計量概述與信號發(fā)生器的校準(zhǔn)(2011.11.21馮)交

1、廣州廣電計量測試技術(shù)有限公司廣州廣電計量測試技術(shù)有限公司計量中心：馮玉伶計量中心：馮玉伶 2011年年11月月 無線電計量設(shè)備（矢量信號源）8657A信號發(fā)生器Agilent-8647A信號發(fā)生器無線電計量設(shè)備（信號源校準(zhǔn)系統(tǒng)）主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一一. 計量工作概述計量工作概述 二二. 信號發(fā)生器的基本概況信號發(fā)生器的基本概況 三三. 信號發(fā)生器的基本原理：信號發(fā)生器的基本原理： 四四. 信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo) 五五. 信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語 六六. 信號發(fā)生器的使用方法信號發(fā)生器的使用方法 七七. 信號發(fā)生器的維護(hù)與注意事項信號發(fā)生器的維護(hù)與注

2、意事項 八八. 信號發(fā)生器的計量檢定規(guī)程（規(guī)范）信號發(fā)生器的計量檢定規(guī)程（規(guī)范） 九九. 信號發(fā)生器的校準(zhǔn)項目信號發(fā)生器的校準(zhǔn)項目 十十. 信號發(fā)生器校準(zhǔn)系統(tǒng)的建立信號發(fā)生器校準(zhǔn)系統(tǒng)的建立一一. 計量工作概述計量工作概述1. 計量科學(xué)的作用地位計量科學(xué)的作用地位 計量是關(guān)于測量的學(xué)科，它涉及測量理論、測量技術(shù)和測量實(shí)踐等多個領(lǐng)域。計量是科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分，是與人類社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展同步發(fā)展的。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展與全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速，計量在國家科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)與社會進(jìn)步中的地位和作用日趨顯著。 計量是一門科學(xué)。計量技術(shù)是科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)技術(shù)，又是高科技產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的

3、一個重要條件。聶榮臻副總理曾經(jīng)指出：“科技要發(fā)展，計量需先行”。這充分說明計量工作的重要性。一一. 計量工作概述計量工作概述2. 什么是計量？什么是計量？ “計量計量”一詞是新中國成立后不久，于一詞是新中國成立后不久，于1953年被確認(rèn)并采年被確認(rèn)并采用的，它取代使用了幾千年的用的，它取代使用了幾千年的“度量衡度量衡”，并賦予更廣泛的，并賦予更廣泛的內(nèi)容（具體的分有十大領(lǐng)域）。內(nèi)容（具體的分有十大領(lǐng)域）。 計量定義為：計量定義為：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確可靠的活動。實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確可靠的活動。其活動其活動包括科學(xué)技術(shù)上的、法律法規(guī)上的和行政管理上的活動。包括科學(xué)技術(shù)上的、法律法規(guī)上的和行政

4、管理上的活動。 人們在廣泛的社會活動中，每天都進(jìn)行著各種不同的測量，測量的準(zhǔn)確與否，直接影響這些活動的成效。而計量是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量的基本保證。現(xiàn)代計量是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中一項重要的技術(shù)基礎(chǔ)，是一個國家、一個地區(qū)和一個行業(yè)發(fā)展的探測器。 我國古代計量的基本內(nèi)容是“度量衡”，度是指長度，量指的是容積，衡指的是重量。新中國成立后，黨和政府十分重視計量工作，使計量工作進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。一一. 計量工作概述計量工作概述1、什么是計量？、什么是計量？ 。 5、計量的特性、計量的特性 準(zhǔn)確性、統(tǒng)一性、溯源性、法制性和科技性準(zhǔn)確性、統(tǒng)一性、溯源性、法制性和科技性 準(zhǔn)確性：- “準(zhǔn)”字是計量工作的核心

5、。準(zhǔn)確性是指測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。無論準(zhǔn)確度高或是低，測量給出量值時，必須給出不確定度或測量誤差等表示準(zhǔn)確性的指標(biāo)。 統(tǒng)一性（一致性）：- 統(tǒng)一是計量最本質(zhì)的特性。統(tǒng)一性是指在統(tǒng)一計量單位的基礎(chǔ)上，測量結(jié)果應(yīng)該是可重復(fù)、可再現(xiàn)（復(fù)現(xiàn)）、可比較的。 溯源性：- 是保證量值準(zhǔn)確可靠最基本的方法。溯源性是指在一條具有規(guī)定不確定度的連續(xù)比較鏈，使測量結(jié)果和測量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)、國家或國際測量標(biāo)準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)聯(lián)系起來的特性。 法制性：- 為了保障量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一，維護(hù)社會和經(jīng)濟(jì)秩序，必須有相應(yīng)的法律、法規(guī)、規(guī)范和行政監(jiān)督管理。 科技性：- 計量必須依靠最強(qiáng)的科技手段來實(shí)現(xiàn)量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一

