SJ 20769 1999 脉冲峰值功率测量方法
中华人民共和国电子行业军用标准
脉冲峰值功率测量方法
Measurement methods for peak pulse power
SJ 20769-1999
1 范围
1.1主题内容
本标准规定了测量脉冲峰值功率的五种方法。
1.2适用范围
本规范适用于雷达、导航、数据通信等设备的脉冲峰值功率的测量。
2引用文件
GB/T6592--1996 电工：和电子测量设备性能表示
GJB 2715--96国防计量通用术语
SJ2937--88中功率测量方法
SJ/T10182--91波导和同轴元件的功率测量方法
3定义
3.1 脉冲平均功率average pulse power
………………………………………………(1)
式中：PI——脉冲平均功率，W；
n——脉冲重复周期的个数；
r——射频脉冲调制信号的脉冲重复周期，s；
P (t)——射频脉冲调制信号的功率函数，W。
3.2脉冲功率pulse power
在一个脉冲持续时间内取平均的功率：
Pp＝
………………………………………………………………(2)
式中：PP——脉冲功率,W；
τ——脉冲持续时间，s。
3.3脉冲峰值功率peak-pulse power
射频脉冲调制信号峰顶处对应一个载波周期内的平均功率,W：
Ppp=
……………………………………(3)
式中：Ppp——冲峰值功率，W：
T0——脉冲调制信号的载波周期，T0=T1一T2；
P(t)——射频脉冲调制信号的功率函数，W。
T0 、τ、T与t的关系如图1所示：
图1 T0、τ、T与f的关系
3.4合成不确定度combined uncertainty
由各不确定度分量合成的不确定度。当测量结果由若干其他测量得来时，合成不确
定度是由这些量的方差与协方差适当和的正平方根表示。
3.5 扩展不确定度expanded uncertainty
3.4.34条。4一般要求
4.1 确定测量目的，即测量的是何种功率：脉冲功率源的输出功率、负载的入射功率或负载的净功率1），以及不确定度。
4.2使用的仪器设备应按第5章所示的要求选择，必须有计量合格证，并在其有效期内。
注：1）定义见SJ2937第3章。
4.3测量结果按GB/T 6592--附录A（标准的附录）公式(A1)处理。
5详细要求
本标准规定的5.1～5.4条脉冲峰值功率测量方法为推荐采用方法。受条件限制时，
允许采用5.5条规定的测量方法。
5.1 用脉冲峰值功率计测量
用脉冲峰值功率计测量脉冲峰值功率，按SJ/T 10182第4章或第6章规定的方法进行。
5.2脉冲展宽法
5.2.1测量系统图
测量系统框图见图2。
图2脉冲展宽法测量系统
5.2.2测量设备的主要要求
5.2.2.1连续波信号源：输出所需频率的连续波信号，输出功率可调到所需的量值，其输出功率的量值误差优于±(4～7)%。
5.2.2.2检波器：在工作频率上能有效地不失真地检波。
5.2.2.3展宽放大器：把视频脉冲展宽成直流电压。其输出幅度和输入脉冲幅度成正比，误差应优于±(1～2)%。
5.2.2.4数字显示器：显示直流电压，显示误差优于±1%。
5.2.3测量步骤
5.2.3.1 测量：脉冲功率源连接到检波器的输入端口，输出射频脉冲调制信号。经检波后的视频脉冲信号，展宽放大成相应的直流电压，由数字显示器显示出数值，记录此数值。
5.2.3.2赋值：把连续波信号源换接到检波器的输入端口，输出连续波信号，其频率应与脉冲功率源的信号频率相同，调节输出功率，使数字显示器的数值等于测量时记录的数值。此时信号源输出的连续波功率就是被测量的脉冲峰值功率。
5.2.4测量结果
5.2.4.1测量误差分析
由测量步骤可见，脉冲峰值功率的数值，对应着连续波信号源输出的功率。其误差由下列分量构成：
A类分量：
数字显示误差 
%
=
=0.33%
B类分量：
信号源输出功率误差 δ2:±(4～7)%
δ2=
=(2.3～4.0)%
展宽误差 δ3:±(1～2)%
=
=(0.58～1.16)%
频率不一致引起的误差 
:±1%
=
= 0.58%
合成不确定度
～4..3)%
扩展不确定度U= 2uc=(5.0～8.5)%
所以，脉冲展宽法测量的不确定度可保证(5～1 0)%。
5.2.4.2测量报告 ‘
测量报告的内容应包含：
a． 测量系统图：
b． 测量数据：一般读数重复三次；
c． 测量结果：取平均值，并给出测量的不确定度。
