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功率計溯源計量校準(zhǔn)

文章來源: 公眾號《射頻微波實驗室》人氣:962發(fā)表時間:2023-07-05 10:59:01

一.功率基準(zhǔn)


射頻微波功率國家基準(zhǔn),用來定標(biāo)和溯源傳遞功率量值,代表國家級最高準(zhǔn)確度,一般采用微波量熱計實現(xiàn)。各國建立自己的功率基準(zhǔn),完成對功率量值的復(fù)現(xiàn)。根據(jù)國際互認(rèn)協(xié)議,參加由國際計量局(BIPM)或區(qū)域組織的國際比對。


量熱計功率基準(zhǔn)校準(zhǔn)標(biāo)定傳遞標(biāo)準(zhǔn)的工作原理:

RF信號源提供合適頻率和功率的信號;
通過定向耦合器耦合端連接參考功率計進(jìn)行監(jiān)測,參考功率計只是監(jiān)測和判斷注入量熱計信號是否正常,不進(jìn)行準(zhǔn)確度評判;
在溫度穩(wěn)定時精確測得量熱計熱電堆的溫度系數(shù)、輸出電壓以及傳遞標(biāo)準(zhǔn)的輸入和輸出電壓;
通過計算獲取RF功率與直流電壓的對應(yīng)系數(shù),進(jìn)而校準(zhǔn)傳遞標(biāo)準(zhǔn);
這種傳遞標(biāo)準(zhǔn)的計量校準(zhǔn)方法,同樣適用于普通功率探頭的校準(zhǔn),但是量熱計操作復(fù)雜,完成一次校準(zhǔn)測試的時間很長,因此,通常使用量熱計用上述方法校準(zhǔn)傳遞標(biāo)準(zhǔn),再用傳遞標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)通過式功率標(biāo)準(zhǔn),最終用通過式功率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行普通功率計的常規(guī)校準(zhǔn)。


二.功率傳遞

射頻功率傳遞標(biāo)準(zhǔn)是RF功率量值傳遞裝置,用于功率基準(zhǔn)溯源傳遞。功率傳遞標(biāo)準(zhǔn)的用途,一是負(fù)責(zé)功率基準(zhǔn)向量值傳遞系統(tǒng)的傳遞,二是在計量機構(gòu)之間進(jìn)行微波功率量值比對(包括國際和國內(nèi)計量機構(gòu)),三是進(jìn)行計量校準(zhǔn)機構(gòu)的功率計校準(zhǔn)裝置的計量校準(zhǔn)


功率傳遞標(biāo)準(zhǔn)與各機構(gòu)的測量器具對同一信號的測量值比值因子(dB或%),作為溯源或比對量值,從而實現(xiàn)功率測量器具甚至功率基準(zhǔn)之間的溯源量傳或者比對。


過去直接用商用高性能熱電功率傳感器作為功率傳遞標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)時的功率傳感器只有模擬信號測量部分而不含數(shù)字處理和控制部分,然而當(dāng)前商用功率傳感器模擬信號測量和數(shù)字處理部分集成在一起,在量值傳遞過程中,尤其是在量熱計箱體中,直流電源和數(shù)字處理部分會對測量值產(chǎn)生極大擾動,因此,誕生了專用功率傳遞標(biāo)準(zhǔn)。


功率傳遞標(biāo)準(zhǔn),將商用功率傳感器的模擬和數(shù)字處理及電源分開,是獨立的傳感器模擬部分,它在量熱計箱體中工作不會影響量熱計本身的精度,與其相連的電源和數(shù)字處理部分可以采用專用配套模塊,或者使用精密低噪聲DC電源和nV電壓表。


由于傳遞標(biāo)準(zhǔn)對不確定度要求極高,所以必須使用對應(yīng)接口類型傳遞標(biāo)準(zhǔn)和測量器具,轉(zhuǎn)接頭帶來的不確定度通常不可接受。


三.功率標(biāo)準(zhǔn)-功率計校準(zhǔn)


功率標(biāo)準(zhǔn)是功率計和功率傳感器的計量校準(zhǔn)裝置,功率標(biāo)準(zhǔn)溯源自功率基準(zhǔn),用來進(jìn)行功率計(功率傳感器)的計量校準(zhǔn)。


功率標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置功分器和標(biāo)準(zhǔn)功率傳感器,是通過式功率標(biāo)準(zhǔn)裝置,射頻輸入端口連接信號源,另一端連接被檢功率傳感器DUT。

功率標(biāo)準(zhǔn)可通過傳遞標(biāo)準(zhǔn)溯源到功率基準(zhǔn):傳遞標(biāo)準(zhǔn)連接功率基準(zhǔn),獲取溯源量值;隨后,傳遞標(biāo)準(zhǔn)連接功率標(biāo)準(zhǔn)的DUT端,與溯源量值進(jìn)行比對,獲得被檢功率傳感器的修正因子。


計量機構(gòu)在提供RF功率計校準(zhǔn)服務(wù)時,采用的校準(zhǔn)器具就是功率標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前常見的功率標(biāo)準(zhǔn)有R&S NRPC和TEGAM PMX。


考慮不確定度要求,必須使用對應(yīng)接口類型功率標(biāo)準(zhǔn)和被檢功率傳感器,綜合考慮功率標(biāo)準(zhǔn)和轉(zhuǎn)接頭帶來的不確定度,可能接近甚至大于DUT自身不確定度,從計量溯源角度考慮,被檢功率傳感器不應(yīng)使用轉(zhuǎn)接頭連接。

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