功率測量定義
單位時間內(nèi)所完成的功稱為功率。功率單位“瓦”(W) 表示在 1秒內(nèi)完成1焦耳功所需的功率。實用中又常用分貝瓦(dBW)表示以1瓦為參考電平來描述功率電平的對數(shù)式單位；分貝毫瓦(dBm)則表示以1毫瓦為參考電平。如1瓦可記為0分貝瓦或30分貝毫瓦,10微瓦可記為-50分貝瓦或-20分貝毫瓦。在直流或低頻時,常常通過測量負載上的電壓U、電流I 和它們之間的相位角φ來代替直接計算功率：P=UIcosφ
在射頻頻段，大多用電壓來表征電磁能的量，但當(dāng)頻段上升到微波時，在非橫磁波傳輸系統(tǒng)中電壓失去唯一性定義而呈現(xiàn)非單值性，因而又以測量功率為主?，F(xiàn)代應(yīng)用傳輸橫磁波的同軸線已使頻段擴展到18吉赫甚至26.5吉赫以上，為在微波頻段測量電壓創(chuàng)造了條件，但這并不影響功率測量在實際應(yīng)用中的地位。如發(fā)射機的發(fā)射功率、微波接收機的靈敏度、放大器的增益等均以功率電平表征，以功率測量定標(biāo)。
功率測量功率計
功率計可依測量方式、工作原理、量程大小、被測信號形式和傳輸線類型等進行分類。根據(jù)功率計接入傳輸系統(tǒng)的方式可分為吸收(終端)式和通過式功率計。
吸收式功率計是作為被測系統(tǒng)的終端負載，吸收輸出功率。
通過式功率計僅吸收被測系統(tǒng)中的部分采樣功率。功率測量靠變換器把電磁能量變換成熱、電、力、光等易于測量的能量。功率計依所用的變換器可分為熱效應(yīng)功率計（如量熱式功率計、測熱電阻功率計和熱電式功率計等）、有質(zhì)功率計、電子式功率計（二極管功率計和霍耳效應(yīng)功率計）、鐵氧體功率計和量子干涉效應(yīng)功率計等。根據(jù)測量的功率量程可分為小功率計、中功率計和大功率計。一般功率量程小于10毫瓦者為小功率計、10毫瓦至10瓦者為中功率計，大于10瓦的為大功率計，但限量的劃分尚無嚴(yán)格統(tǒng)一的規(guī)定。根據(jù)被測信號形式分為連續(xù)波功率計和脈沖功率計，根據(jù)傳輸線類型分為同軸功率計和波導(dǎo)功率計。
功率計按量程可分為大功率計（大于10W）、中功率計（10mW～10W）和小功率計（小于10mW）。
功率測量造價信息
功率測量概述
單位時間內(nèi)所完成的功稱為功率。功率測量是指對元器件或部件所消耗功率的測定。
通過功率測量可確定電路的工作效率，也可以確定信號發(fā)生器的功率、接收機的靈敏度以及放大器的增益等參數(shù)。
功率測量定義
單位時間內(nèi)所完成的功稱為功率。功率單位"瓦"(W) 表示在 1秒內(nèi)完成1焦耳功所需的功率。實用中又常用分貝瓦(dBW)表示以1瓦為參考電平來描述功率電平的對數(shù)式單位;分貝毫瓦(dBm)則表示以1毫瓦為參考電平。如1瓦可記為0分貝瓦或30分貝毫瓦,10微瓦可記為-50分貝瓦或-20分貝毫瓦。在直流或低頻時,常常通過測量負載上的電壓U、電流I 和它們之間的相位角φ來代替直接計算功率:P=UIcosφ
在射頻頻段，大多用電壓來表征電磁能的量，但當(dāng)頻段上升到微波時，在非橫磁波傳輸系統(tǒng)中電壓失去唯一性定義而呈現(xiàn)非單值性，因而又以測量功率為主?，F(xiàn)代應(yīng)用傳輸橫磁波的同軸線已使頻段擴展到18吉赫甚至26.5吉赫以上，為在微波頻段測量電壓創(chuàng)造了條件，但這并不影響功率測量在實際應(yīng)用中的地位。如發(fā)射機的發(fā)射功率、微波接收機的靈敏度、放大器的增益等均以功率電平表征，以功率測量定標(biāo)。
功率測量功率計
功率計可依測量方式、工作原理、量程大小、被測信號形式和傳輸線類型等進行分類。根據(jù)功率計接入傳輸系統(tǒng)的方式可分為吸收(終端)式和通過式功率計。
吸收式功率計是作為被測系統(tǒng)的終端負載，吸收輸出功率。
通過式功率計僅吸收被測系統(tǒng)中的部分采樣功率。功率測量靠變換器把電磁能量變換成熱、電、力、光等易于測量的能量。功率計依所用的變換器可分為熱效應(yīng)功率計(如量熱式功率計、測熱電阻功率計和熱電式功率計等)、有質(zhì)功率計、電子式功率計(二極管功率計和霍耳效應(yīng)功率計)、鐵氧體功率計和量子干涉效應(yīng)功率計等。根據(jù)測量的功率量程可分為小功率計、中功率計和大功率計。一般功率量程小于10毫瓦者為小功率計、10毫瓦至10瓦者為中功率計，大于10瓦的為大功率計，但限量的劃分尚無嚴(yán)格統(tǒng)一的規(guī)定。根據(jù)被測信號形式分為連續(xù)波功率計和脈沖功率計，根據(jù)傳輸線類型分為同軸功率計和波導(dǎo)功率計。
功率計按量程可分為大功率計(大于10W)、中功率計(10mW~10W)和小功率計(小于10mW)。
功率測量的基本方法可分為兩類:一類是直接測量元、器件的端電壓和通過的電流，通過計算得出待測功率，這一類功率計用于測量直流或低頻功率;另一類是將電磁能量轉(zhuǎn)換成易于測量的形式，例如熱能、光能等，然后以間接方式測出功率。這一類功率計主要應(yīng)用于射頻和微波波段，例如，量熱計式功率計、測熱電阻或變熱電阻功率計以及光度計式功率計等，都是基于能量轉(zhuǎn)換的原理來實現(xiàn)功率測量的。
