JJF 1982-2022 电平振荡器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2电平振荡器校准规范s6发布 6实施国家市场监督管理总局 发布2电平振荡器校准规范s

2代替7归 口 单 位:全国无线电计量技术委员主要起草单位:上海市计量测试技术研究院电信科学技术第一研究所有限公司参加起草单位:中国计量科学研究院四川眉山建华电子仪器有限公司中国信息通信研究院本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:詹志强上海市计量测试技术研究院)李弼德电信科学技术第一研究所有限公司)于 磊上海市计量测试技术研究院)参加起草人:何 昭中国计量科学研究院)唐 瑜四川眉山建华电子仪器有限公司)黄 震中国信息通信研究院)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3概述……………………4计量特性………………1频率…………………2电平…………………3谐波…………………4平衡输出信号平衡度………………5校准条件………………1环境条件……………2测量标准及其他设备………………6校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………7校准结果表达…………8复校时间间隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)3)3)3)9)9)附录A 原始记录格式…………………

)附录B 校准证书内页格式……………

)附录C 主要项目校准不确定度评定示例……………

)Ⅰ引 言0国家计量校准规范编写规则》和2测量不确定度评定与表示》共同构成支撑校准规范制修订工作的基础性系列规范。与7相比,除编辑性修改外,本规范主要技术变化如下:频率上限从0z扩展至0;根据电平显示方式的不同细化了相应的技术指标和校准方法;增加了不同输出阻抗下的不平衡输出电平测量的校准方法;校准所用仪器由专用仪器改为通用仪器,同时修改了零电平、表头刻度、衰减、输出平衡度的校准方法;删除了回波损耗的校准方法;附录中给出了输出电平的不确定度评定方法示例。本规范历次版本发布情况:。Ⅱ电平振荡器校准规范范围本规范适用于频率范围为00z的电平振荡器的校准;传输测试仪中信号输出部分的校准可以参照执行。引用文件本规范无引用文件。概述电平振荡器主要用于通信设备的生产、测试、安装与维护,以及电力系统高频信号的传输测试,并广泛用于科研、生产中的电平产生。电平振荡器一般采用差频原理工作,输出的正弦波信号经内置输出衰减器调整至所需电平;通常可分为指针式电平振荡器和数字指示式电平振荡器两种类型,同时具有平衡和不平衡两种输出端口,此外这两种输出端口还可以选择多种输出阻抗以适应不同的阻抗需求。计量特性频率平衡输出频率范围02;最大允许误差:±3。不平衡输出频率范围00;最大允许误差:±3。电平数字指示式电平振荡器范围:最大允许误差:±。指针式电平振荡器零电平)最大允许误差:B参考频率为z或按说明书给出的频率值频率响应:±。衰减范围;最大允许误差:B参考频率为z或按说明书给出的频率值1频率响应:±。表头刻度范围;最大允许误差:±。谐波 。≤c平衡输出信号平衡度: , ≤: , 注以上技术指标不做合格性判别 仅提供参考校准条件1环境温度1环境温度:52相对湿度 0。3电源电压及频率:电压),频率)。4周围无影响校准系统正常工作的机械振动和电磁干扰。测量标准及其他设备频率计范围00;最大允许误差:7。电压表 : ;交流电压测量范围

10V交流电压测量最大允许误差:5;频率范围02。功率计频率范围20;功率测量范围:;功率传感器输入阻抗05;参考功率最大允许误差:1;功率测量线性最大允许误差:2。频谱分析仪频率范围00;内部时基频率最大允许误差:7;电平测量范围:;电平测量线性最大允许误差:。匹配电阻箱阻值范围1;阻值最大允许误差:±1设定值12额定功率1W。通过式匹配负载阻抗值050;阻抗最大允许误差:1频率范围0;额定功率5W。附件不平衡转换器频率范围02;阻抗比00000000。50Ω阻抗变换器频率范围00;电压驻波比:;插入损耗不确定度B。校准项目和校准方法校准项目 。校准项目见表1

