JJF 1703-2018谐振式波长计校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 7 0 32 0 1 8谐振式波长计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rR e s o n a n tT y p eW a v e l e n g t hM e t e r s 2 0 1 8-0 2-2 7发布2 0 1 8-0 8-2 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局谐振式波长计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rR e s o n a n tT y p eW a v e l e n g t hM e t e r sJ J F1 7 0 32 0 1 8代替J J G3 4 81 9 8 4 归 口 单 位:全国时间频率计量技术委员会 主要起草单位:中国测试技术研究院陕西长岭电子科技有限责任公司 参加起草单位:上海亚美微波仪器厂重庆市计量质量检测研究院 本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:郭春梅(中国测试技术研究院)王 靖(陕西长岭电子科技有限责任公司)参加起草人:张国良(上海亚美微波仪器厂)罗 浩(重庆市计量质量检测研究院)J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)3.1 校准增量(校准标度)(1)3.2 谐振能量吸收(谐振能量下垂)(1)4 概述(1)5 计量特性(1)5.1 频率测量范围(1)5.2 频率测量最大允许误差(1)5.3 谐振能量吸收(1)5.4 驻波比(1)5.5 校准增量(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(2)7.1 校准项目(2)7.2 校准方法(3)8 校准结果表达(6)9 复校时间间隔(6)附录A 校准原始记录格式(7)附录B 校准证书内页格式(8)附录C 测量结果不确定度评定示例(9)J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局引 言本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则进行编制。本规范代替J J G3 4 81 9 8 4 谐振式波长计试行检定规程。本规范相对于原规程主要技术变化如下:提高了频率测量范围;重新确定了计量特性内容;采用新的测量方法(合成信号发生器、频谱分析仪、网络分析仪等作为测量标准);完善并细化了频率测量范围、频率测量误差等项目的校准方法;附录中给出了测量结果不确定度评定示例。本规范历次版本情况为:J J G3 4 81 9 8 4(试行)。J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局谐振式波长计校准规范1 范围本规范适用于频率范围在0.3GH z 4 0GH z谐振式波长计(又称谐振式频率计、同轴直读式频率计)的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J F1 0 5 9.12 0 1 2测量不确定度评定与表示凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3.1 校准增量(校准标度)c a l i b r a t i o n i n c r e m e n t s校准增量也称校准标度,指波长计刻度最小间隔的频率值。3.2 谐振能量吸收(谐振能量下垂)d i pa t r e s o n a n c e微波测量系统中,波长计谐振腔调谐装置从失谐调谐到与被测频率谐振时,传输端口能量呈最小状态,即功率值下降至最低。4 概述谐振式波长计,为无源频率测量器,是一种采用谐振腔法来测量微波频率的专用设备,通常用于微波装置或微波系统中对信号频率的测量,按其在微波系统中腔内谐振时对外电路的反应情况分为通过式和吸收式。通过式是以信号能量峰值的位置为谐振点,吸收式是以信号能量谷值的位置为谐振点。实际应用中多以吸收式波长计作为测量用设备。谐振式波长计(谐振式频率计、同轴直读式频率计)主要用于国防、军工、通讯、医疗等领域,在科研教学方面也有大量的应用。5 计量特性5.1 频率测量范围0.3GH z 4 0GH z。5.2 频率测量最大允许误差(0.5%0.1%)。