小功率傳遞標準校準規(guī)范

小功率傳遞標準校準規(guī)范本規(guī)范適用于頻率范圍為100kHz～50GHz、功率測量范圍為0.5mW～10mW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終端式功率標準的校準因子calibrationfactorofterminatingpowerstandard測輻射熱元件上的直流替代功率P。與入射到功率座中的功率P,之比，用K。3.2通過式功率標準的校準因子calibrationfactoroffeedthroughpowerstandard定向耦合器旁臂上(或功分器一側輸出端)功率座的替代功率P與入射到接在定向耦合器主臂輸出端(或功分器另一側輸出端)無反射負載上的功率P。之比，用K。小功率傳遞標準是用來進行功率量值傳遞的標準設備，基于其接入系統(tǒng)方式的不通過式小功率傳遞標準由熱敏電阻功率座、定向耦合器(或功分器)和功率指示器(或功率電橋)組成。終端式小功率傳遞標準由功率座和功率指示器(或功率電橋)組成，或者由通過式5計量特性b)功率測量范圍：0.5mW～10mW;d)反射系數(shù)模值：不大于(0.1～0.25)。注：以上指標不是用于合格性判別，僅供參考。2b)相對濕度：≤80%;c)供電電源：電壓(220±11)V,頻率(50±1)Hz;功率量程：0.5mW～10mW;反射系數(shù)模值：不大于(0.1～0.25);校準因子的測量不確定度：0.4%～3.0%(k=2)。反射系數(shù)模值：不大于(0.1～0.25);功率量程：0.5mW～10mW;輸出端反射系數(shù)模值：不大于(0.1～0.25)。3校準因子的測量不確定度；1.0%～5.0%(k=2)。6.2.9網(wǎng)絡分析儀6.2.10網(wǎng)絡校準件匹配負載反射系數(shù)模值：不大于(0.025～0.05);短路器反射系數(shù)模值：不小于(0.99～0.998);開路器反射系數(shù)模值：不小于(0.99～0.998);空氣線(1組)傳輸損耗：不大于(0.05dB～0.2dB)。直流電壓測量范圍：1V～10V;7.1校準項目小功率傳遞標準的校準項目見表1。表1校準項目列表用目視法檢查被校小功率傳遞標準的外觀及附件，應有說被校小功率傳遞標準通電后應正常工作；按其技術說明書規(guī)定a)按圖1連接校準用儀器設備，將信號發(fā)生器的輸出頻率設置成被校通過式小功率傳遞標準的起始頻率，射頻輸出開關置為“OFF”,采用標準功率指示器和數(shù)字電壓表組合測量時，讀取數(shù)字電壓表的電壓讀數(shù)V?;4F.F.Vb)調(diào)整信號發(fā)生器輸出幅度，使得標準功率指示器的指示功率在所需要的電平上；c)讀取被校通過式小功率傳遞標準的替代功率值Pe;d)讀取標準功率指示器的功率值P,或通過讀取數(shù)字電壓表的示值V?,按式(1)計算功率值PL;R—-功率電橋的橋臂電阻，Ω。e)按式(2)計算被校通過式小功率傳遞標準在該頻率點的校準因子K,結果記錄于附錄A中表A.1;K——被校通過式小功率傳遞標準的校準因子；K,——終端式功率標準的校準因子；P—被校通過式小功率傳遞標準的替代功率值，mW。將計算f)按照被校通過式小功率傳遞標準的出廠給定的頻率改變信號發(fā)生器的輸出頻率，7.4終端式小功率傳遞標準校準因子a)按圖2連接校準用儀器設備，并將信號發(fā)生器的輸出頻率設置成被校終端式小功率傳遞標準的起始頻率；b)調(diào)整信號發(fā)生器(或功率放大器)輸出幅度，使得被校終端式小功率傳遞標準指示的功率在所需要的電平上；c)讀取通過式功率標準的替代功率值P。和被校終端式小功率傳遞標準的替代功率值P;5P?,KaF圖2傳遞標準法校準原理框圖d)按式(3)計算被校終端式小功率傳遞標準的校準因子K。,將計算結果記錄于K—被校終端式小功率傳遞標準校準因子；K——通過式標準功率座的校準因子；P—通過式功率標準的替代功率值，mW;P——被校終端式小功率傳遞標準的替代功率值，mW。e)按照被校終端式小功率傳遞標準的出廠給定的頻率改變信號發(fā)生器的輸出頻率，重復步驟b)～d)。7.4.2交替比較法a)按圖3連接校準用儀器設備，將信號發(fā)生器的輸出頻率設置成被校終端式小功率傳遞標準的起始頻率；b)將終端式功率標準連接在測試端面，將信號發(fā)生器的輸出幅度設置為終端式功率標準所需功率電平值，將信號發(fā)生器射頻功率開關置在輸出“ON”狀態(tài)，讀取該頻率點的標準功率指示器的示值P。