6、和發(fā)揮“技術(shù)法庭的作用”，同時又為科技發(fā)展提供最強(qiáng)的支持。6、計量學(xué)的分科、計量學(xué)的分科 計量學(xué)包括物理量，以及工程量、化學(xué)量、生物計量學(xué)包括物理量，以及工程量、化學(xué)量、生物量量 我們常說的我們常說的十大計量領(lǐng)域十大計量領(lǐng)域是指：是指： 幾何量、溫度、力學(xué)、電磁、電子、時間頻率、幾何量、溫度、力學(xué)、電磁、電子、時間頻率、光學(xué)、電離輻射、聲學(xué)和化學(xué)量等。光學(xué)、電離輻射、聲學(xué)和化學(xué)量等。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子技術(shù)已經(jīng)無處不在。電子儀器也已覆蓋到計量的十大類。計量也就可以說是電子計量了。 計量檢定員：計量檢定員： 計量檢定員是指，經(jīng)考核合格、持有計量檢定員證、從事計量檢定工作的人員。7、計量

7、人員要求所具備的能力、計量人員要求所具備的能力1）. 國家一級站以上工作的計量人員須具備的國家一級站以上工作的計量人員須具備的能力：能力： 一般儀器的計量校準(zhǔn) ； 維護(hù)國家基準(zhǔn)的能力； 開發(fā)研制國家基準(zhǔn)的能力； 編寫計量檢定規(guī)程和校準(zhǔn)方法的能力； 具備軟件開發(fā)的能力，編制各種控制軟件，使 之達(dá)到自動校準(zhǔn)； 培訓(xùn)下一級計量人員的能力；計量人員要求所具備的能力計量人員要求所具備的能力 2）. 其他計量站工作的計量人員須具備的能力：其他計量站工作的計量人員須具備的能力： 熟悉各種計量校準(zhǔn)的法規(guī)，保證計量校準(zhǔn)工作在檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的要求下進(jìn)行； 能根據(jù)實(shí)際情況正確選用計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備； 能編寫各種計量標(biāo)

8、準(zhǔn)的建標(biāo)技術(shù)報告； 能對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度的分析； 熟練掌握各種電子儀器的計量校準(zhǔn)工作，特別要適應(yīng)現(xiàn)場儀器的計量校準(zhǔn)。滿足客戶的要求；計量人員要求所具備的能力計量人員要求所具備的能力 熟悉計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，用現(xiàn)有的設(shè)備開發(fā)新儀器校準(zhǔn)方法的能力； 編寫儀器校準(zhǔn)方法的能力； 開發(fā)應(yīng)用軟件的能力，實(shí)現(xiàn)各種儀器的自動校準(zhǔn)； 熟悉互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)，適應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制儀器校準(zhǔn)的發(fā)展要求； 培訓(xùn)下一級計量人員的能力； 能解答客戶對計量方面以及儀器使用方面的疑問。 二、信號發(fā)生器的基本概況： 信號發(fā)生器又稱信號源或發(fā)生器。信號發(fā)生器是為電子測量提供符合一定技術(shù)要求的電信號設(shè)備，它是電子測量中使用最廣泛、最基

9、本的電子測量設(shè)備。比如說，我們平時工作中的維修、調(diào)試、計量工作等等，都會用到它。 信號發(fā)生器是一臺多功能的測量儀器，它不但應(yīng)用廣泛，且種類繁多，可以說它是種類最多的一種電子測量儀器，它可以分為專用和通用兩大類。專用信號發(fā)生器是為某些特殊目的而研制的，如電視圖象信號發(fā)生器和編碼脈沖信號發(fā)生器等。通用信號發(fā)生器是屬于通用儀器，主要針對在各種測量中共同感興趣的問題而研制的 二、信號發(fā)生器的基本概況： 信號發(fā)生器按輸出信號的波形來分，主要有：正弦波信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和脈沖信號發(fā)生器等三大類。 近年來，掃頻技術(shù)和程控技術(shù)發(fā)展迅速，利用信號發(fā)生器進(jìn)行自動和半自動測量已越來越受到人們的重視。所以，信

