近日，一項(xiàng)110GHz~170GHz波段毫米波功率基準(zhǔn)成功通過美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)專家驗(yàn)收。據(jù)悉，這是中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱“中國(guó)計(jì)量院”)研發(fā)的裝置，將作為美國(guó)統(tǒng)一該波段功率量值的最高依據(jù)，為美國(guó)無(wú)線通信、電子、儀器制造等領(lǐng)域的用戶提供量值溯源服務(wù)。
NIST專家在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中國(guó)計(jì)量院研制的基準(zhǔn)裝置及配套設(shè)備
難以溯源毫米波功率 NIST找中國(guó)計(jì)量院相助
事前得從2016年年初說起，美國(guó)某知名電子測(cè)試和測(cè)試儀器公司找到美國(guó)國(guó)家計(jì)量院(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院，NIST)，希望對(duì)其最新研制的功率傳感器提供功率校準(zhǔn)，以提升該公司新研發(fā)的毫米波及太赫茲功率計(jì)、信號(hào)發(fā)生器、網(wǎng)絡(luò)分析儀等產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的可靠性。然而美國(guó)方面當(dāng)時(shí)并不具備110GHz以上波段毫米波功率的校準(zhǔn)與測(cè)量能力。
2016年7月，中國(guó)計(jì)量院信電所微波室主任崔孝海在參加國(guó)際精密電磁測(cè)量大會(huì)(CPEM)期間，就中國(guó)計(jì)量院最新自主研制的毫米波功率基準(zhǔn)相關(guān)情況做了報(bào)告?！懊绹?guó)同行立刻與我們進(jìn)行了接洽，詳細(xì)了解了我們的技術(shù)思路和實(shí)施方案?！贝扌⒑Ｕf，“我們的裝置突破了110GHz以上功率測(cè)量的技術(shù)瓶頸，工作頻帶寬、響應(yīng)曲線平坦、熱電轉(zhuǎn)換速度快、測(cè)量準(zhǔn)確度高，引起了同行的強(qiáng)烈反響?！?/span>
技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)越性不光體現(xiàn)在紙面上。去年9月起，NIST相關(guān)實(shí)驗(yàn)室對(duì)各國(guó)建立的標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了廣泛調(diào)研。經(jīng)過反復(fù)比較和實(shí)地考察，NIST最終決定購(gòu)買中國(guó)計(jì)量院研制的WR-6功率基準(zhǔn)和配套裝置。今年10月，專為NIST研制的功率基準(zhǔn)復(fù)制品以及配套傳感器、功率計(jì)等在美國(guó)順利通過驗(yàn)收，現(xiàn)已交付NIST實(shí)驗(yàn)室使用。
瞄準(zhǔn)前沿，攻克難題
毫米波是頻率在30GHz~300GHz范圍內(nèi)的電磁波，被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、雷達(dá)、遙感、射電天文學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在毫米波技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)等全壽命周期內(nèi)，功率測(cè)量都是“不可替代”的技術(shù)手段，功率測(cè)量準(zhǔn)確與否在許多領(lǐng)域都至關(guān)重要。
據(jù)崔孝海介紹，在空間應(yīng)用領(lǐng)域，準(zhǔn)確的功率測(cè)量可確保星間通信的功率裕量，為減小天線口徑、降低發(fā)射成本提供依據(jù)；在通信領(lǐng)域，功率指標(biāo)影響移動(dòng)通信基站布點(diǎn)、終端設(shè)備功耗設(shè)定，準(zhǔn)確的功率測(cè)量可以節(jié)約大量能耗，保障通信系統(tǒng)綠色、安全、可靠。
隨著毫米波系統(tǒng)需求的快速增長(zhǎng)，毫米波技術(shù)不斷向著微波的高頻帶延展，這給毫米波參數(shù)測(cè)量帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
“在110GHz以上，一般的商業(yè)功率傳感器均達(dá)不到功率標(biāo)準(zhǔn)器的指標(biāo)。因此，要建立WR-6頻段的毫米波功率，必須研制功率傳感器，解決其寬帶高匹配、快速熱電轉(zhuǎn)換和與直流功率之間清晰的溯源關(guān)系”，崔孝海介紹說。
自2014年起，中國(guó)計(jì)量院毫米波與太赫茲功率計(jì)量課題組在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“無(wú)線通信功率計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與溯源技術(shù)研究”課題的支撐下，開展了對(duì)國(guó)家微波與毫米波功率基準(zhǔn)裝置性能提升和全面優(yōu)化研究。經(jīng)過三年努力，課題組成功攻克了功率標(biāo)準(zhǔn)器、微量熱計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)定等方面的技術(shù)瓶頸，解決了寬帶高匹配、快速熱電轉(zhuǎn)換、準(zhǔn)確量熱和相關(guān)量值向直流功率溯源的技術(shù)難題，建立起6套國(guó)家微波與毫米波功率基準(zhǔn)裝置，頻率覆蓋18GHz～170GHz，進(jìn)一步完善了我國(guó)國(guó)家微波與毫米波功率計(jì)量基準(zhǔn)體系。
其中，課題組研制的110GHz~170GHz功率基準(zhǔn)裝置為國(guó)際首創(chuàng)，且具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，全頻段內(nèi)太赫茲波功率吸收率高達(dá)99%以上，具有工作頻帶寬、響應(yīng)曲線平坦、熱電轉(zhuǎn)換速度快、測(cè)量準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。裝置的復(fù)制品已交付美國(guó)國(guó)家計(jì)量院NIST使用。據(jù)了解，課題組還在新加坡國(guó)家計(jì)量院、香港地區(qū)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的國(guó)際采購(gòu)競(jìng)標(biāo)中勝出，將分別為兩家機(jī)構(gòu)建立N型功率標(biāo)準(zhǔn)。
12年技術(shù)積淀造就國(guó)際領(lǐng)先水平
