小功率传递标准校准规范

小功率传递标准校准规范本规范适用于频率范围为100kHz～50GHz、功率测量范围为0.5mW～10mW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。3.1终端式功率标准的校准因子calibrationfactorofterminatingpowerstandard测辐射热元件上的直流替代功率P。与入射到功率座中的功率P,之比，用K。3.2通过式功率标准的校准因子calibrationfactoroffeedthroughpowerstandard定向耦合器旁臂上(或功分器一侧输出端)功率座的替代功率P与入射到接在定向耦合器主臂输出端(或功分器另一侧输出端)无反射负载上的功率P。之比，用K。小功率传递标准是用来进行功率量值传递的标准设备，基于其接入系统方式的不通过式小功率传递标准由热敏电阻功率座、定向耦合器(或功分器)和功率指示器(或功率电桥)组成。终端式小功率传递标准由功率座和功率指示器(或功率电桥)组成，或者由通过式5计量特性b)功率测量范围：0.5mW～10mW;d)反射系数模值：不大于(0.1～0.25)。注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。2b)相对湿度：≤80%;c)供电电源：电压(220±11)V,频率(50±1)Hz;功率量程：0.5mW～10mW;反射系数模值：不大于(0.1～0.25);校准因子的测量不确定度：0.4%～3.0%(k=2)。反射系数模值：不大于(0.1～0.25);功率量程：0.5mW～10mW;输出端反射系数模值：不大于(0.1～0.25)。3校准因子的测量不确定度；1.0%～5.0%(k=2)。6.2.9网络分析仪6.2.10网络校准件匹配负载反射系数模值：不大于(0.025～0.05);短路器反射系数模值：不小于(0.99～0.998);开路器反射系数模值：不小于(0.99～0.998);空气线(1组)传输损耗：不大于(0.05dB～0.2dB)。直流电压测量范围：1V～10V;7.1校准项目小功率传递标准的校准项目见表1。表1校准项目列表用目视法检查被校小功率传递标准的外观及附件，应有说被校小功率传递标准通电后应正常工作；按其技术说明书规定a)按图1连接校准用仪器设备，将信号发生器的输出频率设置成被校通过式小功率传递标准的起始频率，射频输出开关置为“OFF”,采用标准功率指示器和数字电压表组合测量时，读取数字电压表的电压读数V₀;4F.F.Vb)调整信号发生器输出幅度，使得标准功率指示器的指示功率在所需要的电平上；c)读取被校通过式小功率传递标准的替代功率值Pe;d)读取标准功率指示器的功率值P,或通过读取数字电压表的示值V₁,按式(1)计算功率值PL;R—-功率电桥的桥臂电阻，Ω。e)按式(2)计算被校通过式小功率传递标准在该频率点的校准因子K,结果记录于附录A中表A.1;K——被校通过式小功率传递标准的校准因子；K,——终端式功率标准的校准因子；P—被校通过式小功率传递标准的替代功率值，mW。将计算f)按照被校通过式小功率传递标准的出厂给定的频率改变信号发生器的输出频率，7.4终端式小功率传递标准校准因子a)按图2连接校准用仪器设备，并将信号发生器的输出频率设置成被校终端式小功率传递标准的起始频率；b)调整信号发生器(或功率放大器)输出幅度，使得被校终端式小功率传递标准指示的功率在所需要的电平上；c)读取通过式功率标准的替代功率值P。和被校终端式小功率传递标准的替代功率值P;5P₄,KaF图2传递标准法校准原理框图d)按式(3)计算被校终端式小功率传递标准的校准因子K。,将计算结果记录于K—被校终端式小功率传递标准校准因子；K——通过式标准功率座的校准因子；P—通过式功率标准的替代功率值，mW;P——被校终端式小功率传递标准的替代功率值，mW。e)按照被校终端式小功率传递标准的出厂给定的频率改变信号发生器的输出频率，重复步骤b)～d)。