;FFK,P測試端面圖3交替比較法校準原理框圖6c)將信號發(fā)生器射頻功率開關置在輸出“OFF”狀態(tài)，移除終端式功率標準，并將被校終端式小功率傳遞標準連接在測試端面，再將信號發(fā)生器射頻功率開關置在輸出“ON”狀態(tài)；d)保持信號發(fā)生器輸出功率不變，讀取被校終端式小功率傳遞標準示值Ps;將信號發(fā)生器射頻功率開關置在輸出“OFF”狀態(tài)，移除被校終端式小功率傳遞標準；e)按式(4)計算被校終端式小功率傳遞標準在該頻率點的校準因子K。,將計算結果記錄于附錄A中表A.2;Ku——被校終端式小功率傳遞標準校準因子；K,——終端式功率標準的校準因子；Pw——被校終端式小功率傳遞標準的直流替代功率，mW;P,——終端式功率標準的替代功率，mW。f)按照被校終端式小功率傳遞標準的出廠給定的頻率改變信號發(fā)生器的輸出頻率，7.5終端式小功率傳遞標準輸入端反射系數(shù)模值a)將網(wǎng)絡分析儀的測量方式設定為單端口測量模式；b)根據(jù)被校終端式小功率傳遞標準的工作頻率范圍設置網(wǎng)絡分析儀的測量頻c)用標準件(短路器、開路器、負載)校準網(wǎng)絡分析儀；d)按圖4所示將被校終端式小功率傳遞標準連接在網(wǎng)絡分析儀的測試端口，直接讀取被校終端式小功率傳遞標準各個頻率的反射系數(shù)模值，將結果記錄于附錄A中表A.3。7.6通過式小功率傳遞標準等效源反射系數(shù)模值7.6.1方法1a)取下被校通過式小功率傳遞標準的三端口器件(功分器或定向耦合器);b)將網(wǎng)絡分析儀的測量方式設定為全二端口測量方式；c)根據(jù)被校通過式小功率傳遞標準的工作頻率范圍設置網(wǎng)絡分析儀的測量頻率點；d)用標準件(短路器、開路器、空氣線、負載)進行網(wǎng)絡分析儀全二端口的校準；e)按圖5(a)所示連接通過式小功率標準的三端口器件(功分器或定向耦合器)、匹配負載和網(wǎng)絡分析儀，三端口器件的端口1為輸入端，端口2為輸出端，端口3為旁臂輸出端，讀取三端口器件各頻率點的sz和sz;f)再按圖5(b)所示連接校準儀器，讀取三端口器件各個頻率的sn;7匹配負載3圖5方法1校準原理框圖h)按式(5)計算等效源反射系數(shù)模值|Tc。|,將結果記錄于附錄A中表A.4。7.6.2方法2a)根據(jù)被校通過式小功率傳遞標準的工作頻率范圍選擇一組合適的空氣線(不少于3個),與功分器和功率計組成失配功率計組，該功率計組各輸人反射系數(shù)的模值應大于0.2,相位分布應相對均勻；b)按圖6連接測試系統(tǒng)；負載L2圖6方法2校準原理框圖c)將信號發(fā)生器的輸出頻率設置成被校終端式小功率傳遞標準的起始頻率；d)置信號發(fā)生器射頻功率開關在輸出“ON”狀態(tài)，讀取功率計的讀數(shù)P?;e)將信號發(fā)生器射頻功率開關置在輸出“OFF”狀態(tài)，按照被校終端式小功率傳遞標準的出廠給定的頻率改變信號發(fā)生器的輸出頻率，重復步驟d);f)按次序將空氣線1換成空氣線2、空氣線3、空氣線4、重復步驟c)～e),功率計的讀數(shù)分別記為P?,P?,P?;8c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識；g)進行校準的日期，如果與校準結果的有效性和應用有關時，應說明被校對象的小功率傳遞標準復校時間間隔由用戶根據(jù)使用9校準記錄格式A.1外觀及工作正常性檢查A.2通過式小功率傳遞標準校準因子頻率/GHzA.3終端式小功率傳遞標準校準因子頻率/GHzA.4終端式小功率傳遞標準輸入端反射系數(shù)模值頻率/GHz表A.4通過式小功率傳遞標準等效源反射系數(shù)模值頻率/GHz 附錄B校準證書內(nèi)頁格式頻率/GHz頻率/GHz頻率/GHzB.5通過式小功率傳遞標準等效源反射系數(shù)模值頻率/GHz測量結果不確定度評定C.1通過式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度通過式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度評定時選擇2.4mm接頭形式的功率座，頻率范圍為1GHz～50GHz,功率電平為1mW。當校準功率電平為1mW時，其校準因子校準系統(tǒng)如圖C.1所示。主要包括信號f..-K.,P。C.1.2測量模型被校通過式小功率傳遞標準的校準因子可由式(C為了分析方便，將失配因子M作為獨立變量處理。