表1校准项目表序号校准项目数字指示电平振荡器指针式电平振荡器1外观及工作正常性检查++2频率++3电平+—4零电平)—+5衰减—+6表头刻度—+7谐波++8平衡输出信号平衡度++注+”表示校准,表示不涉及。校准方法外观及工作正常性检查电平振荡器应外观完好、配套附件齐全,各开关、按键等应安装牢固、调节正常,无影响电气性能的机械损伤。通电前,指针式电平振荡器需先进行表头机械调零。校准前,电平振荡器以及所用标准器应按照说明书要求预热。如果电平振荡器具有自校准功能,则按照要求完成自校准。3将检查结果记录于附录1中。频率仪器连接按图1所示

电平振荡器分别选择平衡0Ω阻抗输出和不平衡5阻抗端口输出,设定输出电平为。图1输出信号频率校准设定电平振荡器输出信号频率从频率计读取测量结果并将结果记录于附录2中。电平不平衡输出电平电平振荡器5Ω阻抗2z以下频率、大于m输出电平的校准,仪器连接如图2所示。图25Ω阻抗2z以下频率,大于m输出电平的校准电平振荡器选择不平衡5Ω阻抗输出。电压表设定为高阻输入,交流电压值显示。设定电平振荡器的输出频率和输出功率,读取电压表的测量值1,用公式)R计算得到对应阻抗下的电平值:R式中:

PA )PA电平振荡器输出电平值;1电压表的测量值;R输出端口阻抗值;此处为。并将结果PA记录于附录A表3中,直至输出电平为,将输出电平为m的计算结果记为L。保持电平振荡器输出频率和输出功率不变,仪器连接如图3所示。图3不平衡输出5Ω阻抗2z以下频率,小于m输出电平的校准设置频谱分析仪的中心频率与电平振荡器的输出频率相同,参考电平为,设置频谱分析仪的扫描参数为适当,使用频谱分析仪的峰值)测量功能,读取此时频谱分析仪的功率读数,记为。4)保持频谱分析仪的设置不变,改变电平振荡器的输出为,读取此时的频谱分析仪的读数,记为P2。)用公式)计算得到电平振荡器输出m的功率S,并将结果记录于附录3中。PS=PL+)

2) , )i电平振荡器的输出电平按照每步减少B来继续设置 频谱仪的读取仍然记为2,仍使用公式)计算此时的电平振荡器的输出电平值,直至达到电平振荡器输出电平的最小值。根据频率的低端、中间值、高端,重复以上步骤)。电平振荡器5Ω阻抗2z以上频率输出电平的校准,仪器连接如图4所示。图4不平衡输出5Ω阻抗2以上频率输出电平的校准将功率计的5Ω功率传感器接于电平振荡器的5Ω不平衡输出端。设定电平振荡器的输出频率和输出功率读取功率计的读数并记录于附录3中。按照B步进降低电平振荡器的输出电平,读取功率计的读数,并记录于附录3中,直至电平为。保持电平振荡器输出频率和输出功率不变,仪器连接如图3所示。重复以上步骤)。根据频率的低端、中间值、高端,重复以上步骤)直至达到频率上限。对于0Ω阻抗输出电平的校准,将图2中的匹配负载由5Ω改为0,同时将电压表的电平计算阻值设定为0;并去除掉图3中的50Ω阻抗变换器;功率计使用负载阻抗为0Ω的功率传感器,重复以上步骤)。平衡输出电平0Ω阻抗输出电平校准,仪器连接如图5所示。图50Ω阻抗平衡输出电平校准电压表设定为高阻输入,交流电压值显示。R设定电平振荡器的输出频率和输出功率,读取电压表的测量值,用公式)计算得到对应阻抗下的电平值:R式中:

