 







越 

.  

[t ] 张关投  李光仪,财冠  F‘ 高额集总’ 参 教融抗 
的 计 量 测 试 》 , 计 最  版 社 , 1 9 5 6 。  

终端南顶丝,使负 载具 有良 好匹 配,然后用 阻  
抗 分 析 仪 测 出其 阻抗 和 电压 驻 波 比, 测 量 结 果 

[ 2 ] 蒋金  ,吕仁 清 ‘ 艟 电磁 政 宣的性能总 翁   南 
京工 学院。  


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