在直流或低頻段可使用直接按瓦特(W)刻度的瓦特表。在射頻和微波段常采用量熱計法、測熱電阻法、微量熱計法和熱電法、光度計法等。
功率測量量熱計法
將電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能來測量。變換器是感應(yīng)、吸收電磁 能量的負載，稱為量熱體。負載吸收功率,使之轉(zhuǎn)換成熱能，從而量熱體溫度上升，檢測其溫差熱電勢，根據(jù)功率和熱電勢間的關(guān)系來確定被測功率。
量熱體有干負載、流體(水、油等)負載之分。實際測量中常采用替代技術(shù)來校準(zhǔn)溫度測量裝置，用已知的直流(或低頻)功率來替代被測射頻或微波功率。量熱式功率計的工作頻段已達毫米波段，量程可分別做成大、中、小功率范圍，單個儀器動態(tài)范圍達30~40分貝，測量誤差可達千分之幾。量熱式功率計的主要優(yōu)點是準(zhǔn)確度高、可靠性好、動態(tài)范圍大、阻抗匹配好;缺點是結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)復(fù)雜，對環(huán)境溫度和測試設(shè)備要求苛刻，而且測試時間長。因它能獲得很高的測量準(zhǔn)確度，世界各國都采用它作為國家功率標(biāo)準(zhǔn)。采用自動反饋電路可大大縮短測試時間，改善測量的精密度。
量熱式功率計可分為替代靜止式和替代流動式量熱計，其主要技術(shù)指標(biāo)為:頻率范圍:同軸系統(tǒng)一般到10吉赫(有的可達18吉赫),波導(dǎo)系統(tǒng)可達毫米波;量程:靜止式為10毫瓦~1瓦(10瓦),流動式量熱計常用來測量大功率,例如水負載量熱計,量程可達2000瓦;誤差:±3%~±10%;電壓駐波比:1.5左右。靜止量熱計式功率計，是一種量熱媒質(zhì)靜止不動的量熱功率計，它由一個吸收電磁能量的隔熱負載和測量負載溫升的裝置組成。隔熱負載與周圍環(huán)境保持完全隔熱，當(dāng)負載吸收高頻功率時，溫度隨時間而上升，若測出負載在△t時間內(nèi)的溫升△T，便可求出在該時間內(nèi)的平均功率。流動量熱計式功率計，是一種量熱媒質(zhì)不斷流動的量熱功率計，由在液體中將電磁能量轉(zhuǎn)變成熱能的負載、使液體循環(huán)流動的系統(tǒng)以及測量循環(huán)液體溫差的裝置組成。流動的媒質(zhì)由于吸收負載傳遞的熱量，在液體出口處的溫度將高于入口處的溫度，測出溫差△T，便可求出被測功率。流動量熱計式功率計通常用于測量中功率與大功率;而靜止量熱計式功率計常用來測量小功率。測量精確度約為0.2~5%。
功率測量測熱電阻法
也稱測輻射熱器法，利用某些對溫度敏感的電阻元件在吸收電磁能量后阻值變化的特性來測量功率。常用自動平衡電橋的直流或音頻功率來替代測量射頻或微波功率(圖1)。所用的溫度敏感的電阻元件稱為測熱電阻，主要有正溫度系數(shù)的鎮(zhèn)流電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻。它適用于測量小功率，經(jīng)功率標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)后可作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)。用阻抗法定度效率后來測定功率，準(zhǔn)確度達±0.5%,有的國家用它作為國家標(biāo)準(zhǔn)。典型的測熱電阻功率計的主要技術(shù)指標(biāo)為:頻率范圍:同軸、波導(dǎo)系統(tǒng)為 2.6~40吉赫;量程:10微瓦~10毫瓦;誤差:±(3~5)%;電壓駐波比:1.5左右。
圖中所示為測熱電阻功率計原理，RT為熱敏電阻， 它的阻值是溫度的函數(shù)。具有正溫度系數(shù)的稱為測熱電阻;具有負溫度系數(shù)的稱為熱變電阻。未加高頻信號時RT=R，電橋達到平衡，電流計G指示為零。加上高頻信號時RT吸收功率，阻值改變，電橋失去平衡，電流計G偏轉(zhuǎn)。G偏轉(zhuǎn)的大小取決于吸收功率的大小，由此可以通過校準(zhǔn)，從電流計G直接讀出被測功率。當(dāng)測量微波波段(分米波、厘米波段等)中、小功率時，常使用由鉍--銻熱電偶和電子電壓表等組成的微波功率計。
測熱電阻功率計是廣泛使用的一種小功率計。它的優(yōu)點是體積小，靈敏度高，響應(yīng)時間快，使用方便;缺點是過載能力差，容易燒毀(主要是鎮(zhèn)流電阻式功率計)，易受環(huán)境溫度影響，寬頻帶阻抗匹配困難。
功率測量微量熱計法
用測熱電阻元件作為量熱體,用量熱計法原理高準(zhǔn)確度確定測熱電阻座的有效功率，然后用測熱電阻座配以高準(zhǔn)確度的電橋來單獨測量功率。這種方法的優(yōu)點是準(zhǔn)確度高,速度快和使用方便。許多國家都用它建立小功率國家標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確度達±(0.2~0.5)%。
功率測量熱電法
