无源互调测试仪校准规范

JJF1463—20141无源互调测试仪校准规范1范围本校准规范适用于无源互调测试仪的校准。2引用文件本规范引用下列文件。GB/T21021—2007/IEC62037:1999射频连接器、连接器电缆组件和电缆互调电平测量凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位3.1无源互调passiveintermodulation无源互调是指接头、馈线、天线和滤波器等无源器件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。4概述无源互调测试仪主要由两个高功率信号源或带有功率放大器的信号发生器、耦合器、双工器和数字接收机组成。无源互调测试仪具有两个端口,一个为反射端口用于测量器件的反射无源互调,一个为传输端口用于测量器件的传输无源互调。5计量特性5.1输出频率5.1.1频率范围:常用通信标准中给出的频率范围见表1。表1频率范围通信标准发送频率范围MHz接收频率范围MHzNADC/AMPS869~894824~849GSM935~960890~915DCS18001805~18801710~1785PCS19001930~19901850~19102表1(续)通信标准发送频率范围MHz接收频率范围MHzWCDMA/CDMA2000TD-SCDMA2110~21701920~2060WLAN2400~2483.52305~2336.5WiMAX/UMTS2/BRS-EBS2620~26952545~2580WirelessIP/wimax3510~35943410~3484EGSM925~960880~915注:频率范围不仅限于本表。5.1.2输出频率准确度:5×10-6。5.2输出功率输出功率范围:(20~48)dBm。输出功率最大允许误差:±0.35dB。5.3无源互调测量5.3.1频率范围:见表1。5.3.2接收机平均底噪:小于-140dBm。5.3.3剩余无源互调(三阶,输入功率2×43dBm):反射剩余无源互调:小于-165dBc;传输剩余无源互调:小于-163dBc。5.3.4无源互调测量最大允许误差:1)±1dB/(-70~-120)dBm;2)±2dB/(-120~-140)dBm。注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度:23℃±5℃。6.1.2相对湿度:20%~80%。6.1.3电源电压及频率:(220±11)V、(50±1)Hz。6.1.4周围无影响校准系统正常工作的电磁场干扰和机械振动。6.2校准用设备6.2.1功率计频率范围:10MHz~6GHz。连续波功率测量范围:-60dBm~20dBm。3参考功率测量最大允许误差:±2%。功率测量线性:±3%。6.2.2频率计频率范围:10Hz~6GHz。频率准确度:1×10-7。6.2.3信号发生器频率范围:10MHz~6GHz,频率准确度:1×10-7。输出功率电平范围:(-130~0)dBm。功率电平最大允许误差:±1.0dB。6.2.4频谱分析仪(带频率计功能)频率范围:10kHz~6GHz,内部时基频率准确度:1×10-7。电平测量范围:(-130~30)dBm。6.2.5测量接收机频率范围:100kHz~6GHz。电平测量范围:(-127~10)dBm。电平测量最大允许误差:±(0.13dB+0.005dB/10dB)。6.2.6衰减器频率范围:500MHz~6GHz,最大允许输入功率:60W。衰减值:30dB。驻波比:小于1.2。7校准项目和校准方法校准项目见表2。表2校准项目表序号项目名称1外观及工作正常性检查2输出频率3输出功率4接收机平均底噪5剩余无源互调6无源互调测量最大允许误差7.1外观及工作正常性检查7.1.1无源互调测试仪应有说明书及全部配套附件。7.1.2无源互调测试仪各开关、按键等应安装牢固,调节正常;仪表不应有影响电气性能的机械损伤。仪器反射端和传输端的接头端面应无损坏,无松动,螺纹纹路正常,内外芯无污损,内芯之间接触良好。JJF1463—201447.1.3校准之前,仪器应按照仪器说明书要求预热。