7.4.2交替比较法a)按图3连接校准用仪器设备，将信号发生器的输出频率设置成被校终端式小功率传递标准的起始频率；b)将终端式功率标准连接在测试端面，将信号发生器的输出幅度设置为终端式功率标准所需功率电平值，将信号发生器射频功率开关置在输出“ON”状态，读取该频率点的标准功率指示器的示值P。;FFK,P测试端面图3交替比较法校准原理框图6c)将信号发生器射频功率开关置在输出“OFF”状态，移除终端式功率标准，并将被校终端式小功率传递标准连接在测试端面，再将信号发生器射频功率开关置在输出“ON”状态；d)保持信号发生器输出功率不变，读取被校终端式小功率传递标准示值Ps;将信号发生器射频功率开关置在输出“OFF”状态，移除被校终端式小功率传递标准；e)按式(4)计算被校终端式小功率传递标准在该频率点的校准因子K。,将计算结果记录于附录A中表A.2;Ku——被校终端式小功率传递标准校准因子；K,——终端式功率标准的校准因子；Pw——被校终端式小功率传递标准的直流替代功率，mW;P,——终端式功率标准的替代功率，mW。f)按照被校终端式小功率传递标准的出厂给定的频率改变信号发生器的输出频率，7.5终端式小功率传递标准输入端反射系数模值a)将网络分析仪的测量方式设定为单端口测量模式；b)根据被校终端式小功率传递标准的工作频率范围设置网络分析仪的测量频c)用标准件(短路器、开路器、负载)校准网络分析仪；d)按图4所示将被校终端式小功率传递标准连接在网络分析仪的测试端口，直接读取被校终端式小功率传递标准各个频率的反射系数模值，将结果记录于附录A中表A.3。7.6通过式小功率传递标准等效源反射系数模值7.6.1方法1a)取下被校通过式小功率传递标准的三端口器件(功分器或定向耦合器);b)将网络分析仪的测量方式设定为全二端口测量方式；c)根据被校通过式小功率传递标准的工作频率范围设置网络分析仪的测量频率点；d)用标准件(短路器、开路器、空气线、负载)进行网络分析仪全二端口的校准；e)按图5(a)所示连接通过式小功率标准的三端口器件(功分器或定向耦合器)、匹配负载和网络分析仪，三端口器件的端口1为输入端，端口2为输出端，端口3为旁臂输出端，读取三端口器件各频率点的sz和sz;f)再按图5(b)所示连接校准仪器，读取三端口器件各个频率的sn;7匹配负载3图5方法1校准原理框图h)按式(5)计算等效源反射系数模值|Tc。|,将结果记录于附录A中表A.4。7.6.2方法2a)根据被校通过式小功率传递标准的工作频率范围选择一组合适的空气线(不少于3个),与功分器和功率计组成失配功率计组，该功率计组各输人反射系数的模值应大于0.2,相位分布应相对均匀；b)按图6连接测试系统；负载L2图6方法2校准原理框图c)将信号发生器的输出频率设置成被校终端式小功率传递标准的起始频率；d)置信号发生器射频功率开关在输出“ON”状态，读取功率计的读数P₁;e)将信号发生器射频功率开关置在输出“OFF”状态，按照被校终端式小功率传递标准的出厂给定的频率改变信号发生器的输出频率，重复步骤d);f)按次序将空气线1换成空气线2、空气线3、空气线4、重复步骤c)～e),功率计的读数分别记为P₂,P₃,P₄;8c)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；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，应说明被校对象的小功率传递标准复校时间间隔由用户根据使用9校准记录格式A.1外观及工作正常性检查A.2通过式小功率传递标准校准因子频率/GHzA.3终端式小功率传递标准校准因子频率/GHzA.4终端式小功率传递标准输入端反射系数模值频率/GHz表A.4通过式小功率传递标准等效源反射系数模值频率/GHz 附录B校准证书内页格式频率/GHz频率/GHz频率/GHzB.5通过式小功率传递标准等效源反射系数模值频率/GHz测量结果不确定度评定C.1通过式小功率传递标准校准因子测量不确定度通过式小功率传递标准校准因子测量不确定度评定时选择2.4mm接头形式的功率座，频率范围为1GHz～50GHz,功率电平为1mW。当校准功率电平为1mW时，其校准因子校准系统如图C.1所示。主要包括信号f..-K.,P。