谐振式波长计校准规范

1谐振式波长计校准规范1范围本规范适用于频率范围在0.3GHz～40GHz谐振式波长计(又称谐振式频率计、同轴直读式频率计)的校准。2引用文件本规范引用下列文件：JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示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校准增量(校准标度)calibrationincrements校准增量也称校准标度，指波长计刻度最小间隔的频率值。3.2谐振能量吸收(谐振能量下垂)dipatresonance微波测量系统中，波长计谐振腔调谐装置从失谐调谐到与被测频率谐振时，传输端口能量呈最小状态，即功率值下降至最低。4概述谐振式波长计，为无源频率测量器，是一种采用谐振腔法来测量微波频率的专用设备，通常用于微波装置或微波系统中对信号频率的测量，按其在微波系统中腔内谐振时对外电路的反应情况分为通过式和吸收式。通过式是以信号能量峰值的位置为谐振点，吸收式是以信号能量谷值的位置为谐振点。实际应用中多以吸收式波长计作为测量用谐振式波长计(谐振式频率计、同轴直读式频率计)主要用于国防、军工、通讯、医疗等领域，在科研教学方面也有大量的应用。5计量特性5.1频率测量范围5.2频率测量最大允许误差5.3谐振能量吸收5.4驻波比25.5校准增量2MHz,10MHz。注：以上指标为波长计的典型指标，仅供参考。6校准条件6.1环境条件6.1.2环境湿度：≤80%。6.1.3电源电压及频率：电压220(1±10%)V,频率50(1±5%)Hz。6.2.1合成信号发生器功率最大允许误差：±(0.1dB～2dB)。6.2.3网络分析仪频率范围：0.3GHz～40GHz(或满足被校波长计频率测量范围);电压驻波比测量不确定度；1%～6%,k=2,6.2.4隔离器或衰减器频率范围满足波长计频率测量范围，隔离度或衰减量不小于10dB。7校准项目和校准方法7.1校准项目校准项目见表1。表1校准项目序号方法条款号1频率测量范围及测量误差2谐振能量吸收3驻波比4校准增量3波长计波长计7.2校准方法7.2.1外观及工作正常性检查和校准工作准备被校波长计应带有必要的附件。外观完好，无影响正常工作的机械损伤，调谐装置功能正常，刻度线指示清晰。所有校准设备按规定时间预热。7.2.2频率测量范围及测量误差仪器连接如图1所示。功率计隔离器合成信号发生器功率计隔离器频谱分析仪图1频率范围及测量误差校准连接图7.2.2.1频率测量范围a)调节波长计，使标识线对准最低频率刻度中心位置fc;b)信号发生器输出与刻度一致的频率，输出幅度设为0dBm;c)用功率计或频谱分析仪测量波长计的输出端信号幅度，信号发生器的频率正向微小调偏α,即输出值为：fc+α(a按实际情况取值，一般在10-(或10-3位调整),再来回改变频偏值的大小，使波长计处于谐振即功率计所测值为最小或频谱分析仪功率峰值下降为最低，读取信号发生器输出的频率fu;d)调偏波长计标识线，使其为失谐状态，重新对准最低频率刻度中心位置，信号发生器的频率负向微小调偏α,即输出值为：fc-a,再来回改变频偏值的大小，使波长计处于谐振，读取信号发生器输出的频率fr;e)比较fu、f₂,取误差大的值，记为波长计频率下限值f₁;f)调节波长计，使标识线对准最高频率刻度中心位置f;g)同理，按上述方法在波长计的最高频率刻度处，读取两次信号发生器输出的频率fm、f,并取误差大的值，记为波长计频率上限值f;h)分别计算f.与最低刻度值、f与最高刻度值fc的相对误差，如满足5.2要求则波长计测频范围为：f₁~f₁记录于附录A。如果不满足5.2要求，则适当调高波长计的下限频率值，或调低波长计的上限频率7.2.2.2频率测量误差方法一：a)按图1连接仪器，波长计按其频率范围均匀选取10点以上频率刻度值f,调谐波长计的标识线到待测刻度中心位置，信号发生器幅度设为0dBm,并调至波长计一致的频率；b)用功率计或频谱分析仪测量波长计的输出端信号幅度，信号发生器的频率正向JJF1703—20184一般在10-4或10-3位调整),再来回改变频偏值的大小，使波长计处于谐振，即功率值为最小时，读取信号发生器输出的标准频率f₁c)调整波长计使其处于失谐状态，重新将标识线对准所测刻度中心位置，信号发生器的频率负向微小调偏α,即输出值为：f-a,再来回改变频偏值的大小，使波长计发生谐振，功率值为最小时，读取信号发生器输出的标准频率f₂e)按式(1)或式(2)计算频率测量误差，将实测值及测量误差记于附录A。方法二：频率参考源网络分析仪频率参考源校准件波长计图2频率测量误差校准方法二连接图a)按图2所示，网络分析仪内部参考频率准确度低于5×10-5时，需连接外部参考源。b)网络分析仪复位，按波长计的测频范围设置网络分析仪的起始频率、终止频率，对测试端口进行校准。校准完毕后按图2连接仪器。