7.2输出频率7.2.1两个信号发生器输出可以单独打开及关闭。1)仪器连接如图1所示。图1输出频率2)将无源互调测试仪的输出使用低无源互调测试电缆连接到衰减器,衰减器的输出连接到频率计。3)无源互调测试仪设定为点频工作模式,两个信号发生器输出功率偏置(offset)设置为0dB。4)无源互调测试仪第一个信号发生器输出功率设定为30dBm,频率为其频率下限f1;第二个信号发生器不输出信号。5)频率计频率分辨力设置为1Hz或者将闸门时间设定为1s,测量频率实际值,并记录于附录A表A.1中。6)改变第一个信号发生器输出频率,其余不变,读取频率计的数值,直至其频率上限f2。7)无源互调测试仪第二个信号发生器输出功率设定为30dBm,频率为其频率下限f3;第一个信号发生器不输出信号。8)频率计频率分辨力设置为1Hz或者将闸门时间设定为1s,测量频率实际值,并记录于附录A表A.1中。9)改变第二个信号发生器输出频率,其余不变,读取频率计的数值,直至其频率上限f4。7.2.2两个信号发生器的输出不可以单独打开及关闭。1)仪器连接如图2所示。图2输出频率2)将无源互调测试仪的输出使用低无源互调测试电缆连接到衰减器,衰减器的输出连接至频谱分析仪。3)设定无源互调测试仪两个信号发生器的输出功率均为30dBm,两个信号发生器输出功率偏置(offset)设置为0dB,第一个信号发生器的频率设定为其频率下限f1,JJF1463—20145第二个信号发生器的频率设定为其频率下限f3。4)频谱分析仪的中心频率设定为f1,扫描宽度为10kHz,参考电平为20dBm,其余自动,使用频谱分析仪的频率计(counter)功能测量信号频率,并记录于附录A表A.1中;设定频谱分析仪的中心频率为f3,其他不变,测量信号频率,并记录于附录A表A.1中。5)设定无源互调测试仪第一个信号发生器输出频率为其频率上限f2,第二个信号发生器的输出频率为其频率上限f4。6)依次设定频谱分析仪的中心频率为f2及f4,其余不变,测量信号频率,并记录于附录A表A.1中。7.3输出功率7.3.1两个信号发生器输出可以单独打开及关闭。1)仪器连接如图3所示。图3输出功率2)将无源互调测试仪的输出使用低无源互调测试电缆连接到衰减器,将衰减器的输出接至功率计。3)无源互调测试仪设定为点频工作模式,两个信号发生器输出功率偏置(offset)设置为0dB;关闭第二个信号发生器输出;设定第一个信号发生器的频率为其频率下限f1,设定输出功率为20dBm或最小值。4)根据测试功率的频率值设定功率计的校准因子,读取功率计的指示值P,并记录于附录A表A.2中。输出功率计算见公式(1)。PS=P+A(1)式中:5)改变无源互调测试仪第一个信号发生器输出功率值,重复步骤3)~4),直至最高输出功率。6)改变第一个信号发生器的输出频率为f2,重复步骤3)~5)。7)关闭第一个信号发生器输出;设定第二个信号发生器的频率为f3,设定输出功率为20dBm或最小值。8)根据测试功率的频率值设定功率计的校准因子,读取功率计的指示值,并记录于附录A表A.2中。JJF1463—201469)改变无源互调测试仪第二个信号发生器输出功率值,重复步骤7)~8),直至最高输出功率。10)改变第二个信号发生器的输出频率为f4,重复步骤7)~9)。7.3.2两个信号发生器输出不可以单独打开及关闭。首先使用信号发生器和测量接收机对频谱分析仪f1、f2、f3和f4频率点处的电平测量准确度进行校准。校准时,设定频谱分析仪扫描宽度为10kHz,参考电平为20dBm,其余自动;得出其以上频率点处的电平测量修正值C。1)仪器连接如图2所示。2)无源互调测试仪设定为点频工作模式,设定无源互调测试仪的两个信号发生器的输出功率为20dBm或最小值,两个信号发生器输出功率偏置(offset)设置为0dB,第一个信号发生器的输出频率为f1,第二个信号发生器的输出频率为f3。3)将无源互调测试仪的输出使用低无源互调测试电缆连接到衰减器,衰减器的输出连接至频谱分析仪,设定频谱分析仪的中心频率为f1,其余设定与前面频谱分析仪电平测量准确度校准时的设定一致,使用频谱分析仪的峰值(peak)测量功能,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中。