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中國(guó)計(jì)量院為美國(guó)提供溯源服務(wù)

發(fā)布時(shí)間:2017-12-05 作者: 來源:質(zhì)檢報(bào)刊社 瀏覽:2248

  日前,由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)計(jì)量院)研制的110GHz~170GHz波段毫米波功率基準(zhǔn)正式通過了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)專家驗(yàn)收。這套由我國(guó)自主研發(fā)和制造的裝置,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)。

  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。

  2016年年初,美國(guó)某知名電子測(cè)試和測(cè)試儀器公司找到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?!比ツ?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。應(yīng)該說,中國(guó)計(jì)量院在這一領(lǐng)域再次獲得國(guó)際認(rèn)可,與科研人員12年來堅(jiān)持不懈地瞄準(zhǔn)前沿、攻克難題分不開。

  在計(jì)量領(lǐng)域,微波與毫米波功率是國(guó)際計(jì)量局(BIPM)定義的關(guān)鍵參數(shù),是無(wú)線電計(jì)量中最基本的參數(shù)。功率參數(shù)也是天線、場(chǎng)強(qiáng)、散射等其他關(guān)鍵參數(shù)量值溯源的源頭。長(zhǎng)期以來,由于國(guó)內(nèi)核心技術(shù)的缺乏和發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖及設(shè)備禁運(yùn),我國(guó)國(guó)家微波與毫米波功率基準(zhǔn)多個(gè)重要頻段都存在空白。

  為此,中國(guó)計(jì)量院經(jīng)過12年的不斷鉆研和優(yōu)化改進(jìn),從無(wú)到有,從弱到強(qiáng),分多個(gè)波段建立了我國(guó)微波與毫米波功率基準(zhǔn)裝置,頻率覆蓋10MHz到170GHz,基本建立起完備的國(guó)家微波與毫米波功率計(jì)量基準(zhǔn)體系,測(cè)量不確定度0.20%~3.5%(k=2),達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。在參加BIPM組織的國(guó)際比對(duì)中,中國(guó)計(jì)量院研制的功率基準(zhǔn)多次在美、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家計(jì)量院同類裝置中脫穎而出,受到了國(guó)際同行專家的好評(píng)。目前,中國(guó)計(jì)量院又有3項(xiàng)校準(zhǔn)與測(cè)量能力(CMC)進(jìn)入了BIPM的關(guān)鍵比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)(KCDB),成為了國(guó)際互認(rèn)的國(guó)家校準(zhǔn)與測(cè)量能力。

  近年來,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)量帶來了新的挑戰(zhàn)。

  崔孝海告訴記者:“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,必須自主研制功率傳感器,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?!?

  因此,從2014年開始,崔孝海帶領(lǐng)課題組,在國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“無(wú)線通信功率計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與溯源技術(shù)研究”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3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)。近日,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)等已交付NIST實(shí)驗(yàn)室使用。此外,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)。(陳杭杭 本報(bào)記者 史玉成)

 

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