5.3射频替代法
5.3.1 测量系统图
测量系统图见图3。
图3射频替代法测量系统图
5.3.2测量设备的主要要求
5.3.2.1 脉冲功率源：能提供测量所需的射频脉冲调制信号，峰值功率应达到所需的要求。
5.3.2.2连续波信号源：频率应和射频脉冲调制信号的频率相同，误差小于l×lO-4。输
出功率可调至所需的功率电平上。功率稳定度优于±1%。
5.3.2.3定向耦合器：耦合度根据所测峰值功率和指示功率计量值范围选定，并应接近
指示功率计最小量程和标准功率计最大量程的比值。定向耦合器的方向性应大于36dB。
5.3.2.4开关：两路的隔离度大于36 dB。
5,3.2.5标准功率计：总误差优于±(1～2)%。
5.3.2.6指示功率计：功率线性误差扰于±(0.5～1)%。
5.3.2.7 A/D变换器：取数误差优于±(0.1～0.5)%，A／D取数周期应小于脉冲宽度的1/10。
5.3.2.8检波器：在工作频率上能有效地不失真地检波。
5.3.3测量步骤
5.3.3.1 取样：脉冲功率源输出待测信号，开关接通A路，经检波器由A／D取数，微机处理，显示出所测脉冲峰顶处的幅值。
5.3.3.2替代：将开关断开A路，接通B路。调节连续波信号源输出连续波信号，经检波器由A／D取数，微机处理，使显示的幅值和取样时的脉冲功率源输出的脉冲峰顶幅值相同，读取指示功率计的数值P1。
5.3.3.3赋值：将端口l换接上连续波信号源，端口3换接上标准功率计，将开关接通A路。连续波信号源输出频率相同的连续波信号，同时读取标准功率计的读数P1和指示功率计的读数P1。
5.3.3.4由微机算出端口3的脉冲峰值功率数值按公式(4)计算：
脉冲峰值功率
=
×
…………………… … …………………(4)
式中：Ps——赋值时标准功率计读数，W；
——赋值时指示功率计读数，w；
P1——替代时指示功率计读数，W。
5.3.4测量结果
5.3.4.1测量误差分析
由测量步骤可见，脉冲峰值功率的数值%对应着指示功率计的读数P．，而指示功率计的读数只又对着标准功率计的读数P|，所以，脉冲峰值功率的测量误差主要由下列分量构成：
A类分量：
A/D比较误差 
：±（0.1～0.5）%
=
0.03～0.17)%
开关通断比引起的误差 
(0.51～1.02)%
B类分量：
标准功率计的误差 
(1～2)%
(0.51～1)%
指示功率计的线性误差 
(0.5～1)%
=(0.26～0.51)%
A/D取数误差 
：±（0.1 ～0.5）%
=
=(0.05～0.26)%
定向耦合器方向性引起的误差 
: +0.05%
=
=0.03%
合成不确定度
=(0．58～1.18)%
扩展不确定度U= 2
=(1.2～2.4)%
所以，射频替代法测量的扩展不确定度可保证在(2～3)%。
5.3.4.2测量报告·
测量报告的内容包含：
a． 测量系统图；
b． 测量数据：一般读数重复三次；
c． 测量结果：取平均值，并给心测量的不确定度。
5.4陷波法
5.4.1 测量系统图
测量系统图见图4。
图4陷波法测量系统
5,4,2测量设备的主要要求
5.4.2.1 脉冲功率信号源：由脉冲信号源l和射频脉冲源组成，输出所需射频脉冲
调制信号，其调制脉冲为矩形脉冲，射频功率稳定度每分钟应优于l×lO-2。
5.4,2.2脉冲信号源2：输出视频脉冲，其周期和脉冲功率信号源同步，脉宽可调。
5.4.2.3连续波信号源：输出和射频脉冲源频率相同的。连续波信号。频率误差应小于l×l04。
5.4.2.4 PIN调制器：受视频脉冲调制，通断比大于30 dB，连续波信号源输出的连续波信号经视频调制，输出为射频宽脉冲调制信号。
5.4.2.5相加器：实为定向耦合器反接使用。两路串扰优于0.1%。方向性大于30 dB。
5.4.2.6指示功率计：功率线性误差应优于±1%。填平补齐时，应不超过它的最大量程：标准功率计定标时，应不低于它的最小量程。
5.4.2.7标准功率计：误差应优于±(1～2)%。
5.4.2.8检波器：不失真，，不受输入直流的影响。
5.4.2.9示波器：基线稳定，显示波形时，基线不受直流影响。
5.4.2.10定向耦合器，方向性应大于20 dB．能承受相应的脉冲峰值功率。
5.4.3测量步骤
5.4.3.1 定度：如图4，在端口4上接连续波信号源，端口8上接标准功率计。输出连续波信号，标准功率计和指示功率计分别有读数Ps和P1。8、9两端口间的功率比例关系按公式(5)确定。