输出功率计算见公式(2)。PS=P+A+C(2)式中:P———频谱分析仪功率测量值,dBm;C———频谱分析仪电平测量修正值。4)根据附录A表A.3中的功率值改变无源互调测试仪的第一个信号发生器的输出功率,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中,直至功率最大值。5)将频谱分析仪的中心频率设定为f3,其余设定与前面频谱分析仪电平测量校准时的设定一致,使用频谱分析仪的峰值(peak)测量功能,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中。6)根据附录A表A.3中的功率值改变无源互调测试仪的第二个信号发生器的输出功率,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中,直至功率最大值。7)设定无源互调测试仪第一个信号发生器输出频率为f2,第二个信号发生器的输出频率为f4,设定输出功率为20dBm或最小输出值。8)设定频谱分析仪的中心频率为f2,其他不变,读取频谱分析仪功率测量值,记录于附录A表A.3中。9)根据附录A表A.3中的功率值改变无源互调测试仪的第一个信号发生器的输出功率,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中,直至功率最大值。10)根据附录A表A.3中的功率值改变无源互调测试仪的第二个信号发生器的输出功率,设定频谱分析仪的中心频率为f4,其他不变,读取频谱分析仪功率测量值,并记录于附录A表A.3中,直至功率最大值。JJF1463—201477.4接收机平均底噪1)仪器连接如图4所示。图4接收机平均底噪2)无源互调测试仪设定为扫频模式,关闭两路信号的输出,设定无源互调测试仪第一个信号发生器频率为f1,设定第二个信号发生器的频率为f4,选择互调阶数为3阶。3)从无源互调测试仪上读取接收机平均底噪(dBm),将结果记录于附录A表A.4中。7.5剩余无源互调7.5.1剩余反射无源互调1)仪器连接如图4所示。2)无源互调测试仪设定为扫频模式,设定无源互调测试仪第一个信号发生器频率为f1,第二个信号发生器的频率为f4,设定两路信号的输出功率均为厂家规定的功率值(典型值为43dBm),选择互调阶数为3阶,打开两路信号的输出。3)从无源互调测试仪上读取剩余反射无源互调(dBc),并将结果记录于附录A表A.5中。7.5.2剩余传输无源互调1)仪器连接如图5所示。图5剩余传输无源互调2)无源互调测试仪设定为扫频模式,设定无源互调测试仪第一个信号发生器频率为f1,第二个信号发生器的频率为f4,设定两路信号的输出功率均为厂家规定的功率值(典型值为43dBm),选择互调阶数为3阶,打开两路信号的输出。3)从无源互调测试仪上读取剩余传输无源互调(dBc),并将结果记录于附录A表A.5中。7.6无源互调测量7.6.1反射无源互调测量1)仪表连接如图6所示,将信号发生器的输出经衰减器连接至无源互调测试仪的反射端。2)无源互调测试仪设定为点频模式,选择反射无源互调测量。JJF1463—201483)关闭两路信号的输出,设定无源互调测试第一个信号发生器频率为f1,设定第二个信号发生器的频率为f4,选择互调阶数为3阶,此时所产生的3阶无源互调频率为(2f1-f4)。图6反射无源互调测量4)设定信号发生器的输出频率为(2f1-f4)。5)调整信号发生器输出功率,使衰减器的输出端输出功率为-70dBm。6)从无源互调测试仪中读取无源互调测试值(dBm),将结果记录于附录A表A.6中。7)按附录A表A.6的标准值调整信号发生器的输出功率,记录测量结果。8)改变无源互调测试仪第一个信号发生器的输出频率,同时改变无源互调测试仪第二个信号发生器的输出频率,使其产生的3阶无源互调频率为fH。9)改变信号发生器的输出频率为无源互调测试仪的频率上限fH,重复步骤5)~7)。7.6.2传输无源互调测量1)仪表连接如图7所示,将信号发生器的输出信号经衰减器接至无源互调测试仪的传输端。2)无源互调测试仪设定为点频模式,选择传输无源互调测量。图7传输无源互调测量3)重复7.6.1的步骤3)~9)。