10、號發(fā)生器在生產(chǎn)、科研、國防和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，成為一種不可缺少的重要儀器設(shè)備之一。三、信號發(fā)生器的基本原理：三、信號發(fā)生器的基本原理： 信號發(fā)生器是由振蕩器、頻率合成單元、電平控制單元和調(diào)制單元等組成的綜合性電子儀器，其基本功能是提供正弦波信號和調(diào)制信號，廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)、計量等部門。 合成式信號發(fā)生器是應(yīng)用頻率合成的方法產(chǎn)生所需頻率范圍的正弦波信號，在很寬的頻率范圍內(nèi)，其頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性可以 達(dá)到與內(nèi)部參考頻率標(biāo)準(zhǔn)（一般為參考晶體振蕩器）相同。四、信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)： 信號發(fā)生器的種類繁多，技術(shù)參數(shù)也是較多的一種設(shè)備。但歸納起來有：頻率（頻率單位：Hz,kHz,MHz)、幅度（單位用

11、dBm,V,mV,uV)、波形參數(shù)和調(diào)制參數(shù)等四大類。它是大家在平時使用中接觸得比較多的幾種參數(shù)之一。要求都要計量。頻率參數(shù)中最主要的技術(shù)指標(biāo)是頻率準(zhǔn)確度。目前使用的信號源的工作原理基本都是通過頻率合成方式，內(nèi)部晶體振蕩器的測量也是信號源的一項重要的測量項目。在信號源的技術(shù)指標(biāo)中，一般很難直接找到頻率準(zhǔn)確度的技術(shù)指標(biāo)，頻率準(zhǔn)確度的技術(shù)指標(biāo)一般是通過內(nèi)部晶體振蕩器的技術(shù)指標(biāo)合成而來。目前使用信號源的頻率準(zhǔn)確度一般在110-6110-8之間。 四、信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)：幅度是信號源中最重要的技術(shù)指標(biāo)，輸出幅度表征著一個信號源的輸出信號的范圍及能力。在信號發(fā)生器輸出的技術(shù)指標(biāo)中，輸出電平準(zhǔn)確度

12、是最主要的技術(shù)指標(biāo)。目前某些新型的配有電子衰減器的信號發(fā)生器的輸出電平準(zhǔn)確度可達(dá)到：（0.51）dB, 此外，有關(guān)幅度的技術(shù)指標(biāo)還包括最大輸出電平、頻響和衰減等。 四、信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)：波形參數(shù)是表征信號發(fā)生器輸出載波的純凈程度的一系列技術(shù)指標(biāo)，包括載波的剩余調(diào)幅和剩余調(diào)頻、諧波、分諧波、非諧波和單邊帶相位噪聲等。這些指標(biāo)全部是限制性指標(biāo)，即小于限定值則符合要求。 四、信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)：信號發(fā)生器調(diào)制參數(shù)可以分為模擬和數(shù)字調(diào)制兩種。模擬調(diào)制包括調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和脈沖調(diào)制，數(shù)字調(diào)制也稱IQ調(diào)制，包括多種制式，如QPSK/MSK和QAM等。 對于每一種調(diào)制方式，都有一系列的技術(shù)

13、指標(biāo)相對應(yīng)。調(diào)幅包括調(diào)幅度、調(diào)幅失真和伴隨調(diào)頻等；調(diào)頻包括調(diào)頻頻偏、調(diào)制失真和伴隨調(diào)幅等，脈沖調(diào)制包括上升下降時間和脈沖通斷比等。五、信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語： 1、有關(guān)頻率特性的術(shù)語有關(guān)頻率特性的術(shù)語有效頻率范圍： 信號發(fā)生器所產(chǎn)生信號的載波頻率范圍，該范圍既可連續(xù)由若干頻段或一系列離散頻率來覆蓋。在此頻率范圍內(nèi)，信號發(fā)生器各項指標(biāo)滿足全部誤差要求。頻率分辨力： 信號發(fā)生器在其頻率范圍內(nèi)輸出信號頻率的最小改變（步進(jìn)）量。 頻率準(zhǔn)確度： 頻率刻度的標(biāo)稱值f0對實(shí)際f1的相對偏差，其計算公式為： = f0 - f1 / f1 = f / f1 110fff110fff 五、信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語： 2

14、、有關(guān)輸出幅度的術(shù)語：有關(guān)輸出幅度的術(shù)語： 輸出幅度范圍：信號發(fā)生器輸出幅度從最小到最大的范圍。 輸出幅度分辨力：信號發(fā)生器輸出幅度的最小變化（步進(jìn)）量。如：0.1dBm或是0.01dBm等。 輸出幅度準(zhǔn)確度：在規(guī)定的輸出幅度范圍內(nèi)，儀器規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。例如：0dBm給出的技術(shù)指標(biāo)是 0.5dB。 五、信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語： 衰減：任意輸出電平與給定的參考電壓之比，用分貝數(shù)或電壓（功率）比表示。 輸出幅度頻響（平坦度）：在規(guī)定的輸出幅度范圍內(nèi)，各頻率點(diǎn)的輸出幅度與參考頻率點(diǎn)輸出幅度的比值或分貝差值。 輻射：由于信號發(fā)生器屏蔽不完善而引起的不需要的輻射場（指空間）。 五、信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語：