借助于熱電元件將電磁能量變?yōu)闊崮懿y量由于發(fā)熱所形成的 熱電勢，熱電勢與熱電元件所耗散的射頻與微波功率成正比。熱電元件是耗散射頻或微波能量的負載，又是將射頻或微波能量轉(zhuǎn)換成直流熱電勢的熱電偶器件。新型的熱電敏感器和熱電薄膜功率計已獲得廣泛應(yīng)用。這種功率計的優(yōu)點是頻帶寬(50兆赫~26.5吉赫)，動態(tài)范圍寬(100微瓦~3瓦)，低噪聲零點漂移小，靈敏度高(可達0.1納瓦),響應(yīng)時間快和數(shù)字顯示等。缺點是過載能力差，容易燒毀，長期穩(wěn)定性尚待改善。
這些使用熱效應(yīng)法的功率計與已定度的衰減器或定向耦合器組合起來，可擴展功率量程，制成吸收式或通過式中、大功率計。
隨著電子學(xué)和航天技術(shù)的迅速發(fā)展，脈沖調(diào)制的射頻和微波系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。這類系統(tǒng)的基本參量之一是脈沖峰值功率。脈沖峰值功率是指出現(xiàn)脈沖功率最大值的載波周期內(nèi)的平均功率，而脈沖功率是指在一個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的平均功率。對于理想的矩形脈沖,峰值功率等于脈沖功率。測量脈沖峰值功率的方法主要有:①從測量出的平均功率計算脈沖峰值功率;②峰值檢波法;③鎮(zhèn)流電阻積分微分法;④取樣比較法;⑤陷波法。脈沖峰值功率測量中準(zhǔn)確度較高的是陷波法，主要技術(shù)指標(biāo)為:頻率范圍:同軸系統(tǒng)0.95~2.35吉赫,和4.0~4.4吉赫,波導(dǎo)系統(tǒng)8.2~12.4吉赫;量程:10微瓦~10千瓦;準(zhǔn)確度:同軸系統(tǒng)約±3%，波導(dǎo)系統(tǒng)約為±(4~6)%。此外還出現(xiàn)了帶接口的可程控智能功率計，它可與其他儀器組成自動測試系統(tǒng)。
功率測量光度計法
利用特殊白熾燈作為負載，吸收功率時此燈燃明，然后再通過光度計與50Hz市電電源加熱后的發(fā)光亮度進行比較，從而測得被測功率。此種比較法測量功率稱為光度計法。
光度計法可用于厘米波段，功率測量范圍從十分之幾到100瓦，測量精確度約±10%。
微波功率量值傳遞的關(guān)鍵是減小失配誤差。功率的量值傳遞方法大致可分為四類。
①交替連接比較法
交替連接比較法:把標(biāo)準(zhǔn)功率計和被校功率計交替接到穩(wěn)定的信號源上進行校準(zhǔn)。這種方法的誤差較大，但簡單易行，在準(zhǔn)確度要求不高的情況下廣泛使用。
②單定向耦合器直接比較法
單定向耦合器直接比較法:利用定向耦合器-功率檢波器組合,提供一個穩(wěn)幅的低反射系數(shù)的等效信號源。當(dāng)采用調(diào)配措施后，可使等效信號源的反射系數(shù)小于0.005，減小失配誤差,然后用功率標(biāo)準(zhǔn)對其校準(zhǔn)，確定校準(zhǔn)系數(shù)后可作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)，用來單獨校準(zhǔn)其他功率計。這種傳遞標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)信號頻率為18吉赫時校準(zhǔn)系數(shù)的準(zhǔn)確度可達到 ±2%左右。這種方法廣泛用于功率量值傳遞(微波功率國際比對就是這樣進行的)。
③調(diào)配反射計法
調(diào)配反射計法:為了有效地消除失配誤差、提高功率測量和量值傳遞的準(zhǔn)確度，1960年開始采用反射計法進行功率量值傳遞，利用調(diào)配反射計技術(shù)，有效地將入射波與反射波分開以消除失配誤差。但這種方法復(fù)雜，技術(shù)要求很高。
④ 功率方程法
功率方程法:1969年G.F.恩金提出一種描述和計算微波系統(tǒng)的"功率方程概念"，用傳輸?shù)膬艄β蔬@一基本實數(shù)參量替代電路理論中的復(fù)數(shù)行波波幅來分析和計算微波系統(tǒng),放寬了對均勻波導(dǎo),特別是對精密同軸接頭的要求，對失配誤差的修正提出了一個確定解，克服了電路理論只能估計失配誤差極限的缺點。功率方程法采用廣義反射計技術(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。它測量兩個實數(shù)的失配因子，對失配誤差進行精確修正，測量準(zhǔn)確度可達到±0.2%。
功率測量的基本方法可分為兩類：一類是直接測量元、器件的端電壓和通過的電流，通過計算得出待測功率，這一類功率計用于測量直流或低頻功率；另一類是將電磁能量轉(zhuǎn)換成易于測量的形式，例如熱能、光能等，然后以間接方式測出功率。這一類功率計主要應(yīng)用于射頻和微波波段，例如，量熱計式功率計、測熱電阻或變熱電阻功率計以及光度計式功率計等，都是基于能量轉(zhuǎn)換的原理來實現(xiàn)功率測量的。
在直流或低頻段可使用直接按瓦特(W)刻度的瓦特表。在射頻和微波段常采用量熱計法、測熱電阻法、微量熱計法和熱電法、光度計法等。
功率測量量熱計法
將電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能來測量。變換器是感應(yīng)、吸收電磁 能量的負載，稱為量熱體。負載吸收功率,使之轉(zhuǎn)換成熱能，從而量熱體溫度上升，檢測其溫差熱電勢，根據(jù)功率和熱電勢間的關(guān)系來確定被測功率。