8校准结果无源互调测试仪校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)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JJF1463—20149接收日期;h)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;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的说明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。JJF1463—201410附录A校准记录表格表A.1输出频率信号发生器标称值MHz实测值MHz不确定度k=21f1f22f3f4表A.2输出功率(两个信号发生器输出可以单独打开及关闭)信号发生器频率MHz标称值dBm功率计读数PdBm衰减器衰减值AdB实测值PSdBm不确定度k=21f12030333540414243最大值f22030333540414243最大值11表A.2(续)信号发生器频率MHz标称值dBm功率计读数PdBm衰减器衰减值AdB实测值PSdBm不确定度k=22f32030333540414243最大值f42030333540414243最大值表A.3输出功率(两个信号发生器输出不可以单独打开及关闭)信号发生器频率MHz标称值dBm频谱分析仪读数PdBm衰减器衰减值AdB频谱分析仪修正值CdB实测值PSdBm不确定度k=21f12030333540414243最大值12表A.3(续)信号发生器频率MHz标称值dBm频谱分析仪读数PdBm衰减器衰减值AdB频谱分析仪修正值CdB实测值PSdBm不确定度k=21f22030333540414243最大值2f32030333540414243最大值f42030333540414243最大值表A.4接收机平均底噪频率/MHz平均底噪/dBm13表A.5剩余无源互调类型实测值/dBc剩余反射无源互调剩余传输无源互调表A.6无源互调测量反射无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=22f1-f4-70-80-90-100-110-120-130-140fH-70-80-90-100-110-120-130-140传输无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=22f1-f4-70-80-90-100-110-120-130-14014表A.6(续)传输无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=2fH-70-80-90-100-110-120-130-14015附录B校准证书内页格式表B.1输出频率信号发生器标称值MHz实测值MHz不确定度k=21f1f22f3f4表B.2输出功率信号发生器频率MHz标称值dBm实测值dBm不确定度k=21f12030333540414243最大值f22030333540414243最大值16表B.2(续)信号发生器频率MHz标称值dBm实测值dBm不确定度k=22f32030333540414243最大值f42030333540414243最大值表B.3接收机平均底噪频率/MHz平均底噪/dBm表B.4剩余无源互调类型实测值/dBc剩余反射无源互调剩余传输无源互调17表B.5无源互调测量反射无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=22f1-f4-70-80-90-100-110-120-130-140fH-70-80-90-100-110-120-130-140传输无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=22f1-f4-70-80-90-100-110-120-130-14018表B.5(续)传输无源互调测量频率标准值指示值不确定度MHzdBmdBmk=2fH-70-80-90-100-110-120-130-14019附录C测量不确定度评定示例C.1输出频率测量不确定度(使用频率计)C.1.1测量模型f=f0(C.1)式中:f———被校无源互调测试仪输出频率;f0———频率计数器频率读数示值。