5.3 谐振能量吸收1 0%。5.4 驻波比1J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局1.02.0。5.5 校准增量2MH z,1 0MH z。注:以上指标为波长计的典型指标,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(1 82 8)。6.1.2 环境湿度:8 0%。6.1.3 电源电压及频率:电压2 2 0(11 0%)V,频率5 0(15%)H z。6.1.4 周围无强电磁场干扰及无影响校准系统正常工作的机械振动。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 合成信号发生器频率输出范围:0.3GH z 4 0GH z(或满足被校波长计频率测量范围);最大允许频率偏差:优于被校波长计一个数量级;功率输出范围:-2 0d B m+1 3d B m;功率最大允许误差:(0.1d B2d B)。6.2.2 微波功率计或频谱分析仪频率测量范围:0.3GH z 4 0GH z(或满足被校波长计频率测量范围);功率测量范围:-7 0d B m+2 3d B m;功率测量不确定度:1d B,k=2。6.2.3 网络分析仪频率范围:0.3GH z 4 0GH z(或满足被校波长计频率测量范围);电压驻波比测量不确定度:1%6%,k=2。6.2.4 隔离器或衰减器频率范围满足波长计频率测量范围,隔离度或衰减量不小于1 0d B。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表1。表1 校准项目序号名 称方法条款号1频率测量范围及测量误差7.2.22谐振能量吸收7.2.33驻波比7.2.44校准增量7.2.52J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局7.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性检查和校准工作准备被校波长计应带有必要的附件。外观完好,无影响正常工作的机械损伤,调谐装置功能正常,刻度线指示清晰。所有校准设备按规定时间预热。7.2.2 频率测量范围及测量误差仪器连接如图1所示。图1 频率范围及测量误差校准连接图7.2.2.1 频率测量范围a)调节波长计,使标识线对准最低频率刻度中心位置fC;b)信号发生器输出与刻度一致的频率,输出幅度设为0d B m;c)用功率计或频谱分析仪测量波长计的输出端信号幅度,信号发生器的频率正向微小调偏,即输出值为:fC+(按实际情况取值,一般在1 0-4或1 0-3位调整),再来回改变频偏值的大小,使波长计处于谐振即功率计所测值为最小或频谱分析仪功率峰值下降为最低,读取信号发生器输出的频率fL 1;d)调偏波长计标识线,使其为失谐状态,重新对准最低频率刻度中心位置,信号发生器的频率负向微小调偏,即输出值为:fC-,再来回改变频偏值的大小,使波长计处于谐振,读取信号发生器输出的频率fL 2;e)比较fL 1、fL 2,取误差大的值,记为波长计频率下限值fL;f)调节波长计,使标识线对准最高频率刻度中心位置fC;g)同理,按上述方法在波长计的最高频率刻度处,读取两次信号发生器输出的频率fH 1、fH 2,并取误差大的值,记为波长计频率上限值fH;h)分别计算fL与最低刻度值、fH与最高刻度值fC的相对误差,如满足5.2要求则波长计测频范围为:fLfH记录于附录A。如果不满足5.2要求,则适当调高波长计的下限频率值,或调低波长计的上限频率值,重复a)、b)、c)、d)、e)、f)、g)、h)条。7.2.2.2 频率测量误差方法一:a)按图1连接仪器,波长计按其频率范围均匀选取1 0点以上频率刻度值fC,调谐波长计的标识线到待测刻度中心位置,信号发生器幅度设为0d B m,并调至波长计一致的频率;b)用功率计或频谱分析仪测量波长计的输出端信号幅度,信号发生器的频率正向3J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局微小调偏,即输出值为:fC+(按实际情况取值,一般在1 0-4或1 0-3位调整),再来回改变频偏值的大小,使波长计处于谐振,即功率值为最小时,读取信号发生器输出的标准频率f1;c)调整波长计使其处于失谐状态,重新将标识线对准所测刻度中心位置,信号发生器的频率负向微小调偏,即输出值为:fC-,再来回改变频偏值的大小,使波长计发生谐振,功率值为最小时,读取信号发生器输出的标准频率f2;d)比较两次读取的信号发生器频率值f1、f2,取误差大的值为实测值fR;e)按式(1)或式(2)计算频率测量误差,将实测值及测量误差记于附录A。