諧振式波長計校準規(guī)范

1諧振式波長計校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于頻率范圍在0.3GHz～40GHz諧振式波長計(又稱諧振式頻率計、同軸直讀式頻率計)的校準。2引用文件本規(guī)范引用下列文件：JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3.1校準增量(校準標(biāo)度)calibrationincrements校準增量也稱校準標(biāo)度，指波長計刻度最小間隔的頻率值。3.2諧振能量吸收(諧振能量下垂)dipatresonance微波測量系統(tǒng)中，波長計諧振腔調(diào)諧裝置從失諧調(diào)諧到與被測頻率諧振時，傳輸端口能量呈最小狀態(tài)，即功率值下降至最低。4概述諧振式波長計，為無源頻率測量器，是一種采用諧振腔法來測量微波頻率的專用設(shè)備，通常用于微波裝置或微波系統(tǒng)中對信號頻率的測量，按其在微波系統(tǒng)中腔內(nèi)諧振時對外電路的反應(yīng)情況分為通過式和吸收式。通過式是以信號能量峰值的位置為諧振點，吸收式是以信號能量谷值的位置為諧振點。實際應(yīng)用中多以吸收式波長計作為測量用諧振式波長計(諧振式頻率計、同軸直讀式頻率計)主要用于國防、軍工、通訊、醫(yī)療等領(lǐng)域，在科研教學(xué)方面也有大量的應(yīng)用。5計量特性5.1頻率測量范圍5.2頻率測量最大允許誤差5.3諧振能量吸收5.4駐波比25.5校準增量2MHz,10MHz。注：以上指標(biāo)為波長計的典型指標(biāo)，僅供參考。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.2環(huán)境濕度：≤80%。6.1.3電源電壓及頻率：電壓220(1±10%)V,頻率50(1±5%)Hz。6.2.1合成信號發(fā)生器功率最大允許誤差：±(0.1dB～2dB)。6.2.3網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率范圍：0.3GHz～40GHz(或滿足被校波長計頻率測量范圍);電壓駐波比測量不確定度；1%～6%,k=2,6.2.4隔離器或衰減器頻率范圍滿足波長計頻率測量范圍，隔離度或衰減量不小于10dB。7校準項目和校準方法7.1校準項目校準項目見表1。表1校準項目序號方法條款號1頻率測量范圍及測量誤差2諧振能量吸收3駐波比4校準增量3波長計波長計7.2校準方法7.2.1外觀及工作正常性檢查和校準工作準備被校波長計應(yīng)帶有必要的附件。外觀完好，無影響正常工作的機械損傷，調(diào)諧裝置功能正常，刻度線指示清晰。所有校準設(shè)備按規(guī)定時間預(yù)熱。7.2.2頻率測量范圍及測量誤差儀器連接如圖1所示。功率計隔離器合成信號發(fā)生器功率計隔離器頻譜分析儀圖1頻率范圍及測量誤差校準連接圖7.2.2.1頻率測量范圍a)調(diào)節(jié)波長計，使標(biāo)識線對準最低頻率刻度中心位置fc;b)信號發(fā)生器輸出與刻度一致的頻率，輸出幅度設(shè)為0dBm;c)用功率計或頻譜分析儀測量波長計的輸出端信號幅度，信號發(fā)生器的頻率正向微小調(diào)偏α,即輸出值為：fc+α(a按實際情況取值，一般在10-(或10-3位調(diào)整),再來回改變頻偏值的大小，使波長計處于諧振即功率計所測值為最小或頻譜分析儀功率峰值下降為最低，讀取信號發(fā)生器輸出的頻率fu;d)調(diào)偏波長計標(biāo)識線，使其為失諧狀態(tài)，重新對準最低頻率刻度中心位置，信號發(fā)生器的頻率負向微小調(diào)偏α,即輸出值為：fc-a,再來回改變頻偏值的大小，使波長計處于諧振，讀取信號發(fā)生器輸出的頻率fr;e)比較fu、f?,取誤差大的值，記為波長計頻率下限值f?;f)調(diào)節(jié)波長計，使標(biāo)識線對準最高頻率刻度中心位置f;g)同理，按上述方法在波長計的最高頻率刻度處，讀取兩次信號發(fā)生器輸出的頻率fm、f,并取誤差大的值，記為波長計頻率上限值f;h)分別計算f.