15、3、有關(guān)調(diào)制的術(shù)語：、有關(guān)調(diào)制的術(shù)語： 調(diào)幅：使載波幅度按給定規(guī)律變化的過程。 調(diào)幅系數(shù)（正弦調(diào)制）：調(diào)幅信號最大和最小幅度之差的一半與這些幅度平均值之比。 調(diào)幅信號的包絡(luò)：當(dāng)調(diào)制信號的相位聯(lián)續(xù)變化360時，載頻隨時間所掃過的區(qū)域的上、下邊沿線。 幅度失真（對于正弦波調(diào)幅信號）：當(dāng)正弦調(diào)制信號加到信號發(fā)生器上獲得調(diào)幅信號時，接到信號發(fā)生器輸出端的線性檢波器的輸出波形的失真，有時亦稱“包絡(luò)失真”。當(dāng)檢波時的極性翻轉(zhuǎn)時，失真取二者中較大的。 五、 信號發(fā)生器的有關(guān)術(shù)語： 調(diào)頻：使載波頻率按給定規(guī)律變化的過程。 頻偏（對于正弦波調(diào)制信號）：純正弦調(diào)制的一周期內(nèi)，載波頻率總偏移（峰-峰）的一半。 調(diào)頻

16、失真（對正弦波調(diào)頻信號）：當(dāng)正弦調(diào)制信號加到信號發(fā)生器而獲得調(diào)頻信號時，接到信號發(fā)生器輸出端的線性鑒頻器輸出波形的失真。 伴隨調(diào)幅:信號發(fā)生器在輸出調(diào)頻或調(diào)相信號時，伴隨出現(xiàn)的調(diào)幅系數(shù)。 伴隨調(diào)頻：信號發(fā)生器在輸出調(diào)幅信號時，伴隨出現(xiàn)的調(diào)頻頻偏。六、信號發(fā)生器的使用方法： 開機(jī)：根據(jù)本儀器的電源要求（110V或220V），接通電源，開機(jī)后預(yù)熱30分鐘左右。 注意：電源不符合要求，儀器會容易被燒壞。注意：電源不符合要求，儀器會容易被燒壞。 使用前應(yīng)注意的事項： 首先將各輸出及調(diào)制部分的開關(guān)置于“OFF”的狀態(tài)，連接好你所要測試的儀器設(shè)備，信號源的輸出端與頻譜儀的輸入端連接好，然后，依據(jù)你使用所需

17、的載波頻率值（如100MHz）先置好頻率，調(diào)節(jié)輸出電平置于合適的位置（如：0dB的電平輸出），打開電平的輸出開關(guān)至“ON”，此時，信號源就有了信號輸出。我們常說的信號源是個源，那頻譜儀就是一個表的概念，用于計量信號源的標(biāo)準(zhǔn)裝置-接收機(jī)也是一臺表。 六、信號發(fā)生器的使用方法： 例如：你用一臺頻譜分析儀來測量一個100MHz， 0 dBm 的信號電平，請將頻譜分析儀的中心頻率置于100MHz，頻率跨度置于1MHz位置，并置頻譜分析儀的垂直刻度于10dB/div,為方便讀數(shù)，請把頻譜儀的光標(biāo)打開，參考電平置于0dB。另將信號源按以上的頻率及電平設(shè)置好，用高頻電纜將信號源的輸出端連接上頻譜儀的輸入端，

18、一切準(zhǔn)備就緒，將信號源的RF輸出開關(guān)置于“ON”的狀態(tài),此時在頻譜儀的顯示屏上就可以看見接收到的100MHz, 0dB的信號電平。如果你的頻譜儀的參考電平置于0dB的話，說明頻譜儀接收到的信號在最頂端的位置就是0dB左右，一般讀數(shù)都用相對電平來表示和讀取。隨著你信號源輸出電平的變化，在頻譜儀上的電平信號也同時可以看到屏幕上的電平在變化中。例如你的信號源電平衰減-10dBm,頻譜儀上所顯示的電平值大概就是-10.2dBm或是-9.8dBm的信號，這里邊已包括有信號源的電平輸出誤差或有頻譜儀的誤差等因素，所以它并不是你衰減時正好-10dBm的電平。七、信號發(fā)生器的維護(hù)與注意事項： 日常使用應(yīng)注意的