因K…表示式中的各輸入量K,、P、Pm、M是非相關量，根據(jù)不確定度傳播律，校準因子K。的相對合成標準=√[c?u;(K,)]2+[c?u?(Pm)]2+u?(K,)——u?(P?)——u?(Pcu)——u?(M)——輸入量K,的相對標準不確定度；輸人量Pm的相對標準不確定度；輸入量P。的相對標準不確定度；輸入量M的相對標準不確定度；分別為輸入量K?,PLm,Pa,M的靈敏系數(shù)。其中，靈敏系數(shù)分別為：考慮到接頭連接重復性引入的相對標準不確定度分量u?(D),(C.4)可以得到校準因子的相對合成標準不確定度：u.(Km)=√[u?(K,)]2+[u?(Ps)]2+[ug(PC.1.3標準不確定度分量評定1)終端式標準功率座校準因子引入的相對標準不確定度分量終端式標準功率座校準因子的擴展不確定度為0.7%～2.2%。由此引入的不確定度分量按B類進行評定，其包含因子一般情況下取k=2。因此，其引人的相對標準不2)終端式功率標準的直流替代功率引入的相對標準不確定度分量終端式功率標準的標準功率指示器最大允許誤差為±(0.03%×P+2μW)。測量1mW功率時，最大允許誤差為土0.23%。由此引人的不確定度分量按B類進行評定，其結果服從均勻分布，包含因子k=√3,則其引人的相對標準不確定度為：3)被校通過式小功率傳遞標準直流替代功率引入的相對標準不確定度分量被校通過式小功率傳遞標準的功率指示器最大允許誤差為±0.1%,由此引入的不確定度分量按B類進行評定，其結果服從均勻分布，包含因子k=√3,則其引入的相對4)失配引入的相對標準不確定度分量根據(jù)分析，失配引入的誤差極限為2|Tc?||T,|,按B類評定，其可能值服從反正弦分布，k=√2。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，|Fc|為0.01～0.06,終端式標準反射系數(shù)模值|r,|為0.01～0.07。則此項標準不確定度分量為：5)重復性引入的相對標準不確定度分量接頭連接重復性引入的標準不確定度分量按A類評定，由標準重復性考核得到，通過式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度主要分量見表C.1。不確定2均勻替代功率均勻ue=√αǐ+u2+u+ul+ui=0.38%～k值取2,校準因子的擴展不確定度為：C.2終端式小功率傳遞標準校準因子測量不終端式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度評定時選擇N接頭形式的功率座，頻率范圍為10MHz到18GHz,功率電平為1mW,校準方法采用交替比較法。C.2.1系統(tǒng)組成及工作原理功率座被校終端式F指示器發(fā)生器穩(wěn)幅控制信號測試端面C.2.2測量模型被校終端式小功率傳遞標準的校準因子按式(C.7)計算：K?！恍＝K端式小功率傳遞標準的校準因子；K,——終端式標準功率座的校準因子；P—標準功率指示器的替代功率值，mW;Pkw——被校終端式小功率傳遞標準的替代功率值，mW;M——失配因子。式中：Ice——等效信號源反射系數(shù)；T,——終端式標準功率座的輸入反射系數(shù)；I——被校終端式標準功率座的輸入反射系數(shù)。為了分析方便，將失配因子M作為獨立變量處理。因K。表示式中的各輸入量K、P、P、M是非相關量，根據(jù)不確定度傳播律，校準因子K。的相對合成標準不確定度可表示為：=√[c?u?(K,)]2+[c?u?(Pm)]2+[式中：u?(P?)——輸人量K,的相對標準不確定度；輸入量P,的相對標準不確定度；u?(Psm)——輸入量Pm的相對標準不確定度；u?(M)——輸入量M的相對標準不確定度；c?,cz,cg,c?——分別為輸入量K,,P,P,M的靈敏系數(shù)。其中，靈敏系數(shù)分別為：考慮到接頭連接重復性引入的相對標準不確定度分量u(D),可以得到校準因子的相對合成標準不確定度：ue(K)=√[u?(K.)]2+[u?(Pu.)]2+[u?(PC.2.3標準不確定度分量評定1)標準功率座校準因子K,引入的相對標準不確定度分量終端式標準功率座校準因子由微量熱計校準得到，其擴展不確定度為0.7%~1.2%。由此引入的不確定度分量按B類進行評定，其包含因子一般情況下取k=2。因此，其引入的相對標準不確定度為：2)標準功率座直流替代功率P。