方法二:图2 频率测量误差校准方法二连接图a)按图2所示,网络分析仪内部参考频率准确度低于51 0-5时,需连接外部参考源。b)网络分析仪复位,按波长计的测频范围设置网络分析仪的起始频率、终止频率,对测试端口进行校准。校准完毕后按图2连接仪器。c)网络分析仪设置测量【ME A S】为S2 1或S1 2;格式【F O RMA T】为M a g;刻度【S C A L E】为0.1d B/格1d B/格;参考电平为0d B m。d)网络分析仪的中心频率设置为波长计待测的刻度值fC,扫频宽度适当,设置网络分析仪以锁相方式扫描。e)波 长 计 标 识 线 对 准 待 测 频 率 刻 度 中 心 位 置,打 开 网 络 分 析 仪 的 标 记【MA R K E R】键,找到最小M i n功能,测量波长计谐振时下凹处的频率(反复在M a x和M i n来回按键以确定测得当前稳定值)读取网络分析仪测得的频率值,测量两次以上,取误差大的值为实测值fR,记录于附录A。f)改变频率刻度,重复d)、e)测量步骤,波长计频率测量点数应在其范围内选取1 0点以上。按式(1)或式(2)计算频率测量误差。=fC-fR(1)=fC-fRfR1 0 0%(2)式中:频率测量绝对误差,H z;频率测量相对误差;fC 波长计标定的频率刻度值,H z;fR 波长计处于谐振时,方法一中,信号发生器读取的频率值,或方法二中,网4J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局络分析仪读取的频率值,H z。7.2.3 谐振能量吸收按图1连接仪器。a)信号发生器按波长计频率测量范围选取高、中、低三个频率点,输出幅度约为8d B m(或根据隔离器/衰减器的值选择适当的幅度);b)调整波长计,标识线处于所选频率附近的失谐位置,用功率计测量失谐时最大幅度;并记下所测得的毫瓦(mW)读数值p1;c)调整波长计使之处于谐振状态,观察功率计读数至最小,并记下所测得的毫瓦(mW)读数值p2;d)按式(3)计算谐振能量吸收,将测量结果记入附录A。C=p1-p2p11 0 0%(3)式中:C 谐振能量吸收;p1 波长计处于失谐状态时功率计最大读数值,mW;p2 波长计处于谐振状态下功率计最小读数值,mW。注:校准本项目时,对无该项技术指标的波长计可不进行。7.2.4 驻波比(V SWR)图3 驻波比校准连接图a)复位网络分析仪,按波长计的测频范围设置网络分析仪的起始频率、终止频率,也可分段设置;b)根据波长计端口形式选择相应的波导或同轴校准件对网络分析仪进行端口校准;c)校准完毕后,按图3所示将波长计接入网络分析仪测量端口;d)设置网分析仪测量【ME A S】为S1 1,格式【F O RMA T】选择SWR,按波长计测频范围选取高、中、低三个频率测试点或多个频率测试点;e)将波长计处于失谐位置,使用标记【MA R K】测量波长计输入端口在各校准频率点上的驻波值,将测量结果记入附录A。7.2.5 校准增量a)按图连接仪器,波长计的标识线调至频率范围中的1/2处,在其附近选择相临5J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局的两条刻度作为测试点;b)信号发生器幅度设为0d B m,并分别输出波长计两刻度线标示的频率值;c)测量波长计谐振频率F1、F2,即微调信号源频率,观察功率计或频谱分析仪所测得的信号幅度至最小,分别记下两个谐振频率值F1、F2;d)按式(4)计算,计算差值,取MH z位作为校准增量结果,将结果记入附录A。D=|F1-F2|(4)式中:D 校准增量,MH z;F1 波长计标示的某一刻度频率值;F2 与F1相临的刻度频率值。注:以上是吸收式波长计校准方法,通过式波长计的校准可根据其工作原理(发生谐振时输出端口能量最大,能量图中峰值点处为谐振频率)参考上述测量方法,测量中以能量最大值即曲线凸处的值为测量值。8 校准结果表达波长计校准后出具校准证书。校准证书(报告)应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。9 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的质量、使用情况等诸多因素决定,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。