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技術(shù)文章
4304A型功率計(jì)的校準(zhǔn)方法探討
2017-08-02
通過式功率計(jì)4304A主要測(cè)量調(diào)頻、調(diào)相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結(jié)實(shí)、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，其頻帶寬和功率范圍夫，是通信維修人員的良好助手，且可用于常規(guī)的雙向九線電對(duì)講機(jī)和無(wú)線尋呼系統(tǒng)，因此在通信行業(yè)中泛應(yīng)用。
裘劍敏／浙江省計(jì)量科學(xué)研究院發(fā)表于《上海計(jì)量測(cè)試》
一、前言
通過式功率計(jì)4304A主要測(cè)量調(diào)頻、調(diào)相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結(jié)實(shí)、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，其頻帶寬和功率范圍夫，是通信維修人員的良好助手，且可用于常規(guī)的雙向九線電對(duì)講機(jī)和無(wú)線尋呼系統(tǒng)，因此在通信行業(yè)中泛應(yīng)用。
二、校準(zhǔn)原理
4304A型功率計(jì)(圖1）的重要性能指標(biāo)：
①5／15／50／150／500w(根據(jù)不同的功率探頭選擇)
②頻率范圍25—1000MHz
③精度(100-512)MHz：±6％；其余：±7％
該類型功率計(jì)的精度相對(duì)較低，所以考慮以交替比較法作為校準(zhǔn)的基本方法。
②頻率范圍25—1000MHz
③精度(100-512)MHz：±6％；其余：±7％
該類型功率計(jì)的精度相對(duì)較低，所以考慮以交替比較法作為校準(zhǔn)的基本方法。
交替比較法校準(zhǔn)裝置比較簡(jiǎn)單，它是由穩(wěn)幅信號(hào)源、終端式標(biāo)準(zhǔn)功率座和標(biāo)準(zhǔn)功率指示器組成。交替比較法是利用高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)功率座(已知有效效率或校準(zhǔn)系數(shù))校準(zhǔn)被校功率計(jì)。
校準(zhǔn)程序：
將標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)和被校功率計(jì)交替接到穩(wěn)定的信號(hào)源上，信號(hào)源輸出保持不變，那么被校功率計(jì)所吸收的功率PU和標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)所吸收的功率PS存在特定關(guān)系，從而得到被校功率訓(xùn)的校準(zhǔn)系數(shù)。
圖2是交替比較法的原理框圖。
本文主要針對(duì)配備50W功率探頭的4304A功率計(jì)進(jìn)行5W/15W／50W三個(gè)量程檔進(jìn)行校準(zhǔn)，據(jù)此，對(duì)原理圖做相應(yīng)改變。改變后的校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)生器(E4438C)輸出穩(wěn)幅信號(hào)經(jīng)功率放大器(50W/1000B)放大輸出分別接到被校功率汁(4304A)和經(jīng)30dB衰減的標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(E4416/E9323A)上。由于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)所配功率探頭(E9323A)屬小功率探頭，所以在信號(hào)接入功率計(jì)前需對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，選用30dB標(biāo)準(zhǔn)衰減器接在標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)之前。4303A的輸出端還應(yīng)有效連接吸收負(fù)載，具體測(cè)量可見圖3。如果忽略各種反射功率，那么理淪上：
按圖3連接系統(tǒng)，校準(zhǔn)可以分為固定標(biāo)準(zhǔn)讀被校和同定被校讀標(biāo)準(zhǔn)兩種。同定標(biāo)準(zhǔn)讀被校主要指調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使得標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)指示固定值，保持信號(hào)發(fā)生器輸出不變換接被測(cè)功率汁，讀出被校功率計(jì)的指示值，就可以根據(jù)被校功率計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)讀數(shù)之間的關(guān)系得出被校功率計(jì)標(biāo)稱值與實(shí)際值的對(duì)比數(shù)據(jù)；固定被校讀標(biāo)準(zhǔn)主要指調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出幅度，使被校功率計(jì)指示到固定的標(biāo)稱值，保持信號(hào)發(fā)生器輸出不變，換接加標(biāo)準(zhǔn)衰減器的標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)，讀出標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)指示值，同樣也可以得到被校功率計(jì)標(biāo)稱值與實(shí)際值之間的關(guān)系。