,引入的相對標準不確定度分量標準功率指示器的直流替代功率由功率指示器和數(shù)字電壓表讀出，測量1mW功率時其最大允許誤差為±0.1%,由此引入的不確定度分量按B類進行評定，其結果服從均勻分布，包含因子k=√3,則其引入的相對標準不確定度為：3)被校終端式小功率傳遞標準直流替代功率P引入的相對標準不確定度分量被校終端式小功率傳遞標準的功率指示器的最大允許誤差為±(0.03%×P+2μW)。測量1mW功率時，最大允許誤差為±0.23%,由此引入的不確定度分量按B類進行評定，其結果服從均勻分布，包含因子k=√3,則其引入的相對標準不確定度為：4)失配引入的相對標準不確定度分量由失配引入的相對擴展不確定度分量按最不利時的組合計算，即誤差極限△(M)=2(|FaF,|+|FcF?1),按B類方法評定。M的可能值服從反正弦分布，包含因子k(M)=√2,其相對標準不確定度u;按式(C.12)計算，結果見表C.2。表C.2失配引入的相對標準不確定度分量頻率范圍因此失配引入的相對標準不確定度分量為：5)接頭連接重復性引入的相對標準不確定度分量接頭連接重復性引入的標準不確定度分量按A類評定，由標準重復性考核得到，其引入的相對標準不確定度為：C.2.4合成標準不確定度終端式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度主要分量見表C.3。不確定不確定度正態(tài)2均勻替代功率均勻u失配各不確定度分量不相關，則合成標準不確定度為：u=√u\+u2+u+u3+uk=0.38%～0C.2.5擴展不確定度k值取2,校準因子的擴展不確定度為：U=k·ue=0.76%～1.5%(k=2)C.3小功率傳遞標準輸入端反射系數(shù)模值測量不確定度分析終端式小功率傳遞標準輸人端反射系數(shù)模值測量不確定度評定時選擇N型接頭形式的功率座，頻率范圍為10MHz到18GHz,校準方法采用網(wǎng)絡分析儀直接測量。C.3.1系統(tǒng)組成及工作原理校準方法采用網(wǎng)絡分析儀直接測量，測量時網(wǎng)絡分析儀采用單端口校準，測量模式為反射系數(shù)，系統(tǒng)框圖如圖C.3所示。C.3.2測量模型被校終端式小功率傳遞標準的反射系數(shù)模值用網(wǎng)絡分析儀直接測量得到：y=|F]用網(wǎng)絡分析儀直接測量反射系數(shù)模值的不確定度來源有：標準件經(jīng)上級量傳引入的不確定度u?;網(wǎng)絡分析儀剩余誤差引入的不確定度uz;校準時連接重復性引入的不確定度u?。C.3.3標準不確定度分量評定1)標準件經(jīng)上級量傳引入的標準不確定度分量標準件經(jīng)上級量傳引入的不確定度u?(||),同軸N型接頭形式的反射幅度標準器經(jīng)上級計量部門檢定，在10MHz～18GHz、反射系數(shù)為0～0.2時的擴展不確定度U=0.0028,k=2,u?=0.002)網(wǎng)絡分析儀剩余誤差引入的標準不確定度分量校準后的網(wǎng)絡分析儀測量具有同軸N型接頭形式的反射幅度標準器，測量值與上級計量部門檢定后的定標值的偏差反映了網(wǎng)絡分析儀的剩余誤差。在10MHz～18GHz不確定度為uz=0.0026。3)校準時連接重復性引入的標準不確定度分量校準時連接重復性引入的不確定度由A類方法評定。對于具有同軸N型接頭形式的終端式小功率傳遞標準，在頻率范圍10MHz～18GHz頻段，其引入的相對標準不確定度為ux=0.001～0.003。C.3.4合成標準不確定度ue(|F|)=√uí+u2+ui=0.003～0.C.3.5擴展不確定度k值取2,反射系數(shù)模值的擴展不確定度為：C.4通過式小功率傳遞標準等效源反射系數(shù)模值測量不確定度分析通過式小功率傳遞標準校準因子測量不確定度評定時選擇N型接頭形式的功率座，頻率范圍為10MHz～18GHz,校準方法采用測量功分器S參數(shù)計算出等效源反射系C.4.1系統(tǒng)組成及工作原理通過式小功率傳遞標準等效源反射系數(shù)模值的校準系統(tǒng)框圖如圖C.4所示。1C.4.2測量模型被校通過式小功率傳遞標準的等效源反射系數(shù)模值按式(C.14)計算：Tce——被校通過式小功率傳遞標準的等效源反射系數(shù)；sz,5zt,ss?,sn——被校通過式小功率傳遞標準的功分器的S參數(shù)；由于szz,sz?,sg,ss?是用同一臺網(wǎng)絡分析儀測得的，并且是矢量運算，用最不利的情況估計時，等效源反射系數(shù)模值的合成標準不確定度可表示為：u(|Fc|)=|c?u?(sz)|+|c?u?