量熱體有干負載、流體(水、油等)負載之分。實際測量中常采用替代技術(shù)來校準(zhǔn)溫度測量裝置，用已知的直流（或低頻）功率來替代被測射頻或微波功率。量熱式功率計的工作頻段已達毫米波段，量程可分別做成大、中、小功率范圍，單個儀器動態(tài)范圍達30～40分貝，測量誤差可達千分之幾。量熱式功率計的主要優(yōu)點是準(zhǔn)確度高、可靠性好、動態(tài)范圍大、阻抗匹配好；缺點是結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)復(fù)雜，對環(huán)境溫度和測試設(shè)備要求苛刻，而且測試時間長。因它能獲得很高的測量準(zhǔn)確度，世界各國都采用它作為國家功率標(biāo)準(zhǔn)。采用自動反饋電路可大大縮短測試時間，改善測量的精密度。
量熱式功率計可分為替代靜止式和替代流動式量熱計，其主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍：同軸系統(tǒng)一般到10吉赫（有的可達18吉赫）,波導(dǎo)系統(tǒng)可達毫米波;量程:靜止式為10毫瓦～1瓦（10瓦）,流動式量熱計常用來測量大功率,例如水負載量熱計,量程可達2000瓦;誤差:±3%～±10%；電壓駐波比：1.5左右。靜止量熱計式功率計，是一種量熱媒質(zhì)靜止不動的量熱功率計，它由一個吸收電磁能量的隔熱負載和測量負載溫升的裝置組成。隔熱負載與周圍環(huán)境保持完全隔熱，當(dāng)負載吸收高頻功率時，溫度隨時間而上升，若測出負載在△t時間內(nèi)的溫升△T，便可求出在該時間內(nèi)的平均功率。流動量熱計式功率計，是一種量熱媒質(zhì)不斷流動的量熱功率計，由在液體中將電磁能量轉(zhuǎn)變成熱能的負載、使液體循環(huán)流動的系統(tǒng)以及測量循環(huán)液體溫差的裝置組成。流動的媒質(zhì)由于吸收負載傳遞的熱量，在液體出口處的溫度將高于入口處的溫度，測出溫差△T，便可求出被測功率。流動量熱計式功率計通常用于測量中功率與大功率；而靜止量熱計式功率計常用來測量小功率。測量精確度約為0．2～5%。
功率測量測熱電阻法
也稱測輻射熱器法，利用某些對溫度敏感的電阻元件在吸收電磁能量后阻值變化的特性來測量功率。常用自動平衡電橋的直流或音頻功率來替代測量射頻或微波功率（圖1）。所用的溫度敏感的電阻元件稱為測熱電阻，主要有正溫度系數(shù)的鎮(zhèn)流電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻。它適用于測量小功率，經(jīng)功率標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)后可作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)。用阻抗法定度效率后來測定功率，準(zhǔn)確度達±0.5%,有的國家用它作為國家標(biāo)準(zhǔn)。典型的測熱電阻功率計的主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍：同軸、波導(dǎo)系統(tǒng)為 2.6～40吉赫；量程：10微瓦～10毫瓦；誤差：±（3～5）%；電壓駐波比:1.5左右。
圖中所示為測熱電阻功率計原理，RT為熱敏電阻， 它的阻值是溫度的函數(shù)。具有正溫度系數(shù)的稱為測熱電阻；具有負溫度系數(shù)的稱為熱變電阻。未加高頻信號時RT=R，電橋達到平衡，電流計G指示為零。加上高頻信號時RT吸收功率，阻值改變，電橋失去平衡，電流計G偏轉(zhuǎn)。G偏轉(zhuǎn)的大小取決于吸收功率的大小，由此可以通過校準(zhǔn)，從電流計G直接讀出被測功率。當(dāng)測量微波波段（分米波、厘米波段等）中、小功率時，常使用由鉍——銻熱電偶和電子電壓表等組成的微波功率計。
測熱電阻功率計是廣泛使用的一種小功率計。它的優(yōu)點是體積小，靈敏度高，響應(yīng)時間快，使用方便；缺點是過載能力差，容易燒毀（主要是鎮(zhèn)流電阻式功率計），易受環(huán)境溫度影響，寬頻帶阻抗匹配困難。
功率測量微量熱計法
用測熱電阻元件作為量熱體,用量熱計法原理高準(zhǔn)確度確定測熱電阻座的有效功率，然后用測熱電阻座配以高準(zhǔn)確度的電橋來單獨測量功率。這種方法的優(yōu)點是準(zhǔn)確度高,速度快和使用方便。許多國家都用它建立小功率國家標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確度達±(0.2～0.5)%。
功率測量熱電法
借助于熱電元件將電磁能量變?yōu)闊崮懿y量由于發(fā)熱所形成的 熱電勢，熱電勢與熱電元件所耗散的射頻與微波功率成正比。熱電元件是耗散射頻或微波能量的負載，又是將射頻或微波能量轉(zhuǎn)換成直流熱電勢的熱電偶器件。新型的熱電敏感器和熱電薄膜功率計已獲得廣泛應(yīng)用。這種功率計的優(yōu)點是頻帶寬（50兆赫～26.5吉赫），動態(tài)范圍寬（100微瓦～3瓦），低噪聲零點漂移小，靈敏度高（可達0.1納瓦）,響應(yīng)時間快和數(shù)字顯示等。缺點是過載能力差，容易燒毀，長期穩(wěn)定性尚待改善。
