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技術文章

4304A型功率計的校準方法探討

2017-08-02

通過式功率計4304A主要測量調頻、調相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結實、簡單、準確的特點，其頻帶寬和功率范圍夫，是通信維修人員的良好助手，且可用于常規的雙向九線電對講機和無線尋呼系統，因此在通信行業中泛應用。

裘劍敏／浙江省計量科學研究院發表于《上海計量測試》

一、前言
通過式功率計4304A主要測量調頻、調相和等幅波功率，具有便攜、可靠，結實、簡單、準確的特點，其頻帶寬和功率范圍夫，是通信維修人員的良好助手，且可用于常規的雙向九線電對講機和無線尋呼系統，因此在通信行業中泛應用。

二、校準原理
4304A型功率計(圖1）的重要性能指標：

①5／15／50／150／500w(根據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的基本方法。

變替比較法校準裝置組成和工作原理：
交替比較法校準裝置比較簡單，它是由穩幅信號源、終端式標準功率座和標準功率指示器組成。交替比較法是利用高一級的標準功率座(已知有效效率或校準系數)校準被校功率計。

校準程序：
將標準功率計和被校功率計交替接到穩定的信號源上，信號源輸出保持不變，那么被校功率計所吸收的功率P_U和標準功率計所吸收的功率P_S存在特定關系，從而得到被校功率訓的校準系數。
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，據此，對原理圖做相應改變。改變后的校準系統主要由信號發生器(E4438C)輸出穩幅信號經功率放大器(50W/1000B)放大輸出分別接到被校功率汁(4304A)和經30dB衰減的標準功率計(E4416/E9323A)上。由于標準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標準衰減器接在標準功率計之前。4303A的輸出端還應有效連接吸收負載，具體測量可見圖3。如果忽略各種反射功率，那么理淪上：

三、校準過程
按圖3連接系統，校準可以分為固定標準讀被校和同定被校讀標準兩種。同定標準讀被校主要指調節信號發生器使得標準功率計指示固定值，保持信號發生器輸出不變換接被測功率汁，讀出被校功率計的指示值，就可以根據被校功率計與標準功率計讀數之間的關系得出被校功率計標稱值與實際值的對比數據；固定被校讀標準主要指調節信號發生器輸出幅度，使被校功率計指示到固定的標稱值，保持信號發生器輸出不變，換接加標準衰減器的標準功率計，讀出標準功率計指示值，同樣也可以得到被校功率計標稱值與實際值之間的關系。
如果采用固定標準讀被校，由于4304A型功率計是指針型，表盤刻度為非線性劃分，而標準功率計的指示固定，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據離散性大，而且同一實驗人員多次測量讀出的數據離散性也很大。顯然這種方法不適臺這種功率計。固定被校讀標準就可以較好地避免非線性刻度讀數這個問題。校準時根據不同的量程選擇不同的標稱值，調節信號發生器使被校功率計指針都指示在所需的標稱值上，換標準功率計讀出功率值，就可以計算得出該標稱值的實際值。
除此之外，數據處理還要關注：上級部門給出的信號發生器校準數據、上級部門給出的30dB標準衰減器的校準數據以及上級部門給出的標準功率計的校準系數都應在數據處理時予以考慮、修正。另外還應根據各自情況的不同，考慮影響實驗數據的其他因素，盡可能修正。

四、校準數據
表中為測量得到的部分數據：

測量結果不確定度簡單分析：
用交替比較法校準被校功率計，其不確定度主要由以下幾個分量組成：
(1)標準功率座標準系數引入的相對校準不確定度分量
(2)替代功率的測量誤差引入的相對標準不確定度分量；
(3)標準信號發生器幅度引入的相對標準不確定度分量；
(4)標準衰減器衰減量引入的相對標準不確定度分量：
(5)測量重復性引入的相對標準不確定度分量。

五、小結
通過實踐，要較好的完成4304A型功率計的校準，還需重視：
(1)設備的正確連接
應特別注意該功率計輸出端是否有效連接大功率吸收負載，空載或過載后果嚴重，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)設備的正確開啟順序
在本實驗中，因功率輸出較大，處置不當，泄漏功率對實驗人員、實驗設備都有較大的影響。所以在實驗中特別是更換標準功率計和被測功率計時要及時關閉功率放大器、信號源射頻輸出開關。
(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”儀器連入校準系統，造成標準設備的損壞。

參考文獻
[1]崔孝海，功率計校準技術培訓教材，北京：中國計量科學研究院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