C.1.2测量模型被校通过式小功率传递标准的校准因子可由式(C为了分析方便，将失配因子M作为独立变量处理。因K…表示式中的各输入量K,、P、Pm、M是非相关量，根据不确定度传播律，校准因子K。的相对合成标准=√[c₁u;(K,)]²+[c₂u₂(Pm)]²+u₁(K,)——u₂(P₀)——u₃(Pcu)——u₄(M)——输入量K,的相对标准不确定度；输人量Pm的相对标准不确定度；输入量P。的相对标准不确定度；输入量M的相对标准不确定度；分别为输入量K₂,PLm,Pa,M的灵敏系数。其中，灵敏系数分别为：考虑到接头连接重复性引入的相对标准不确定度分量uʌ(D),(C.4)可以得到校准因子的相对合成标准不确定度：u.(Km)=√[u₁(K,)]²+[u₂(Ps)]²+[ug(PC.1.3标准不确定度分量评定1)终端式标准功率座校准因子引入的相对标准不确定度分量终端式标准功率座校准因子的扩展不确定度为0.7%～2.2%。由此引入的不确定度分量按B类进行评定，其包含因子一般情况下取k=2。因此，其引人的相对标准不2)终端式功率标准的直流替代功率引入的相对标准不确定度分量终端式功率标准的标准功率指示器最大允许误差为±(0.03%×P+2μW)。测量1mW功率时，最大允许误差为土0.23%。由此引人的不确定度分量按B类进行评定，其结果服从均匀分布，包含因子k=√3,则其引人的相对标准不确定度为：3)被校通过式小功率传递标准直流替代功率引入的相对标准不确定度分量被校通过式小功率传递标准的功率指示器最大允许误差为±0.1%,由此引入的不确定度分量按B类进行评定，其结果服从均匀分布，包含因子k=√3,则其引入的相对4)失配引入的相对标准不确定度分量根据分析，失配引入的误差极限为2|Tc₄||T,|,按B类评定，其可能值服从反正弦分布，k=√2。根据测量数据，|Fc|为0.01～0.06,终端式标准反射系数模值|r,|为0.01～0.07。则此项标准不确定度分量为：5)重复性引入的相对标准不确定度分量接头连接重复性引入的标准不确定度分量按A类评定，由标准重复性考核得到，通过式小功率传递标准校准因子测量不确定度主要分量见表C.1。不确定2均匀替代功率均匀ue=√αǐ+u²+u+ul+ui=0.38%～k值取2,校准因子的扩展不确定度为：C.2终端式小功率传递标准校准因子测量不终端式小功率传递标准校准因子测量不确定度评定时选择N接头形式的功率座，频率范围为10MHz到18GHz,功率电平为1mW,校准方法采用交替比较法。C.2.1系统组成及工作原理功率座被校终端式F指示器发生器稳幅控制信号测试端面C.2.2测量模型被校终端式小功率传递标准的校准因子按式(C.7)计算：K。——被校终端式小功率传递标准的校准因子；K,——终端式标准功率座的校准因子；P—标准功率指示器的替代功率值，mW;Pkw——被校终端式小功率传递标准的替代功率值，mW;M——失配因子。式中：Ice——等效信号源反射系数；T,——终端式标准功率座的输入反射系数；I——被校终端式标准功率座的输入反射系数。为了分析方便，将失配因子M作为独立变量处理。因K。表示式中的各输入量K、P、P、M是非相关量，根据不确定度传播律，校准因子K。的相对合成标准不确定度可表示为：=√[c₁u₁(K,)]²+[c₂u₂(Pm)]²+[式中：u₂(P₀)——输人量K,的相对标准不确定度；输入量P,的相对标准不确定度；u₃(Psm)——输入量Pm的相对标准不确定度；u₄(M)——输入量M的相对标准不确定度；c₁,cz,cg,c₄——分别为输入量K,,P,P,M的灵敏系数。其中，灵敏系数分别为：考虑到接头连接重复性引入的相对标准不确定度分量u(D),可以得到校准因子的相对合成标准不确定度：ue(K)=√[u₁(K.)]²+[u₂(Pu.)]²+[u₃(PC.2.3标准不确定度分量评定1)标准功率座校准因子K,引入的相对标准不确定度分量终端式标准功率座校准因子由微量热计校准得到，其扩展不确定度为0.7%~1.2%。由此引入的不确定度分量按B类进行评定，其包含因子一般情况下取k=2。因此，其引入的相对标准不确定度为：2)标准功率座直流替代功率P。