這些使用熱效應(yīng)法的功率計與已定度的衰減器或定向耦合器組合起來，可擴展功率量程，制成吸收式或通過式中、大功率計。
隨著電子學(xué)和航天技術(shù)的迅速發(fā)展，脈沖調(diào)制的射頻和微波系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。這類系統(tǒng)的基本參量之一是脈沖峰值功率。脈沖峰值功率是指出現(xiàn)脈沖功率最大值的載波周期內(nèi)的平均功率，而脈沖功率是指在一個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的平均功率。對于理想的矩形脈沖,峰值功率等于脈沖功率。測量脈沖峰值功率的方法主要有:①從測量出的平均功率計算脈沖峰值功率;②峰值檢波法;③鎮(zhèn)流電阻積分微分法；④取樣比較法；⑤陷波法。脈沖峰值功率測量中準(zhǔn)確度較高的是陷波法，主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍:同軸系統(tǒng)0.95～2.35吉赫,和4.0～4.4吉赫,波導(dǎo)系統(tǒng)8.2～12.4吉赫;量程：10微瓦～10千瓦;準(zhǔn)確度:同軸系統(tǒng)約±3%，波導(dǎo)系統(tǒng)約為±(4～6)%。此外還出現(xiàn)了帶接口的可程控智能功率計，它可與其他儀器組成自動測試系統(tǒng)。
功率測量光度計法
利用特殊白熾燈作為負載，吸收功率時此燈燃明，然后再通過光度計與50Hz市電電源加熱后的發(fā)光亮度進行比較，從而測得被測功率。此種比較法測量功率稱為光度計法。
光度計法可用于厘米波段，功率測量范圍從十分之幾到100瓦，測量精確度約±10%。
功率測量簡介常見問題
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微波功率量值傳遞的關(guān)鍵是減小失配誤差。功率的量值傳遞方法大致可分為四類。
①交替連接比較法
交替連接比較法：把標(biāo)準(zhǔn)功率計和被校功率計交替接到穩(wěn)定的信號源上進行校準(zhǔn)。這種方法的誤差較大，但簡單易行，在準(zhǔn)確度要求不高的情況下廣泛使用。
②單定向耦合器直接比較法
單定向耦合器直接比較法:利用定向耦合器-功率檢波器組合,提供一個穩(wěn)幅的低反射系數(shù)的等效信號源。當(dāng)采用調(diào)配措施后，可使等效信號源的反射系數(shù)小于0.005，減小失配誤差,然后用功率標(biāo)準(zhǔn)對其校準(zhǔn)，確定校準(zhǔn)系數(shù)后可作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)，用來單獨校準(zhǔn)其他功率計。這種傳遞標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)信號頻率為18吉赫時校準(zhǔn)系數(shù)的準(zhǔn)確度可達到 ±2%左右。這種方法廣泛用于功率量值傳遞（微波功率國際比對就是這樣進行的）。
③調(diào)配反射計法
調(diào)配反射計法：為了有效地消除失配誤差、提高功率測量和量值傳遞的準(zhǔn)確度，1960年開始采用反射計法進行功率量值傳遞，利用調(diào)配反射計技術(shù)，有效地將入射波與反射波分開以消除失配誤差。但這種方法復(fù)雜，技術(shù)要求很高。
④ 功率方程法
功率方程法：1969年G.F.恩金提出一種描述和計算微波系統(tǒng)的“功率方程概念”，用傳輸?shù)膬艄β蔬@一基本實數(shù)參量替代電路理論中的復(fù)數(shù)行波波幅來分析和計算微波系統(tǒng),放寬了對均勻波導(dǎo),特別是對精密同軸接頭的要求，對失配誤差的修正提出了一個確定解，克服了電路理論只能估計失配誤差極限的缺點。功率方程法采用廣義反射計技術(shù)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。它測量兩個實數(shù)的失配因子，對失配誤差進行精確修正，測量準(zhǔn)確度可達到±0.2%。 解讀詞條背后的知識
功率測量簡介文獻
實驗六__微波功率測量和衰減測量
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亞美微波 YAMEI MICROWAVE - 26 - 實驗六 微波功率測量和衰減測量 一、實驗?zāi)康暮鸵?熟悉微波功率測量的原理， 掌握利用微波功率計測量微波功率的方法。 熟悉 可變衰減器的工作原理，掌握可變衰減器的使用方法及其應(yīng)用。 二、實驗內(nèi)容 利用可變衰減器衰減量的改變使微波功率計獲得的功率發(fā)生變化， 掌握微波 功率測量的方法。了解信號源工作狀態(tài)“等幅” 、“方波”時微波功率的變化。 三、實驗原理 在微波范圍內(nèi)，功率和衰減是重要的基本量數(shù)據(jù)。 1． GX2C微波功率計 微波波段功率的測量方法不同于低頻功率的測量方法。 低頻功率的測量是通 過電壓、電流和阻抗的測量來實現(xiàn)的。 微波功率測量一般是通過各種換能元件 （或 檢測元件）把微波功率變換為易于直接測量的其它能量形式 （如熱能、低頻電能 等）再進行測量。微波功率計按靈敏度和測量范圍可分為大功率計、 中功率計和 小功率計。按用途微
