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技術(shù)文章
4304A型功率計的校準(zhǔn)方法探討
2017-08-02
通過式功率計4304A主要測量調(diào)頻、調(diào)相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結(jié)實、簡單、準(zhǔn)確的特點，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)的雙向九線電對講機和無線尋呼系統(tǒng)，因此在通信行業(yè)中泛應(yīng)用。
裘劍敏／浙江省計量科學(xué)研究院發(fā)表于《上海計量測試》
一、前言
通過式功率計4304A主要測量調(diào)頻、調(diào)相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結(jié)實、簡單、準(zhǔn)確的特點，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)的雙向九線電對講機和無線尋呼系統(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(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％
該類型功率計的精度相對較低，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％
該類型功率計的精度相對較低，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)裝置比較簡單，它是由穩(wěn)幅信號源、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。
校準(zhǔn)程序：
將標(biāo)準(zhǔn)功率計和被校功率計交替接到穩(wěn)定的信號源上，信號源輸出保持不變，那么被校功率計所吸收的功率PU和標(biāo)準(zhǔn)功率計所吸收的功率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。
本文主要針對配備50W功率探頭的4304A功率計進行5W/15W／50W三個量程檔進行校準(zhǔn)，據(jù)此，對原理圖做相應(yīng)改變。改變后的校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由信號發(fā)生器(E4438C)輸出穩(wěn)幅信號經(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(E4416/E9323A)上。由于標(biāo)準(zhǔn)功率計所配功率探頭(E9323A)屬小功率探頭，所以在信號接入功率計前需對信號進行衰減，選用30dB標(biāo)準(zhǔn)衰減器接在標(biāo)準(zhǔn)功率計之前。4303A的輸出端還應(yīng)有效連接吸收負(fù)載，具體測量可見圖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)信號發(fā)生器使得標(biāo)準(zhǔn)功率計指示固定值，保持信號發(fā)生器輸出不變換接被測功率汁，讀出被校功率計的指示值，就可以根據(jù)被校功率計與標(biāo)準(zhǔn)功率計讀數(shù)之間的關(guān)系得出被校功率計標(biāo)稱值與實際值的對比數(shù)據(jù)；固定被校讀標(biāo)準(zhǔn)主要指調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出幅度，使被校功率計指示到固定的標(biāo)稱值，保持信號發(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，讀出標(biāo)準(zhǔn)功率計指示值，同樣也可以得到被校功率計標(biāo)稱值與實際值之間的關(guān)系。
如果采用固定標(biāo)準(zhǔn)讀被校，由于4304A型功率計是指針型，表盤刻度為非線性劃分，而標(biāo)準(zhǔn)功率計的指示固定，被校功率計指示很有可能偏離刻度值，人為估讀就很有難度，不僅不同的實驗人員讀出的數(shù)據(jù)離散性大，而且同一實驗人員多次測量讀出的數(shù)據(jù)離散性也很大。顯然這種方法不適臺這種功率計。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)這個問題。校準(zhǔn)時根據(jù)不同的量程選擇不同的標(biāo)稱值，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使被校功率計指針都指示在所需的標(biāo)稱值上，換標(biāo)準(zhǔn)功率計讀出功率值，就可以計算得出該標(biāo)稱值的實際值。
除此之外，數(shù)據(jù)處理還要關(guān)注：上級部門給出的信號發(fā)生器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、上級部門給出的30dB標(biāo)準(zhǔn)衰減器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及上級部門給出的標(biāo)準(zhǔn)功率計的校準(zhǔn)系數(shù)都應(yīng)在數(shù)據(jù)處理時予以考慮、修正。另外還應(yīng)根據(jù)各自情況的不同，考慮影響實驗數(shù)據(jù)的其他因素，盡可能修正。
四、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
表中為測量得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)：
用交替比較法校準(zhǔn)被校功率計，其不確定度主要由以下幾個分量組成：
(1)標(biāo)準(zhǔn)功率座標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)引入的相對校準(zhǔn)不確定度分量
(2)替代功率的測量誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量；
(3)標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器幅度引入的相對標(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標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：
(5)測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。
五、小結(jié)
通過實踐，要較好的完成4304A型功率計的校準(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，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
在本實驗中，因功率輸出較大，處置不當(dāng)，泄漏功率對實驗人員、實驗設(shè)備都有較大的影響。所以在實驗中特別是更換標(biāo)準(zhǔn)功率計和被測功率計時要及時關(guān)閉功率放大器、信號源射頻輸出開關(guān)。
(3)檢查被校儀器
被校功率計是一種通過式功率汁，使用過程中另一個功能是可以測量駐波比，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型配件，接入時，應(yīng)觀察功率計的正確指向。必要時可以通過輔助手段檢測其通路的正常性，以免將一臺外觀無法辨別的“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
[1]崔孝海，功率計校準(zhǔn)技術(shù)培訓(xùn)教材，北京：中國計量科學(xué)研究院2006
[2]馮新善，等．高頻、微波功率的計量測試，北京：中國計量出版社1987
[3]陳成仁，等．高頻和微波功率計量，北京：中國計量出版社2005