C.1.2不确定度来源1)频率计频率测量准确度引入的标准不确定度u1;2)频率计显示分辨力引入的标准不确定度u2;3)测量重复性引入的标准不确定度u3。C.1.3标准不确定度分量的评定1)频率计频率测量准确度引入的标准不确定度u1不确定度:频率计的准确度为1×10-7,即a1=1×10-7,假设为均匀分布,k=3不确定度:u1=a1/k=1×10-7/3=5.8×10-82)频率计显示分辨力引入的标准不确定度u2准不确定度:频率计显示分辨力为5×10-10,即a2=5×10-10,假设为均匀分布,k=3准不确定度:u2=a2/k=5×10-10/3=2.9×10-103)测量重复性引入的标准不确定度u3由实验测量结果得到,频率计读数重复性的实验标准差为1×10-9,则标准不确定度:u3=1×10-9C.1.4计算合成标准不确定度1)不确定度分量汇总(见表C.1)表C.1输出频率测量不确定度分量汇总表(使用频率计)序号不确定度分量不确定度来源类型符号及数值分布包含因子标准不确定度符号及数值1频率计频率测量准确度Ba1=1×10-7均匀 3u1=5.8×10-82频率计显示分辨力Ba2=5×10-10均匀 3u2=2.9×10-103测量重复性A1×10-9u3=1×10-9JJF1463—2014202)合成标准不确定度以上各分量之间独立不相关,测量重复性和显示分辨力只选择其中较大值参与不确定度合成。uc=u+u=5.8×10-8C.1.5扩展不确定度包含因子k=2,扩展不确定度U为:U=k×uc=2×5.8×10-8=1.2×10-7C.2输出频率测量不确定度(使用频谱分析仪)C.2.1测量模型f=f0(C.2)式中:f———被校无源互调测试仪输出频率;f0———频谱分析仪频率计功能读数示值。C.2.2不确定度来源1)频谱分析仪频率计功能频率测量准确度引入的标准不确定度u1;2)频谱分析仪频率计功能显示分辨力引入的标准不确定度u2;3)频谱分析仪频率计功能读数重复性引入的标准不确定度u3。C.2.3标准不确定度分量的评定1)频谱分析仪频率计功能频率测量准确度引入的标准不确定度u1频谱分析仪频率计功能频率测量准确度计算公式为:频率准确度=频谱分析仪内部时基频率准确度×频率读数+0.1Hz假设测量的频率为900MHz,则换算成相对:误差=1×10-7×900MHz+0.1Hz=90.1Hza1=1.001×10-7≈1.0×10-7假设为均匀分布,k=3,则标准不确定度:u1=a1/k=1×10-7/3=5.8×10-82)频谱分析仪频率计功能显示分辨力引入的标准不确定度u2频谱分析仪频率计功能显示分辨力为0.05Hz,对应于900MHz的频率其分辨力:.6×10-11,设测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布,k=3,则标准不确u2=a2/k=5.5×10-11/3=3.2×10-113)测量重复性引入的标准不确定度u3由实验测量结果得到,频谱分析仪频率计功能读数重复性的实验标准差为1×10-10,则标准不确定度为:u3=1×10-10C.2.4计算合成标准不确定度1)不确定度分量汇总(见表C.2)JJF1463—201421表C.2输出频率测量不确定度分量汇总表(使用频谱分析仪)序号不确定度分量不确定度来源类分布包含因子标准不确定度符号及数值1频率测量准确度均匀 3u1=5.8×10-82显示分辨力均匀 3u2=3.2×10-113读数重复性u3=1×10-102)合成标准不确定度以上各分量之间独立不相关,测量重复性和显示分辨力只选择其中较大值参与不确定度合成。C.2.5扩展不确定度包含因子k=2,扩展不确定度U为:U=k×uc=2×5.8×10-8=1.2×10-7C.3输出功率测量不确定度C.3.1测量模型PS=P+A(C.3)式中:C.3.2不确定度来源不确定度来源如下:1)功率计参考功率电平最大允许误差引入的标准不确定度u1;2)功率计线性误差引入的标准不确定度u2;3)失配误差引入的标准不确定度u3;4)30dB衰减器衰减值误差引入的标准不确定度u4;5)测量重复性引入的标准不确定度u5。