基于定向耦合器的高頻功率測量
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為實現(xiàn)發(fā)射機大功率的準(zhǔn)確測量和有效保護,詳細闡述了定向耦合器的原理、參數(shù)標(biāo)定和功率測量方法,并以該方法測試已有的發(fā)射機輸出功率。從測試結(jié)果分析得出,該方法具有安裝簡易、精度高、可動態(tài)標(biāo)定的優(yōu)點。通過在高頻功率源與諧振加速腔之間安裝定向同軸耦合器,經(jīng)測量標(biāo)定后,可實現(xiàn)在線測量出功率源的輸出功率、駐波比,將測量結(jié)果反饋給控保和監(jiān)測系統(tǒng)后,可完成在線大功率測量和設(shè)備的可靠控制與保護。
本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項目 審核 。
- 中文名稱
- 核功率測量
- 英文名稱
- nuclear power instrumentation
- 定 義
- 通過測量反應(yīng)堆中子注量率，再換算成功率的間接測量方法。反應(yīng)堆從臨界至滿功率狀態(tài)的中子注量率水平一般變化十多個數(shù)量級，因而通過測量其分源區(qū)、中間區(qū)和功率區(qū)三個交界處相互疊加的測量區(qū)段來實現(xiàn)。
- 應(yīng)用學(xué)科
- 電力（一級學(xué)科），核電（二級學(xué)科）
【學(xué)員問題】有功功率測量？
【解答】測量有功功率的儀表稱為有功功率表，簡稱功率表，或功率計、瓦特計、瓦特表等。
功率計可分為：直流功率計、工頻功率計和變頻功率計。由于直流功率等于電壓和電流的簡單乘積，實際測量中，一般采用電壓表和電流表替代。工頻功率計是應(yīng)用較普遍的功率計，常說的功率計一般都是指工頻功率計。變頻功率計是21世紀(jì)變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。其測量對象為變頻電量，變頻電量是指用于傳輸功率的，并且滿足下述條件之一的交流電量：
1、信號頻譜僅包含一種頻率成分，而頻率不局限于工頻的交流電信號。
2、信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分的電信號。
變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。
除了變頻器輸出的PWM波，二極管整流的變頻器輸入的電流波形，直流斬波器輸出的電壓波形，變壓器空載的輸入電流波形等，均含有較大的諧波。
由于變頻電量的頻率成分復(fù)雜，變頻功率計的測量一般包括基波有功功率（簡稱基波功率）、諧波有功功率（簡稱諧波功率）、總有功功率等，相比工頻功率計而言，其功能較多，技術(shù)較復(fù)雜，一般稱為變頻功率分析儀或?qū)掝l功率分析儀，部分高精度功率分析儀也適用于變頻電量測量。
變頻功率分析儀可以作為工頻功率分析儀使用，除此之外，一般還需滿足下述要求：
1、滿足必要的帶寬要求，并且采樣頻率應(yīng)高于儀器帶寬的兩倍。
2、要求分析儀在較寬的頻率范圍之內(nèi)，精度均能滿足一定的要求。
3、具備傅里葉變換功能，可以分離信號的基波和諧波。
以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。
功率電阻功率測量
功率測量用于測量電氣設(shè)備消耗的功率，廣泛應(yīng)用于家用電器、照明設(shè)備、工業(yè)用機器等研究開發(fā)或生產(chǎn)線等領(lǐng)域中。本文重點介紹了幾種功率測量的方法及其具體應(yīng)用。
1功率測量技術(shù)
測量功率有4種方法:
(1)二極管檢測功率法
(2)等效熱功耗檢測法
(3)真有效值/直流(TRMS/DC)轉(zhuǎn)換檢測功率法
(4)對數(shù)放大檢測功率法。
下面分別介紹這4種方法并對各自的優(yōu)缺點加以比較。
1.1 利用二極管檢測功率法
用二極管檢測輸入功率的電路如圖l所示，圖1(a)為簡單的半波整流、濾波電路，該電路的總輸入電阻為50Ω。D為整流管，C為濾波電容。射頻輸入功率PIN經(jīng)過整流濾波后得到輸出電壓U0。但是當(dāng)環(huán)境溫度升高或降低時U0會顯著變化。圖1(b)為經(jīng)過改進后的二極管檢測輸入功率的電路，該電路增加了溫度補償二極管D2，可對二極管D1的整流電壓進行溫度補償。二極管具有負的溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高時D1的壓降會減小，但D2的壓降也同樣地減小，最終使輸出電壓仍保持穩(wěn)定。