,引入的相对标准不确定度分量标准功率指示器的直流替代功率由功率指示器和数字电压表读出，测量1mW功率时其最大允许误差为±0.1%,由此引入的不确定度分量按B类进行评定，其结果服从均匀分布，包含因子k=√3,则其引入的相对标准不确定度为：3)被校终端式小功率传递标准直流替代功率P引入的相对标准不确定度分量被校终端式小功率传递标准的功率指示器的最大允许误差为±(0.03%×P+2μW)。测量1mW功率时，最大允许误差为±0.23%,由此引入的不确定度分量按B类进行评定，其结果服从均匀分布，包含因子k=√3,则其引入的相对标准不确定度为：4)失配引入的相对标准不确定度分量由失配引入的相对扩展不确定度分量按最不利时的组合计算，即误差极限△(M)=2(|FaF,|+|FcF₀1),按B类方法评定。M的可能值服从反正弦分布，包含因子k(M)=√2,其相对标准不确定度u;按式(C.12)计算，结果见表C.2。表C.2失配引入的相对标准不确定度分量频率范围因此失配引入的相对标准不确定度分量为：5)接头连接重复性引入的相对标准不确定度分量接头连接重复性引入的标准不确定度分量按A类评定，由标准重复性考核得到，其引入的相对标准不确定度为：C.2.4合成标准不确定度终端式小功率传递标准校准因子测量不确定度主要分量见表C.3。不确定不确定度正态2均匀替代功率均匀u失配各不确定度分量不相关，则合成标准不确定度为：u=√u\+u²+u+u³+uk=0.38%～0C.2.5扩展不确定度k值取2,校准因子的扩展不确定度为：U=k·ue=0.76%～1.5%(k=2)C.3小功率传递标准输入端反射系数模值测量不确定度分析终端式小功率传递标准输人端反射系数模值测量不确定度评定时选择N型接头形式的功率座，频率范围为10MHz到18GHz,校准方法采用网络分析仪直接测量。C.3.1系统组成及工作原理校准方法采用网络分析仪直接测量，测量时网络分析仪采用单端口校准，测量模式为反射系数，系统框图如图C.3所示。C.3.2测量模型被校终端式小功率传递标准的反射系数模值用网络分析仪直接测量得到：y=|F]用网络分析仪直接测量反射系数模值的不确定度来源有：标准件经上级量传引入的不确定度u₁;网络分析仪剩余误差引入的不确定度uz;校准时连接重复性引入的不确定度u₃。C.3.3标准不确定度分量评定1)标准件经上级量传引入的标准不确定度分量标准件经上级量传引入的不确定度u₁(||),同轴N型接头形式的反射幅度标准器经上级计量部门检定，在10MHz～18GHz、反射系数为0～0.2时的扩展不确定度U=0.0028,k=2,u₁=0.002)网络分析仪剩余误差引入的标准不确定度分量校准后的网络分析仪测量具有同轴N型接头形式的反射幅度标准器，测量值与上级计量部门检定后的定标值的偏差反映了网络分析仪的剩余误差。在10MHz～18GHz不确定度为uz=0.0026。3)校准时连接重复性引入的标准不确定度分量校准时连接重复性引入的不确定度由A类方法评定。对于具有同轴N型接头形式的终端式小功率传递标准，在频率范围10MHz～18GHz频段，其引入的相对标准不确定度为ux=0.001～0.003。C.3.4合成标准不确定度ue(|F|)=√uí+u²+ui=0.003～0.C.3.5扩展不确定度k值取2,反射系数模值的扩展不确定度为：C.4通过式小功率传递标准等效源反射系数模值测量不确定度分析通过式小功率传递标准校准因子测量不确定度评定时选择N型接头形式的功率座，频率范围为10MHz～18GHz,校准方法采用测量功分器S参数计算出等效源反射系C.4.1系统组成及工作原理通过式小功率传递标准等效源反射系数模值的校准系统框图如图C.4所示。1C.4.2测量模型被校通过式小功率传递标准的等效源反射系数模值按式(C.14)计算：Tce——被校通过式小功率传递标准的等效源反射系数；sz,5zt,ss₂,sn——被校通过式小功率传递标准的功分器的S参数；由于szz,sz₁,sg,ss₁是用同一台网络分析仪测得的，并且是矢量运算，用最不利的情况估计时，等效源反射系数模值的合成标准不确定度可表示为：u(|Fc|)=|c₁u₁(sz)|+|c₂u₂