【SCALE】为0.1dB/格～1dB/格；参考电平为0dBm。络分析仪以锁相方式扫描。【MARKER】键，找到最小Min功能，测量波长计谐振时下凹处的频率(反复在Max和Min来回按键以确定测得当前稳定值)读取网络分析仪测得的频率值，测量两次以上，取误差大的值为实测值fg,记录于附录A。f)改变频率刻度，重复d)、e)测量步骤，波长计频率测量点数应在其范围内选取10点以上。按式(1)或式(2)计算频率测量误差。式中：△——频率测量绝对误差，Hz;δ——频率测量相对误差；fg——波长计处于谐振时，方法一中，信号发生器读取的频率值，或方法二中，网JJF1703—20185络分析仪读取的频率值，Hz。7.2.3谐振能量吸收按图1连接仪器。a)信号发生器按波长计频率测量范围选取高、中、低三个频率点，输出幅度约为8dBm(或根据隔离器/衰减器的值选择适当的幅度);b)调整波长计，标识线处于所选频率附近的失谐位置，用功率计测量失谐时最大幅度；并记下所测得的毫瓦(mW)读数值pc)调整波长计使之处于谐振状态，观察功率计读数至最小，并记下所测得的毫瓦(mW)读数值p₂;d)按式(3)计算谐振能量吸收，将测量结果记入附录A。C——谐振能量吸收；p₁——波长计处于失谐状态时功率计最大读数值，mW;p₂——波长计处于谐振状态下功率计最小读数值，mW。7.2.4驻波比(VSWR)网络分析仪校准件波长计匹配负载图3驻波比校准连接图a)复位网络分析仪，按波长计的测频范围设置网络分析仪的起始频率、终止频率，也可分段设置；b)根据波长计端口形式选择相应的波导或同轴校准件对网络分析仪进行端口c)校准完毕后，按图3所示将波长计接入网络分析仪测量端口；d)设置网分析仪测量【MEAS】为Su,格式【FORMAT】选择SWR,按波长计测频范围选取高、中、低三个频率测试点或多个频率测试点；e)将波长计处于失谐位置，使用标记【MARK】测量波长计输入端口在各校准频率点上的驻波值，将测量结果记入附录A。7.2.5校准增量a)按图连接仪器，波长计的标识线调至频率范围中的1/2处，在其附近选择相临6的两条刻度作为测试点；d)按式(4)计算，计算差值，取MHz位作为校准增量结果，将结果记入附录A。注：以上是吸收式波长计校准方法，通过式波长计的校准可根据其工作原理(发生谐振时输出端口能量最大，能量图中峰值点处为谐振频率)参考上述测量方法，测量中以能量最大值即曲线凸处的值为测量值。8校准结果表达波长计校准后出具校准证书。校准证书(报告)应至少包括以下信息：c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(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有关时，应说明被校对象的接收i)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；m)对校准规范的偏离的说明；9复校时间间隔7校准原始记录格式频率测量范围频率测量误差频率值实测值绝对误差相对误差%谐振能量吸收频率值C%驻波比频率值校准增量注：原始记录格式以常规校准项目为参考，校准时可根据实际校准的技术指标做相应的变化。实际校准时，原始记录还应详细登记其他相关信息。8校准证书内页格式校准数据/结果校准结果频率测量范围及测量误差标称值实测值误差%不确定度U谐振能量吸收频率值C不确定度U驻波比频率值不确定度U校准增量9附录C测量结果不确定度评定示例谐振式波长计校准结果主要为频率测量、驻波比。校准基本信息见表C.1。测量方法直接测量法测量标准设备E8257D信号源、相应频段的隔离器或小衰减器、E4440A频谱被测对象Pxi₂波长计(直读频率计)环境条件C.2.1测量模型：f=f₀+△;f——被测频率；f₀——标准频率值；△;——频率测量误差。波长计频率测量误差主要有三项：标准器信号源频率不准△,波长计校准增量(刻度分辨力)读取误差△?及调谐重复性△₃。因标准器信号源频率的相对频偏远远小于被测仪器的最大允许误差(至少高一个数量级),所以△₁引入的标准不确定度u₁分量可忽略不计。C.2.2.2读取误差△。及调谐重复性△₃引入的标准不确度uz因校准增量的分辨所带来的读数误差及波长计正向、反向多次调谐而引入的不确定度以多次重复测量来估算，即按A类评定：对Pxi₂频率计误差最大点(1240MHz)进行10次重复独立测量，经计算得标准不确定度。i单次测量标准差s12345JJF1703—2018if/MHz单次测量标准差s6标准不确定度u;7u₂=s=0.07MHz89C.2.3合成标准不确定度由于各引入不确定度分量之间相互独立，则合成标准不确定度为；ue=√u³+u²=0.07MHzC.2.4扩展不确定度则扩展不确定度：U=2ue=0.14MHz(k=2)C.3驻波比C.3.1不确定度来源驻波比测量结果不确定度来源主要为网络分析仪测量不准、测量重复性两项。C