C.3.3标准不确定度分量的评定1)功率计参考功率电平最大允许误差引入的标准不确定度u1功率计参考功率电平误差为±2%,转化成dB表示为0.09dB,假设为均匀分布,k=3,则标准不确定度:u1=0.09dB/3=0.06dB2)功率计线性误差引入的标准不确定度u2则标准不确定度:功率计线性误差为±3%,转换为dB表示为0.13dB,假设为均匀分布,k=3则标准不确定度:22u2=0.13dB/3=0.08dB3)失配误差引入的标准不确定度u3功率计输入端电压驻波比≤1.1衰减器输出端电压驻波比≤1.2失配误差极限用下式估计:Δp=4.34×2×|ΓS||ΓU|式中:ГS———被测输出端反射系数;ГU———功率计输入端反射系数。根据仪表的技术指标得到:∣ГS∣=(1.2-1)/(1.2+1)=0.09∣ГU∣=(1.1-1)/(1.1+1)=0.05Δp=4.34×2×|ΓS||ΓU|=0.04dB所以a3=0.04dB,在该区间内的概率分布为反正弦分布,k=2,则u3=a3/k=0.04dB/2=0.03dB4)30dB衰减器衰减不确定度u4根据衰减器校准证书,其校准不确定度为a4=0.1dB,包含因子k=2,因此u4=0.05dB5)测量重复性引入的标准不确定度u5被校无源互调测试仪输出频率为935MHz,输出功率为43dBm,使用功率计对无源互调测试仪重复测量10次,测量结果见表C.3。表C.3测量次数功率计测量值/dBm113.12213.13313.10413.15513.12613.07713.12813.11913.131013.1123则单次测量结果的实验标准差:标准不确定度使用实验标准差表示,则u5=0.02dBC.3.4计算合成标准不确定度1)不确定度分量汇总(见表C.4)表C.4输出功率测量不确定度分量汇总表序号不确定度分量不确定度来源类型符号及数值dB分布包含因子标准不确定度符号及数值dB1功率计参考电平误差Ba1=0.09均匀 3u1=0.062功率计线性误差Ba2=0.13均匀 3u2=0.083失配误差Ba3=0.04反正弦 2u3=0.03430dB衰减器衰减值Ba4=0.1上级标准2u4=0.055测量重复性A u5=0.022)合成标准不确定度各分量独立不相关。uc=u+u+u+u+u=0.12dBC.3.5扩展不确定度包含因子k=2,扩展不确定度U为:U=k×uc=2×0.12dB=0.24dBC.4无源互调测量不确定度C.4.1测量模型M=M0-A(C.4)式中:M———无源互调测试仪无源互调测量示值,dBm;M0———信号发生器输出功率示值,dBm;C.4.2不确定度来源1)信号发生器输出功率校准引入的标准不确定度u1;2)30dB衰减器衰减值校准引入的标准不确定度u2;3)测量重复性引入的标准不确定度u3;4)信号发生器输出端与30dB衰减器间失配误差引入的标准不确定度u4;JJF1463—2014245)30dB衰减器输出端与被校无源互调测试仪间失配误差引入的标准不确定度u5。C.4.3标准不确定度分量的评定1)信号发生器输出功率校准引入的标准不确定度u1根据信号发生器校准证书,其测量不确定度为0.2dB,包含因子为2,则u1=0.2dB/2=0.1dB2)30dB衰减器衰减校准引入的标准不确定度u2根据衰减器校准证书,其测量不确定度为0.1dB,包含因子为2,则u2=0.1dB/2=0.05dB3)测量重复性引入的标准不确定度u3设置信号发生器的输出频率为910MHz,调整信号发生器输出,使得测量接收机测量信号发生器外接衰减器后的输出功率为-70dBm,将此信号输入至无源互调测试仪的反射端,重复测量10次,测量结果见表C.5。表C.5测量次数无源互调测试仪指示值dBm1-70.12-70.23-70.24-70.15-70.26-70.17-70.18-70.29-70.210-70.21的输出频率为910MHz,调整信号发生器输出,使得测量接收机测量信号发生器外接衰减器后的输出功率为-120dBm,将此信号输入至无源互调测试仪的反射端,重复测量10次,测量结