B )B电平振荡器输出电平值;51电压表的测量值;R输出端口阻抗值;此处为0。将结果B记录于附录3中;直至输出电平为-0,将输出电平为的电压表的读数计算结果记为L。保持电平振荡器输出频率和输出功率不变,仪器连接如图6所示。图60Ω阻抗小于m输出电平的校准设置频谱分析仪的中心频率与电平振荡器的输出频率相同,参考电平为,设置频谱分析仪的扫描参数为适当,使用频谱分析仪的峰值)测量功能,读取此时频谱分析仪的功率读数,记为。保持频谱分析仪的设置不变,改变电平振荡器的输出电平为,按频谱分析仪的再次测量)键,读取此时的频谱分析仪的读数,记为2。使用公式)计算电平振荡器输出m的实际功率S,并记录于附录3中。+)

2-) , )h按照每步减少B来继续设置电平振荡器的输出电平值 频谱仪的功率测量值仍然记为2,仍然使用公式)来计算此时的电平振荡器的输出功率,直至达到电平振荡器输出电平最小值。)根据频率的低端、中间值、高端,重复以上步骤)~直至达到频率2。)对于其他平衡输出阻抗的电平测量,例如0Ω输出阻抗,需将00Ω不平衡转换器改为00Ω不平衡转换器,同时将电压表设定为0Ω阻抗电平测量,重复以上步骤)直至完成所有平衡输出阻抗下的输出电平校准。零电平)不平衡输出电平振荡器5Ω阻抗2z以下频率m输出电平的校准,仪器连接如图2所示。电平振荡器选择不平衡5Ω阻抗输出。电压表设定为高阻输入,交流电压值指示。改变电平振荡器的输出频率,并使用公式)计算所得到的电平值,并记录于附录4中。电平振荡器5Ω阻抗2z以上频率输出电平的校准,仪器连接如图4所示。将功率计的5Ω功率传感器接于电平振荡器的5Ω不平衡输出端。设定电平振荡器的输出频率,读取功率计的读数,并记录于附录4中。根据频率的低端、中间值、高端,重复以上步骤)直至达到频率上限。6对于其他不平衡输出阻抗的输出电平测量,例如0Ω输出阻抗,需将电平振荡器选择不平衡0Ω阻抗输出,同时将电压表设定为0Ω阻抗电平测量,功率计采用0Ω功率传感器,重复以上步骤)直至完成所有不平衡输出阻抗下的输出电平校准。平衡输出平衡输出校准如下:0Ω阻抗输出电平校准。仪器连接如图5所示,电压表设定为高阻输入,交流电压值显示。设定电平振荡器的输出功率为,设定信号输出频率,并使用公式)计算所得到的功率值,并记录于附录4中。根据频率的低端、中间值、高端,重复以上步骤)直至达到频率上限。对于其他平衡输出阻抗的电平测量,例如0Ω输出阻抗,需将0Ω匹配负载改为0Ω匹配负载,重复以上步骤)直至完成所有平衡输出阻抗下的输出电平校准。衰减仪器连接按图7所示。图7衰减校准电平振荡器为不平衡输出端5Ω阻抗输出,的衰减值为,输出电平为。

输出频率为,

内部衰减器设定频谱分析仪的中心频率与电平振荡器的输出信号频率相同 适当设置频谱分析仪的参数,首先使用频谱分析仪的峰值测量接着使用频谱分析仪的差值标记)测量功能。按照B的步进增加电平振荡器的内部衰减器衰减值,析仪的读数,并将结果记录于附录5中。

读取此时的频谱分对于频率的低端、中间值、高端分别改变电平振荡器的输出频率,重复步骤,直至达到频率上限。6对于不同的接口类型的不同标称阻抗值

选用所需要的阻抗变换器,

重复以上步骤,直至完成所有阻抗值下的衰减测量。表头刻度仪器连接按图2所示。 ,设置电平振荡器不平衡输出端5Ω阻抗输出 设定电平振荡器的输出信号频率为或者是仪器厂家给出的其他频率值,设置输出电平为、衰减器的衰减值为。电压表设定为高阻输入