需要指出，二極管檢測電路是以平均值為響應(yīng)的，它并不能直接測量輸入功率的有效值，而是根據(jù)正弦波有效值與平均值的關(guān)系來間接測量有效值功率的。顯然，當(dāng)被測波形不是正弦波時，波峰因數(shù)就不等于1.4142，此時會產(chǎn)生較大的測量誤差。
1.2 等效熱功耗檢測法
等效熱功耗檢測法的電路如圖2所示。它是把一個未知的交流信號的等效熱量和一個直流參考電壓的有效熱量進行比較。當(dāng)信號電阻(R1)與參考電阻(R2)的溫度差為零時，這兩個電阻的功耗是相等的，因此未知信號電壓的有效值就等于直流參考電壓的有效值。R1、R2為匹配電阻，均采用低溫度系數(shù)的電阻，二者的電壓降分別為KU1和KU0。為了測量溫差，在R1、R2附近還分別接著電壓輸出式溫度傳感器A、B，亦可選用兩支熱電偶來測量溫差。在R1和R2上還分別串聯(lián)著過熱保護電阻。
盡管等效熱功耗檢測法的原理非常簡單，但在實際應(yīng)用中很難實現(xiàn)，并且這種檢測設(shè)備的價格非常昂貴。
1.3 真有效值/直流(TRMS/DC)轉(zhuǎn)換檢測功率法
真有效值/直流轉(zhuǎn)換檢測功率法的最大優(yōu)點是測量結(jié)果與被測信號的波形無關(guān)，這就是"真正有效值"的含義。因此，它能準(zhǔn)確測量任意波形的真有效值功率。測量真有效值功率的第一種方法是采用單片真有效值/直流轉(zhuǎn)換器(例如AD636型)，首先測量出真有效值電壓電平，然后轉(zhuǎn)換成其真有效值功率電平。
另一種測量真有效值功率的電路框圖如圖3所示，該電路所對應(yīng)的典型產(chǎn)品為AD8361型單片射頻真有效值功 率檢測系統(tǒng)集成電路。U1 為射頻信號輸入端，U0為直流電壓輸出端。US端接2.7~5.5V電源，COM為公共地。IREF為基準(zhǔn)工作方式選擇端，PWDN為休眠模式控制端。FLTR為濾波器引出端，在該端與US端之間并聯(lián)一只電容器，可降低濾波器的截止頻率。SREF為電源基準(zhǔn)控制端。
從U1端輸入的射頻有效值電壓為U1，經(jīng)過平片器1產(chǎn)生一個與U12成比例的脈動電流信號i，該電流信號通過由內(nèi)部電阻R1和電容C構(gòu)成的平方律檢波器獲得均方值電壓U12，輸入到誤差放大器的同相輸入端。利用平方器2與誤差放大器可構(gòu)成一個閉合的負反饋電路，將負反饋信號加到誤差放大器的反相輸入端進行溫度補償。當(dāng)閉環(huán)電路達到穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出電壓U0(DC)就與輸入有效值功率PIN成正比。有關(guān)系式
式中:k為真有效值/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓靈敏度，AD8361的k=7.5 mV/dBm。
這種檢測方法有以下優(yōu)點:第一，由于兩個平方器完全相同，因此在改變量程時不影響轉(zhuǎn)換精度;第二，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，兩個平方器能互相補償，使輸出電壓保持穩(wěn)定;第三，所用平方器的頻帶非常寬，可從直流一直到微波頻段。
1.4 對數(shù)放大檢測功率法
對數(shù)放大檢測器是由多級對數(shù)放大器構(gòu)成的，其電路框圖如圖4所示。圖4中共有5個對數(shù)放大器(A~E)，每個對數(shù)放大器的增益為20dB(即電壓放大系數(shù)為lO倍)，最大輸出電壓被限制在為lV。因此，對數(shù)放大器的斜率ks=lV/20dB，即50mV/dB。5個對數(shù)放大器的輸出電壓分別經(jīng)過檢波器送至求和器(∑)，再經(jīng)過低通濾波器獲得輸出電壓U0。對數(shù)放大器能對輸入交流信號的包絡(luò)進行對數(shù)運算，其輸出電壓與kS、PIN的關(guān)系式為:
式中:b為截距，即對應(yīng)于輸出電壓為零時的輸入功率電平值。
普通對數(shù)放大器的特性曲線僅適用于正弦波輸入信號。當(dāng)輸入信號不是正弦波時，特性曲線上的截距會發(fā)生變化，從而影響到輸出電壓值。此時應(yīng)對輸出讀數(shù)進行修正。需要指出，盡管ADI公司生產(chǎn)的AD8362型單片射頻真有效值功率檢測器也屬于對數(shù)檢測功率法，但它通過采用獨特的專利技術(shù)能適用于任何輸入信號波形，并且特性曲線上的截距不隨輸入信號而變化。
2 單片直流功率測量系統(tǒng)的設(shè)計
MAX42ll 屬于低成本、低功耗、高端直流功率/電流測量系統(tǒng)，它是利用精密電流檢測放大器來測量負載電流，再利用模擬乘法器來計算功率的，因此并不影響負載的接地通路，特別適合測量電池供電系統(tǒng)的功率及電流值。檢測功率和電流的最大誤差均低于±1.5%，頻率帶寬為220kHz。被測源電壓的范嗣是4-28v。檢測電流時的滿量程電壓為100mV或150mV。電源電壓范嗣是2.7~5.5V，工作電流為670μA(典型值)。