L= Pl／Pl………………………………………………………… …………(5)
式中：Ps——标准功率计指示的功率，W；
P1——指示功率计指示的功率，W。
5.4.3.2测量：端口4上接脉冲功率信号源，端口8上接被测脉冲功率计（或负载）。
脉冲信号源l输出同步脉冲（波形见图5波形1）。调制射频脉冲源与它同步，输出待测量的射频脉冲调制功率信号（波形见图5波形4）。
连续波信号源输出连续波信号，其频率与射频脉冲调制功率信号的射频频率相同（波形见图5波形3）。
脉冲信号源2输出同步的视频信号（波形见图5波形2），调制PIN调制器，使之输出一个宽脉冲（波形见图5波形5）。即在连续波上陷去脉冲一块。
相加后，两路信号相加的（波形见图5波形6）在示波器上同步显示（波形见图5波形7）。
图5所示7种波形，表示了图4各端口的波形及其同步的关系。
细调脉冲信号源2，使脉冲宽度正好和陷波时间相同，脉冲正好落入陷波时间。再细调连续波信号源输出幅度，使两者幅度在示波器上相等，把屏上图形幅度调到大于5 cm，使两者幅度相差小于0.5 cm．即观察示波器尽量达到填平补齐。读取此时指示功率计读数鼻。
脉冲功率信号源输出到端口8的脉冲峰值功率PP，按公式(6)计算：
…………………………………………(6)
式中：L——定度时的系数。
PS——定度时标准功率计的读数，W；
P1——定度时指示功率计的读数，W；
——填平补齐时指示功率计的读数，W。
图5陷波法测量系统各端口的波形
5.4.4测量结果
5.4.4.1测量误差分析
由测量步骤可见，脉冲峰值功率的测量误差主要有下列分量：
A类分量：
测量的不重复性误差 
：（1～2）%
=(0.33～0.67)%。
B类分量：
标准功率计的误差 
：±（1～2）%
=
=(0.51～1.02)%.
指示功率计的线性误差 
：±（0.5～1）%
=
=(0.25～0.51)%
示波器上幅度比较误差 
：±（1～2）%
=
=±(0.58～1.16)%
示波器上波形补不齐误差 
两路串扰误差 
合成不确定度 
=(1.1～2.1)%
扩展不确定度 U=2
=(2.2～4.2)%
所以，陷波法测量的不确定度可保证在(3～5)%。
5.4.4.2测量报告
测试报告的内容应包含：
a． 测量系统图；
b． 测量数据：一般读数重复三次；
c． 测量结果：取平均值，并给出测量误差的不确定度。
5.5测量平均功率只，计算出脉冲峰值功率PPP，
5.5.1测量平均功率PIv，根据不同的要求，参照SJ 2937第3章定义和SJ/T 10182第4、5、6章的规定进行。
5.5.2对于矩形调制脉冲信号，脉冲峰值功率PP，等于脉冲功率PPP按公式(7)计算：
PPP=Pp
……………………………………………………………………(7)
式中.T——见式(1)。
f——脉冲持续时间，即射频脉冲调制信号的脉冲宽度，s；
Pav——见式(1)。
5.5.3对于非矩形调制脉冲信号，则脉冲峰值功率.Ppp犬下脉冲功率按公式(8)、(9)
计算：
………………………………………………………………………………(8)
………………………………………………………………(9)
式中：K——脉冲波形系数，脉冲幅度平均值和脉冲波形最人值之}匕。即脉冲波形所占的面积与相同脉冲持续时间和波形最人值构成矩形脉冲的面积之比，且小于l。
Pav——见式(1)；
K——脉冲波形系数；
T——见式(1)；
τ——射频脉冲调制信号的脉冲持续时间，s。
脉冲峰值功率PPP的误差，分析如下：
A类分量
脉冲调制信号的脉冲周期误差 
：±(2～5)%
脉冲调制信号的脉冲持续时间误差
：±(2～5)%
脉冲波形系数误差： 
：±(5～l5)%
B类分量：
平均功率Pav的测试误差： 
合成不确定度
=(3.47～7.99)%
扩展不确定度U=2uc=(6.93～15.99)%
不确定度为(7～16)%。 。
所以，用测量平均功率Pac计算出脉冲峰值功率PPP，不确定度可达10～20)%，误
差较大。只有在没有峰值功率计并且不具备准确测量的条件下，方可参考使用。
附加说明：
本规范由中国屯子技术标准化研究所归口。
本规范由电子工业部第十四研究所起草。
本规范主要起草人：蒋元源王丽珍孙振起陈克仁苗生茹张成金。
计划项目代号：B53006。
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