6J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局附录A校准原始记录格式频率测量范围频率测量误差频率值GH z实测值GH z绝对误差GH z相对误差%不确定度U(k=2)谐振能量吸收频率值GH zp1mWp2mWC%不确定度U(k=2)驻波比频率值驻波比(V SWR)不确定度U(k=2)校准增量注:原始记录格式以常规校准项目为参考,校准时可根据实际校准的技术指标做相应的变化。实际校准时,原始记录还应详细登记其他相关信息。7J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局附录B校准证书内页格式校准证书证书编号:校准数据/结果项目校准结果频率测量范围及测量误差标称值GH z实测值GH z误差%不确定度U(k=2)谐振能量吸收频率值GH zC不确定度U(k=2)驻波比频率值GH zV SWR不确定度U(k=2)校准增量8J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局附录C测量结果不确定度评定示例C.1 概述谐振式波长计校准结果主要为频率测量、驻波比。校准基本信息见表C.1。表C.1 基本信息测量方法直接测量法测量标准设备E 8 2 5 7 D信号源、相应频段的隔离器或小衰减器、E 4 4 4 0 A频谱分析仪、Z VM矢量网络分析仪、3 7 9 B NM5 0负载 被测对象PX 1 2波长计(直读频率计)环境条件温度:2 0 湿度:6 0%RHC.2 频率测量C.2.1 测量模型:f=f0+i 式中:f 被测频率;f0 标准频率值;i 频率测量误差。C.2.2 标准不确定度分量的分析与评定波长计频率测量误差主要有三项:标准器信号源频率不准1,波长计校准增量(刻度分辨力)读取误差2及调谐重复性3。C.2.2.1 标准器频率不准1引入的标准不确定度u1因标准器信号源频率的相对频偏远远小于被测仪器的最大允许误差(至少高一个数量级),所以1引入的标准不确定度u1分量可忽略不计。C.2.2.2 读取误差2及调谐重复性3引入的标准不确度u2因校准增量的分辨所带来的读数误差及波长计正向、反向多次调谐而引入的不确定度以多次重复测量来估算,即按A类评定:对PX 1 2频率计误差最大点(12 4 0MH z)进行1 0次重复独立测量,经计算得标准不确定度。if/MH z单次测量标准差s112 3 8.6 4212 3 8.6 9312 3 8.5 8412 3 8.5 1512 3 8.5 3s=(fi-f-)2n-1=0.0 7MH z9J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局表续if/MH z单次测量标准差s612 3 8.6 1标准不确定度u2712 3 8.6 8812 3 8.5 3912 3 8.5 01 012 3 8.6 0平均值f-12 3 8.5 8 7u2=s=0.0 7MH zC.2.3 合成标准不确定度由于各引入不确定度分量之间相互独立,则合成标准不确定度为:uc=u21+u22=0.0 7MH zC.2.4 扩展不确定度则扩展不确定度:U=2uc=0.1 4MH z(k=2)C.3 驻波比C.3.1 不确定度来源驻波比测量结果不确定度来源主要为网络分析仪测量不准、测量重复性两项。C.3.2 标准不确定度评定C.3.2.1 标准器测量不准引入的标准不确度u1上级量传的矢量网络分析仪测量驻波的相对不确定度为4.6%(k=2),则相对标准不确定度为:u1=0.0 4 62=0.0 2 3。C.3.2.2 测量重复性引入的不确定度分量u2选择频率为2GH z,功率0d B m,进行1 0次重复独立测量。n驻波比V SWR测量值xi单次测量标准差s11.3 521.3 331.3 641.3 451.3 5s=(xi-x)2n-1=0.0 161.3 3相对标准不确定度u271.3 481.3 691.3 51 01.3 6平均值x=1.3 5u2=sx=0.0 0 701J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局C.3.3 合成标准不确定度由于各引入不确定度分量之间相互独立,则合成标准不确定度为:uc=u21+u22=0.0 2 4C.3.4 扩展不确定度扩展不确定度:U=2uc=4.8%(k=2)注:在评定驻波比测量结果不确定度时,如果上级量传,给出的是网络分析仪测量反射系数的不确定度,则重复性测量列的数据应采用反射系数来计算,或将驻波引入的不确定度换算成反射系数引入的不确定度。11J J F1 7 0 32 0 1 8市场监管总局市场监管总局