19、問題是： 在儀器通電之前，首先要檢查的是，電源電壓是否符合要求，一般的電源要求分為兩種，110V或220（15%）V ，電源頻率：（501）Hz。電壓過高會燒壞儀器的電源部分或其它元器件，反之，電壓不夠，儀器不能正常使用。所以說這是一個關(guān)鍵而又值得我們?nèi)ブ匾暤膯栴}。 在電源電壓都正常，接地良好的情況下（零線對地線電壓一般要求是1V5V為安全），插上電源線，按正常情況下開機(jī)，然后按要求儀器預(yù)熱30分鐘左右再使用，這才能保證各項輸出指標(biāo)的穩(wěn)定，特別是頻率輸出，如預(yù)熱時間太短，頻率就無法穩(wěn)定下來，測試的數(shù)據(jù)就會不準(zhǔn)確。這會引起誤判現(xiàn)象！ 七、信號發(fā)生器的維護(hù)與注意事項： 在使用儀器之前最好是了解儀器

20、使用說明書的要求，要知道該儀器有什么需要特別注意的。例如;對于信號源來說，儀器的輸出端口就是本儀器作為輸出信號而用的，而不是用作接收信號用。使用一臺儀器，我們首先應(yīng)該知道，我們所用的儀器是源還是表。如果你一不小心，把一個輸出信號倒灌到信號源的輸出端口上了，那信號源的輸出部分或者是衰減器就有可能是被燒掉了。 這是一個特別值得注意的問題。以前就有過這種情況發(fā)生，而且信號源是一臺精密的電子儀器，一旦燒壞，維修費(fèi)是很昂貴,動則35萬不等。切記！ 七、信號發(fā)生器的維護(hù)與注意事項： 再作個比方，一臺頻率計，它是用來測量頻率用的，也就是說它是一臺表，在它的輸入口上會有明確的標(biāo)識，例如：輸入信號不能0dBm

21、，如果你在使用時不注意這些標(biāo)識，你就有可能給一個0dBm的輸入信號給頻率計，自然，這樣的結(jié)果就是信號太大而把頻率計給燒壞了。所以有時候當(dāng)我們在做計量測試時會看不到頻率計的屏幕上有數(shù)字顯示，不懂的還以為是沒有信號輸出，其實(shí)就是你的頻率計已經(jīng)被燒壞了。碰到這種情況，我認(rèn)為應(yīng)該采取多次測量的辦法來排除問題，不要輕易的對被測儀器作出不合格的判斷。誤判一旦發(fā)生，這對客戶很不負(fù)責(zé)，同時也會反映我們的經(jīng)驗(yàn)不足和技術(shù)能力的欠缺。工作中要多注意和積累經(jīng)驗(yàn)。 在此作為儀器使用的特別提醒，工作中應(yīng)多注意！ 七、 信號發(fā)生器的維護(hù)與注意事項： 儀器在平時不使用的情況下，也要注意其保養(yǎng)工作的正常進(jìn)行。特別是在南方的氣候

22、比較潮濕的地方，相對濕度應(yīng)80%，過分潮濕的氣候會造成電子儀器內(nèi)部短路或放電，危害電子儀器的使用安全。當(dāng)打開機(jī)蓋調(diào)整電路時，氣候過于干燥，工作人員身體容易帶靜電，靜電放電會損壞電子元器件。特別是不要穿容易起靜電的化纖類的衣帽，最好事先放電或帶接地手環(huán)。保養(yǎng)最起碼的要求是，每個月要開機(jī)檢查一次，看其性能是否正常、有無輸出。如果太長時間不開機(jī)，也有可能因天氣太潮濕而致使元器件出問題而損壞儀器。這就是為什么計量標(biāo)準(zhǔn)裝置都要求配置一份“儀器使用登記本”，要求技術(shù)人員在每次計量工作完畢后，要根據(jù)計量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)性能狀態(tài)作儀器使用記錄并簽名的道理。 八、信號發(fā)生器的計量檢定規(guī)程（規(guī)范）八、信號發(fā)生器的計量檢定規(guī)程（規(guī)范） 信號發(fā)生器的檢定規(guī)程具體見： JJG 173-2003 信號發(fā)生器檢定規(guī)程 根據(jù)規(guī)程中的計量校準(zhǔn)項目，進(jìn)一步來講解信號發(fā)生器的校準(zhǔn)方法 九九. 信號發(fā)生器的校準(zhǔn)項目信號發(fā)生器的校準(zhǔn)項目 外觀及工作正常性檢查； 頻率準(zhǔn)確度； 電平準(zhǔn)確度