與最低刻度值、f與最高刻度值fc的相對誤差，如滿足5.2要求則波長計測頻范圍為：f?~f?記錄于附錄A。如果不滿足5.2要求，則適當(dāng)調(diào)高波長計的下限頻率值，或調(diào)低波長計的上限頻率7.2.2.2頻率測量誤差方法一：a)按圖1連接儀器，波長計按其頻率范圍均勻選取10點以上頻率刻度值f,調(diào)諧波長計的標(biāo)識線到待測刻度中心位置，信號發(fā)生器幅度設(shè)為0dBm,并調(diào)至波長計一致的頻率；b)用功率計或頻譜分析儀測量波長計的輸出端信號幅度，信號發(fā)生器的頻率正向JJF1703—20184一般在10-4或10-3位調(diào)整),再來回改變頻偏值的大小，使波長計處于諧振，即功率值為最小時，讀取信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準頻率f?c)調(diào)整波長計使其處于失諧狀態(tài)，重新將標(biāo)識線對準所測刻度中心位置，信號發(fā)生器的頻率負向微小調(diào)偏α,即輸出值為：f-a,再來回改變頻偏值的大小，使波長計發(fā)生諧振，功率值為最小時，讀取信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準頻率f?e)按式(1)或式(2)計算頻率測量誤差，將實測值及測量誤差記于附錄A。方法二：頻率參考源網(wǎng)絡(luò)分析儀頻率參考源校準件波長計圖2頻率測量誤差校準方法二連接圖a)按圖2所示，網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部參考頻率準確度低于5×10-5時，需連接外部參考源。b)網(wǎng)絡(luò)分析儀復(fù)位，按波長計的測頻范圍設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的起始頻率、終止頻率，對測試端口進行校準。校準完畢后按圖2連接儀器?！維CALE】為0.1dB/格～1dB/格；參考電平為0dBm。絡(luò)分析儀以鎖相方式掃描。【MARKER】鍵，找到最小Min功能，測量波長計諧振時下凹處的頻率(反復(fù)在Max和Min來回按鍵以確定測得當(dāng)前穩(wěn)定值)讀取網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的頻率值，測量兩次以上，取誤差大的值為實測值fg,記錄于附錄A。f)改變頻率刻度，重復(fù)d)、e)測量步驟，波長計頻率測量點數(shù)應(yīng)在其范圍內(nèi)選取10點以上。按式(1)或式(2)計算頻率測量誤差。式中：△——頻率測量絕對誤差，Hz;δ——頻率測量相對誤差；fg——波長計處于諧振時，方法一中，信號發(fā)生器讀取的頻率值，或方法二中，網(wǎng)JJF1703—20185絡(luò)分析儀讀取的頻率值，Hz。7.2.3諧振能量吸收按圖1連接儀器。a)信號發(fā)生器按波長計頻率測量范圍選取高、中、低三個頻率點，輸出幅度約為8dBm(或根據(jù)隔離器/衰減器的值選擇適當(dāng)?shù)姆?;b)調(diào)整波長計，標(biāo)識線處于所選頻率附近的失諧位置，用功率計測量失諧時最大幅度；并記下所測得的毫瓦(mW)讀數(shù)值pc)調(diào)整波長計使之處于諧振狀態(tài)，觀察功率計讀數(shù)至最小，并記下所測得的毫瓦(mW)讀數(shù)值p?;d)按式(3)計算諧振能量吸收，將測量結(jié)果記入附錄A。C——諧振能量吸收；p?——波長計處于失諧狀態(tài)時功率計最大讀數(shù)值，mW;p?——波長計處于諧振狀態(tài)下功率計最小讀數(shù)值，mW。