,交流电压值显示。。改变电平振荡器的输出电平使电平振荡器的指针分别为所需要校准的刻度线7使用公式)计算电平值,并将结果记录于附录6中。设定电平振荡器的频率为频率的低端中间值高端重复以上步骤,直至达到频率上限。谐波仪器连接按图7所示。 ,设置电平振荡器为不平衡输出端Ω阻抗输出 输出信号频率为z或者是仪器厂家给出的其他频率,设置输出电平为、衰减器的衰减值为。设定频谱分析仪的中心频率与电平振荡器的输出信号频率相同适当设置频谱分析仪的参数,首先使用频谱分析仪的峰值)标记功能,然后使用差值标记)功能。分别设定频谱分析仪的中心频率为电平振荡器输出频率的2倍和3倍分别读取此时频谱分析仪的电平读数值,并将结果记录于附录7中。设定电平振荡器的频率为频率的低端中间值高端重复以上步骤,直至达到频率上限。6对于不同的接口类型的不同标称阻抗值

选用所需要的阻抗变换器,

重复以上步骤,直至完成所有阻抗值下的谐波测量。输出信号平衡度仪器连接如图8所示

电平振荡器选择平衡0Ω端输出

为平衡输出的正端为平衡输出的负端为接地端。其中Z为电平振荡器标称输出阻抗值,对于0Ω输出阻抗时Z就是0。图8输出信号平衡度校准设置电平振荡器输出信号频率为,输出电平为。电压表选择高阻输入,交流电压测量,电压显示。首先将电压表的输入端接于电平振荡器输出端的a端和b端,读数,并记为。

读取电压表的然后将电压表的输入正端接于电平振荡器输出端的a端,输入负端接于c端,读取电压表的读数,并记为。接着将电压表的输入正端接于b端输入负端接c端读取电压表的读数为。使用公式)计算输出平衡信号的平衡度B,并将结果记录于附录8中。8式中:

Bg23

)B输出平衡信号的平衡度。根据频率的低端、中间值、高端重复以上步骤。改变电平振荡器的平衡输出阻抗值选择相对应阻值电阻。重复以上步骤。校准结果表达电平振荡器校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:标题:校准证书;实验室名称和地址;进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号每页及总页数的标识;客户的名称和地址;被校对象的描述和明确标识;进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;如果与校准结果的有效性应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;对校准规范的偏离的说明;校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;校准结果仅对被校对象有效的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。9附录A外观及工作正常性检查

原始记录格式项目检查结果输出信号频率不平衡输出标称值实际值不确定度)平衡输出标称值实际值不确定度)输出信号电平不平衡输出2频率以下输出阻抗Ω频率MHz电平标称值电压表读数频谱仪读数)电平实际值m不确定度)f1000000输出阻抗Ω频率MHz电平标称值电压表读数频谱仪读数)电平实际值m不确定度)f10L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=f2000000L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=不平衡输出2以上频率输出阻抗Ω频率MHz电平标称m电平实际值m不确定度)f1000000L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=f201输出阻抗Ω频率MHz电平标称m电平实际值m不确定度)f200000L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=平衡输出输出阻抗Ω频率MHz电平标称值电压表读数频谱仪)电平实际值m不确定度)f100000L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=f200000L= 1=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=0SL+21= 2=2零电平)不平衡输出以下频率输出阻抗Ω频率MHz电压表读数/V零电平)m不确定度)不平衡输出以上频率输出阻抗Ω频率MHz零电平)m不确定度)平衡输出输出频率MHz电压表读数/V零电平m不确定度)3衰减接口类型输出阻抗Ω频率MHz衰减标称值B衰减实际值B不确定度)不平衡表头刻度频率标称值dBm实际值dBm不确定度)输出信号谐波频率谐波次数实测值c不确定度)二次三次二次三次4频率谐波次数实测值c不确定度)二次三次输出信号平衡度输出阻抗Ω频率MHz实测值dB不确定度)V1V2V3Bg23V15附录B校准证书内页格式输出信号频率不平衡输出标称值实际值不确定度)平衡输出标称值实际值不确定度)输出信号电平不平衡输出输出阻抗Ω频率MHz电平标称值dBm电平实际值dBm不确定度)f100000006输出阻抗Ω频率MHz电平标称值dBm电平实际值dBm不确定度)f1000f20000000000平衡输出输出阻抗Ω频率MHz电平标称值dBm电平实际值dBm不确定度)f1000000000f20007输出阻抗Ω频率MHz电平标称值dBm电平实际值dBm不确定度)f2000000零电平)接口类型输出阻抗Ω频率MHz零电平实际值不确定度)不平衡平衡衰减接口类型标称输出阻抗Ω频率MHz衰减标称值dB衰减实际值dB不确定度)不平衡8表头刻度频率标称值dBm实际值dBm不确定度)输出信号谐波频率谐波次数实测值c不确定度)二次三次二次三次二次三次9输出信号平衡度输出阻抗频率MHz实测值dB不确定度)0附录C主要项目校准不确定度评定示例平衡0Ω阻抗输出信号电平测量不确定度评定测量模型使用数字电压表直接测量电平的测量模型根据前面介绍,电平振荡器大于mW)的电平,使用电压表测量其输出电平。将本规范正文中公式)的表达式转换为线性表示:R式中:R