MAX42ll A/B/C的簡化電路如圖5所示， 主要包括精密電流檢測放大器，25:1的電阻分壓器，模擬乘法器。外圍電路包括被測的4~28V源電壓，2.7~5.5V的芯片工作電壓，電流檢測電阻RSENSE和負載。其測量原理是利用精密電流檢測放大器來檢測負載電流，獲得與該電流成正比的模擬電壓，再將該電壓加至模擬乘法器，將負載電流與源電壓相乘后，從POUT端輸出與負載功率成正比的電壓。令功率檢測放大器的增益為G，RSENSE上的電壓為 USENSE，RS+引腳的源電壓為URS+，則有MAX42l1A/B/C內(nèi)部的分壓器電阻，接到RS+端和模擬乘法器的輸入端。這種設(shè)計可精確測量電源負載的功率并為電源(例如電池)提供保護。從POUT端、IOUT端輸出的功率信號和電流信號，可分別經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送至單片機。理想情況下，最大負載電流在RSENSE兩端產(chǎn)生滿量程檢測電壓。選擇合適的增益，使電流檢測放大器既能獲得最大輸出電壓，又不會出現(xiàn)飽和。在計算 RSENSE的最大值時，應(yīng)使RS+端與RS一端之間的差分電壓不超過滿量程檢測電壓。適當(dāng)增加RSENSE的電阻值，可提高USENSE，有助于減小輸出誤差。
3 單片真有效值射頻功率測量系統(tǒng)的設(shè)計
對通信系統(tǒng)的要求是在發(fā)送端必須確保功率放大器能滿足發(fā)射的需要，并且輸出功率不超過規(guī)定指標(biāo)，否則會導(dǎo)致設(shè)備過熱損壞。因此，在發(fā)射機電路中必須增加射頻功率測量和功率控制電路。同樣，射頻功率測量對接收機也是必不可少的。根據(jù)有效值定義所計算出的功率就稱為"真有效值功率"(True Root Mean Square Power)，簡稱"真功率"(True Power)。由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)具有恒定的負載和阻抗源(通常為50Ω)，因此只需知道有效值電壓就能計算出功率，即可將功率測量轉(zhuǎn)化為對有效值電壓的測量。
傳統(tǒng)的射頻功率計或射頻檢測系統(tǒng)的電路復(fù)雜，集成度很低。最近，美國ADI公司相繼推出AD8361、AD8362和AD8318型全集成化的單片射頻真有效值功率測量系統(tǒng)，不僅能精確測量射頻(RF)功率，還可測量中頻(IF)、低頻(LF)功率。
AD8318是采用將晶片絕緣硅與超高速互補雙極型相結(jié)合的高速硅鍺制造工藝而制成的單片射頻功率測量系統(tǒng)。其內(nèi)部解調(diào)式對數(shù)放大器的輸出電壓與被測功率成正比，能精確測量1MHz~8GHz的射頻功率。適合測量于機和無線LAN基站的無線輸出功率。AD8318不僅遠優(yōu)于傳統(tǒng)的產(chǎn)品，而且比模塊式測量系統(tǒng)具有更高的性價比，比采用二極管檢測功率法的精度更高。AD8318集高精度、低噪聲、寬動態(tài)范圍等優(yōu)點于一身。AD8318在高達5.8GHz的輸入頻率下，測量精度優(yōu)于±ldB，動態(tài)范圍是55dB;在8GHz時精度優(yōu)于±3dB，動態(tài)范圍超過58dB。而輸出噪聲僅為
它采用對數(shù)放大檢測功率法，對數(shù)斜率的額定值為一25mV/dB，并可通過改變UOUT、USET引腳之間反饋電壓的比例系數(shù)來進行凋整。在從IN+端輸入信號時，截距功率電平為一25dB。AD8318的典型應(yīng)用電路如圖6所示。
AD8318是專為測量高達8 GHz的射頻功率而設(shè)計的，因此保持IN+、IN一引腳之間及各功能單元電路的絕緣性至關(guān)重要。AD8318的正電源端UPSI、UPS0必須接相同的電壓，由UPSI端為輸入電路提供偏置電壓，由UPSO端為UOUT端的低噪聲輸出驅(qū)動器提供偏置電壓。AD8318內(nèi)部還有一些獨立的公共地。CMOP被用作輸出驅(qū)動器的公共地。所有公共地應(yīng)接到低阻抗的印制扳地線區(qū)。允許電源電壓范圍是4.5~5.5V。C3~C6為電源退耦電容，應(yīng)盡量靠近電源引腳和地。
AD8318采用交流耦合、單端輸入方式。當(dāng)輸入信號頻率為lMHz~8GHz時，接在IN+、IN一端的耦合電容(C1、C2)可采用0402規(guī)格的 lnF表面封裝式瓷片電容，耦合電容應(yīng)靠近IN+、IN-引腳。外部分流電阻R1(52.3Ω)與IN+端相配合，可提供一個具有足夠帶寬的50Ω匹配阻抗。AD8318的輸出電壓可直接送給數(shù)字電壓表(DVM)，亦可送至帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(μC)。
4結(jié)語
本文詳細介紹了常用的4種功率測量方法，并提供了直流功率測量系統(tǒng)和射頻功率測量系統(tǒng)的設(shè)計方案。
5常見家用電器電功率
空調(diào) 1500W
微波爐1000W 左右
電爐一般大于1000W
電熱水器一般大于1000W
吸塵器800W
電吹風(fēng)500W
電熨斗500W
洗衣機小于500W
電視機200W
電腦200W
抽油煙機140W
電冰箱100W
電扇100W
手電筒0.5W
計算器0.5mW
電子表0.01mW
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