7.2.4駐波比(VSWR)網(wǎng)絡(luò)分析儀校準件波長計匹配負載圖3駐波比校準連接圖a)復(fù)位網(wǎng)絡(luò)分析儀，按波長計的測頻范圍設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀的起始頻率、終止頻率，也可分段設(shè)置；b)根據(jù)波長計端口形式選擇相應(yīng)的波導(dǎo)或同軸校準件對網(wǎng)絡(luò)分析儀進行端口c)校準完畢后，按圖3所示將波長計接入網(wǎng)絡(luò)分析儀測量端口；d)設(shè)置網(wǎng)分析儀測量【MEAS】為Su,格式【FORMAT】選擇SWR,按波長計測頻范圍選取高、中、低三個頻率測試點或多個頻率測試點；e)將波長計處于失諧位置，使用標(biāo)記【MARK】測量波長計輸入端口在各校準頻率點上的駐波值，將測量結(jié)果記入附錄A。7.2.5校準增量a)按圖連接儀器，波長計的標(biāo)識線調(diào)至頻率范圍中的1/2處，在其附近選擇相臨6的兩條刻度作為測試點；d)按式(4)計算，計算差值，取MHz位作為校準增量結(jié)果，將結(jié)果記入附錄A。注：以上是吸收式波長計校準方法，通過式波長計的校準可根據(jù)其工作原理(發(fā)生諧振時輸出端口能量最大，能量圖中峰值點處為諧振頻率)參考上述測量方法，測量中以能量最大值即曲線凸處的值為測量值。8校準結(jié)果表達波長計校準后出具校準證書。校準證書(報告)應(yīng)至少包括以下信息：c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書或報告的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標(biāo)識；g)進行校準的日期，如果與校準結(jié)果的有效性有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的接收i)對校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱及代號；m)對校準規(guī)范的偏離的說明；9復(fù)校時間間隔7校準原始記錄格式頻率測量范圍頻率測量誤差頻率值實測值絕對誤差相對誤差%諧振能量吸收頻率值C%駐波比頻率值校準增量注：原始記錄格式以常規(guī)校準項目為參考，校準時可根據(jù)實際校準的技術(shù)指標(biāo)做相應(yīng)的變化。實際校準時，原始記錄還應(yīng)詳細登記其他相關(guān)信息。8校準證書內(nèi)頁格式校準數(shù)據(jù)/結(jié)果校準結(jié)果頻率測量范圍及測量誤差標(biāo)稱值實測值誤差%不確定度U諧振能量吸收頻率值C不確定度U駐波比頻率值不確定度U校準增量9附錄C測量結(jié)果不確定度評定示例諧振式波長計校準結(jié)果主要為頻率測量、駐波比。校準基本信息見表C.1。測量方法直接測量法測量標(biāo)準設(shè)備E8257D信號源、相應(yīng)頻段的隔離器或小衰減器、E4440A頻譜被測對象Pxi?波長計(直讀頻率計)環(huán)境條件C.2.1測量模型：f=f?+△;f——被測頻率；f?——標(biāo)準頻率值；△;——頻率測量誤差。波長計頻率測量誤差主要有三項：標(biāo)準器信號源頻率不準△,波長計校準增量(刻度分辨力)讀取誤差△?及調(diào)諧重復(fù)性△?。因標(biāo)準器信號源頻率的相對頻偏遠遠小于被測儀器的最大允許誤差(至少高一個數(shù)量級),所以△?引入的標(biāo)準不確定度u?分量可忽略不計。C.2.2.2讀取誤差△。及調(diào)諧重復(fù)性△?引入的標(biāo)準不確度uz因校準增量的分辨所帶來的讀數(shù)誤差及波長計正向、反向多次調(diào)諧而引入的不確定度以多次重復(fù)測量來估算，即按A類評定：對Pxi?頻率計誤差最大點(1240MHz)進行10次重復(fù)獨立測量，經(jīng)計算得標(biāo)準不確定度。i單次測量標(biāo)準差s12345JJF1703—2018if/MHz單次測量標(biāo)準差s6標(biāo)準不確定度u;7u?=s=0.07MHz89C.2.3合成標(biāo)準不確定度由于各引入不確定度分量之間相互獨立，則合成標(biāo)準不確定度為；ue=√u3+u2=0.07MHzC.2.4擴展不確定度則擴展不確定度：U=2ue=0.14MHz(k=2)C.3駐波比C.3.1不確定度來源駐波比測量結(jié)果不確定度來源主要為網(wǎng)絡(luò)分析儀測量不準、測量重復(fù)性兩項。C