如果采用固定標(biāo)準(zhǔn)讀被校，由于4304A型功率計(jì)是指針型，表盤刻度為非線性劃分，而標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的指示固定，被校功率計(jì)指示很有可能偏離刻度值，人為估讀就很有難度，不僅不同的實(shí)驗(yàn)人員讀出的數(shù)據(jù)離散性大，而且同一實(shí)驗(yàn)人員多次測(cè)量讀出的數(shù)據(jù)離散性也很大。顯然這種方法不適臺(tái)這種功率計(jì)。固定被校讀標(biāo)準(zhǔn)就可以較好地避免非線性刻度讀數(shù)這個(gè)問題。校準(zhǔn)時(shí)根據(jù)不同的量程選擇不同的標(biāo)稱值，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使被校功率計(jì)指針都指示在所需的標(biāo)稱值上，換標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)讀出功率值，就可以計(jì)算得出該標(biāo)稱值的實(shí)際值。
除此之外，數(shù)據(jù)處理還要關(guān)注：上級(jí)部門給出的信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、上級(jí)部門給出的30dB標(biāo)準(zhǔn)衰減器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及上級(jí)部門給出的標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的校準(zhǔn)系數(shù)都應(yīng)在數(shù)據(jù)處理時(shí)予以考慮、修正。另外還應(yīng)根據(jù)各自情況的不同，考慮影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的其他因素，盡可能修正。
四、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
表中為測(cè)量得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)：
用交替比較法校準(zhǔn)被校功率計(jì)，其不確定度主要由以下幾個(gè)分量組成：
(1)標(biāo)準(zhǔn)功率座標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)引入的相對(duì)校準(zhǔn)不確定度分量
(2)替代功率的測(cè)量誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；
(3)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器幅度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；
(4)標(biāo)準(zhǔn)衰減器衰減量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：
(5)測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。
五、小結(jié)
通過實(shí)踐，要較好的完成4304A型功率計(jì)的校準(zhǔn)，還需重視：
(1)設(shè)備的正確連接
應(yīng)特別注意該功率計(jì)輸出端是否有效連接大功率吸收負(fù)載，空載或過載后果嚴(yán)重，反射功率有可能損壞功率計(jì)，更有可能擊穿功率放大器；還應(yīng)注意接頭的正確連接，特別注意功率放大器的頻率、幅度范圍，避免超量程使用而損壞儀器。
(2)設(shè)備的正確開啟順序
在本實(shí)驗(yàn)中，因功率輸出較大，處置不當(dāng)，泄漏功率對(duì)實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備都有較大的影響。所以在實(shí)驗(yàn)中特別是更換標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)和被測(cè)功率計(jì)時(shí)要及時(shí)關(guān)閉功率放大器、信號(hào)源射頻輸出開關(guān)。
(3)檢查被校儀器
被校功率計(jì)是一種通過式功率汁，使用過程中另一個(gè)功能是可以測(cè)量駐波比，所以兩端N型接口均可作為輸入／輸出口，其功率探頭也是活動(dòng)型配件，接入時(shí)，應(yīng)觀察功率計(jì)的正確指向。必要時(shí)可以通過輔助手段檢測(cè)其通路的正常性，以免將一臺(tái)外觀無(wú)法辨別的“病”儀器連入校準(zhǔn)系統(tǒng)，造成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的損壞。
參考文獻(xiàn)
[1]崔孝海，功率計(jì)校準(zhǔn)技術(shù)培訓(xùn)教材，北京：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院2006
[2]馮新善，等．高頻、微波功率的計(jì)量測(cè)試，北京：中國(guó)計(jì)量出版社1987
[3]陳成仁，等．高頻和微波功率計(jì)量，北京：中國(guó)計(jì)量出版社2005