P2

)P电平振荡器输出电平值,W;V电压表的交流电压测量值;R电阻箱的电阻设定值。由于所用的电压表为有效值电压表,量,因此:

电压测量值除了基波分量外,

还包含谐波分式中:

212 )V电压表的交流电压测量值1基波电压有效值;2谐波电压有效值。R将公式)代入至公式)得到:RP0

1

)×对公式)求偏导数,并用相对值来表示,得到:×P12R

)P R对于基波电压V1取偏导数,得到:对于谐波电压V2取偏导数,

12:得到:22对于电阻箱电阻值R取偏导数,得到:3=1使用数字电压表和频谱分析仪测量输出电平的测量模型为根据前面介绍,对于电平振荡器小于mW)的输出电平,使用电压表和频谱分析仪结合来测量其输出电平。规范正文中式)的表达式转换为线性表示:PP0P )1式中:P电平振荡器输出电平值,W;P0电平振荡器输出m)电平时使用式)的计算结果;P频谱分析仪的电平差读数,线性值。不确定度来源根据分析,不确定度来源主要有:电压表电压测量误差引入的标准不确定度谐波对电压表测量结果的影响引入的标准不确定度匹配电阻箱电阻值误差引入的标准不确定度频谱分析仪电平测量线性误差引入的标准不确定度频谱分析仪与阻抗变换器间的阻抗失配引入的标准不确定度测量重复性引入的标准不确定度。注)和)仅适用于输出电平小于mW)时。标准不确定度评定电压表交流电压测量误差引入的标准不确定度对于0Ω阻抗,m电平时电压V9,对应电压表的0V量程的技术指标:频率为z时的交流电压测量最大允许误差1为:1=±读数的4+量程的2)频率为2z以下的交流电压测量的最大允许误差2为:2=±读数的5+量程的1)m对应0Ω负载时的电压约为9,此电压对应电压表的量程0代入后运算得到:1=9V2=V其最大允许误差的相对值表示:V1=1=2VV2=2=4V假设1为均匀分布,包含因子为,因此其标准测量不确定度为:18假设2为均匀分布,包含因子为,因此其标准测量不确定度为:29谐波对电压表测量结果的影响引入的标准不确定度谐波线性与对数值的换算公式为:K)γ )2式中:K谐波;谐波,线性值。电平振荡器输出信号谐波通常小于,根据式)得到:对于真有效值电压表,

6谐波失真对于电压测量的影响计算公式为:22=-2 )2=5假设为均匀分布,包含因子为3,因此其标准测量不确定度为:29匹配电阻箱电阻值误差引入的标准不确定度根据匹配电阻箱的技术指标,其阻值的最大允许误差为:±1设定值1当电阻箱设定值为0Ω时,其电阻值最大允许误差为:±101)=对应Ω阻值,其最大允许误差的相对值表示为:R3=±R=2R假设3为均匀分布,包含因子为3,因此其标准测量不确定度为:37频谱分析仪电平测量线性误差引入的标准不确定度根据频谱分析仪的技术指标,频谱分析仪的线性误差为3=,转换为线性误差为8,假设为均匀分布,包含因子为,因此其标准测量不确定度为:42频谱分析仪与阻抗变换器间的阻抗失配引入的标准不确定度频谱分析仪输入端电压驻波比,50Ω阻抗变换器输出端口电压驻波比。失配误差极限用下式估计:式中:

1=11| )1失配误差极限值;150Ω阻抗变换器输出端口反射系数;1频谱分析仪输入端反射系数。根据其技术指标得到:∣1∣=/)9∣1∣=/)91=1|1|=2所以5=2,在该区间内的概率分布为反正弦分布,包含因子=。355测量重复性引入的标准不确定度m输出功率,进行0次测量,测量结果见表1所示。表1m功率测量结果测量次数测量值dBm12213542526271819301则单次测量结果的实验标准差B标准不确定度用实验标准差表示,转换为线性值时:m输出功率

63,进行0次测量,测量结果见表2所示。表2m功率测量结果测量次数测量值dBm132234475066728495074则单次测量结果的实验标准差:

sB标准不确定度用实验标准差表示,转换为线性值:6=6计算合成标准不确定度3不确定度分量汇3不确定度分量汇总见表表3电平测量校准不确定度分量汇总表序号不确定度来源类型标准不确定度分布灵敏系数ci1电压表电压测量误差频率)B8均匀2电压表电压测量误差2频率)B9均匀22谐波对电压测量结果的影响B9均匀23匹配电阻箱电阻值误差B7均匀-14频谱分析仪电平测量线性误差B2均匀15频谱分析仪与阻抗变换器间的阻抗失配B5反正弦16测量重复性)A3-1测量重复性)A6-1合成标准不确定度各分量互不相关。1212312

1=22231

90对于m输出电平1kHz频率11234522频率2223452

115扩展不确定度包含因子k=2,扩展不确定度:对于m的输出电平:z频率188;2z频率206。对于m输出电平:z频率1127;2z频率2129。转换为对数表示:对于m输出电平:z频率U;2z频率U。对于m输出电平:z频率U;2z频率U。5Ω阻抗不平衡输出电平测量不确定度评定测量模型使用功率计直接测量电平的测量模型根据前面介绍,对于电平振荡器大于mW)的输出电平,使用功率计直接测量得到。,根据前面介绍,根据前面介绍,对于m以下输出电平,使用功率计和频谱分析仪结合来测量 公式)为对数形式,功率单位为,公式)的线性表示形式为: ( )式中:

P=P0P

9P电平振荡器输出电平值,W;P0功率计在电平振荡器输出m电平时的读数,W;P频谱分析仪的电平差读数,线性值。不确定度来源功率计参考源输出电平最大允许误差引入的标准不确定度功率传感器线性误差引入的标准不确定度功率传感器校准因子误差引入的标准不确定度功率计自校准时功率传感器与校准源的失配误差引入的标准不确定度功率传感器与电平振荡器输出端口失配误差引入的标准不确定度频谱分析仪电平测量线性误差引入的标准不确定度频谱分析仪输入端与50Ω阻抗变换器失配误差7引入的标准不确定度测量重复性引入的标准不确定度。6注)和)仅适用于输出电平小于m时。标准不确定度评定功率计参考源输出电平最大允许误差引入的标准不确定度根据功率计的技术指标0z参考源m输出电平最大允许误差为1,假设为均匀分布。标准不确定度为:17功率传感器线性误差引入的标准不确定度根据功率传感器的技术指标,其线性最大允许误差为2,假设为均匀分布,。标准不确定度为:25功率传感器校准因子误差引入的标准不确定度根据功率传感器的校准证书,校准因子的校准不确定度为4,包含因子为,标准不确定度为:32功率计自校准时功率传感器与校准源的失配误差引入的标准不确定度功率计内置校准源的输出端口驻波比,功率传感器输入端电压驻波比。失配误差极限值用下式估计:式中:

2=2|2| )2失配误差极限值;2功率计内置校准源输出端反射系数;2功率传感器输入端反射系数。根据仪表的技术指标得到:∣2∣=