近日，一項110GHz~170GHz波段毫米波功率基準(zhǔn)成功通過美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)專家驗收。據(jù)悉，這是中國計量科學(xué)研究院(簡稱“中國計量院”)研發(fā)的裝置，將作為美國統(tǒng)一該波段功率量值的最高依據(jù)，為美國無線通信、電子、儀器制造等領(lǐng)域的用戶提供量值溯源服務(wù)。

NIST專家在實驗室測試中國計量院研制的基準(zhǔn)裝置及配套設(shè)備

難以溯源毫米波功率 NIST找中國計量院相助

事前得從2016年年初說起，美國某知名電子測試和測試儀器公司找到美國國家計量院(美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院，NIST)，希望對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、信號發(fā)生器、網(wǎng)絡(luò)分析儀等產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的可靠性。然而美國方面當(dāng)時并不具備110GHz以上波段毫米波功率的校準(zhǔn)與測量能力。

2016年7月，中國計量院信電所微波室主任崔孝海在參加國際精密電磁測量大會(CPEM)期間，就中國計量院最新自主研制的毫米波功率基準(zhǔn)相關(guān)情況做了報告?！懊绹辛⒖膛c我們進行了接洽，詳細(xì)了解了我們的技術(shù)思路和實施方案?！贝扌⒑Ｕf，“我們的裝置突破了110GHz以上功率測量的技術(shù)瓶頸，工作頻帶寬、響應(yīng)曲線平坦、熱電轉(zhuǎn)換速度快、測量準(zhǔn)確度高，引起了同行的強烈反響。”

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)實驗室對各國建立的標(biāo)準(zhǔn)裝置進行了廣泛調(diào)研。經(jīng)過反復(fù)比較和實地考察，NIST最終決定購買中國計量院研制的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、功率計等在美國順利通過驗收，現(xiàn)已交付NIST實驗室使用。

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)用于無線通信、雷達、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、維護等全壽命周期內(nèi)，功率測量都是“不可替代”的技術(shù)手段，功率測量準(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)影響移動通信基站布點、終端設(shè)備功耗設(shè)定，準(zhǔn)確的功率測量可以節(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，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)測量帶來了新的挑戰(zhàn)。

“在110GHz以上，一般的商業(yè)功率傳感器均達不到功率標(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，中國計量院毫米波與太赫茲功率計量課題組在國家科技支撐計劃項目“無線通信功率計量標(biāo)準(zhǔn)與溯源技術(shù)研究”課題的支撐下，開展了對國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、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套國家微波與毫米波功率基準(zhǔn)裝置，頻率覆蓋18GHz～170GHz，進一步完善了我國國家微波與毫米波功率計量基準(zhǔn)體系。

其中，課題組研制的110GHz~170GHz功率基準(zhǔn)裝置為國際首創(chuàng)，且具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，全頻段內(nèi)太赫茲波功率吸收率高達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、測量準(zhǔn)確度高等特點。裝置的復(fù)制品已交付美國國家計量院NIST使用。據(jù)了解，課題組還在新加坡國家計量院、香港地區(qū)校準(zhǔn)實驗室的國際采購競標(biāo)中勝出，將分別為兩家機構(gòu)建立N型功率標(biāo)準(zhǔn)。

12年技術(shù)積淀造就國際領(lǐng)先水平