摘要：通过研究微波小功率标准装置的基本原理，结合实验室对微波小功率标准装置需求实际，提出了微波小功率标准装置改进的方法，并对改进后的标准装置进行了不确定度评定、重复性检验、稳定性检验、不确定度验证，表明改进后的标准装置符合小功率座检定规程的要求，可开展对各类小功率座（计）的检定和校准工作。
关键词：改进 确定 功率 重复性
一、引言
微波小功率参数是科技工业科研、生产中测量的重要参数，是开展科研工作必须的计量标准。为了确保微波小功率量值准确、统一、可靠，必须建立微波小功率标准装置，以满足量值传递的需求。过去使用的M1103射频功率传递标准由5个不同频段的功率座构成，且体积大，不便携带，很难满足任务的需求，并且1805功率电平控制器损坏，厂家停产，停止售后服务，必须进行改进。该标准装置的改进解决了微波小功率量值的溯源和传递，计量频率由12.4GHz提高到18GHz，满足了对各类微波小功率计的计量校准需求，实现了国防系统微波小功率的量值统一。
二、微波小功率标准装置改进原理方法
（一）改进前的微波小功率校准系统的组成和作用
1.主要技术指标：
1.1频率范围：100MHz~12.4GHz
1.2功率范围：0.5mW~10mW
1.3扩展不确定度：<5%
2. 系统的原理和组成：
系统由功率计、功率座和功率指示器组成。
系统的组成：WE1103传递标准，WE1805时频电平控制器，WE430C扫频信号源，757PIN电调衰减器，WE1806双桥功率计，M1110（190.174）标准功率座，192数字电压表。
校准方法如下图：
图1 改进前的微波小功率标准装置组成和工作原理框图
430C型扫频仪是一台固态的高性能微波扫频仪，扫频范围为0.01-12.4GHz信号，由4个插件式RF单元。
1805电平控制器的WE公司 System 2 的 设备之一，频率范围：0.1-12.4GHz。1103型标准组成覆盖频率：0.1-12.4GHz每一个标准包括热敏电阻座，一个3dB定向耦合器，一个精密终端负载，支撑架和固定架，由5个标准不同频率组成。
（二）改进后的微波小功率测量标准的组成和工作原理
1.主要技术指标：
频率范围：10MHz~18.0GHz
测量范围：10µW~10mW
扩展不确定度：2.8%~3.5%（k = 2）
2. 系统的原理和组成：
改进后的微波小功率标准装置主要由标准功率座M1110、功分器1870A、功率电桥1806A、信号源E8257D、数字电压表8508A等组成，组成和工作原理框图见图2。
图2 改进后的微波小功率标准装置组成和工作原理框图
校准方法采用交替比较法。将信号源输出信号通过公分器分为两路，分别输入到标准功率座M1110和被检功率计上，信号源输出保持不变，通过数字电压表测得电压值计算出标准功率座的直流替代功率Pbs，被检功率计同时读出直流替代功率Pbu。
式中：V1 ——标准功率座未加RF功率的电压值
V2 ——标准功率座加RF功率的电压值
R ——200Ω
则被校功率座的校准因子为：
式中：Ku ——被校功率座的校准因子；
Pbu——被校功率座的直流替代功率；
Pbs——标准功率座M1110的直流替代功率读数；
Ks ——标准功率座M1110的校准因子；
M ——失配因子，
（
为等效源反射系数，
为被校功率座反射系数。）
（三）微波小功率标准装置改进前后的比较
1．微波小功率标准装置的主要技术指标：
2.改进后的微波小功率标准装置组成设备减少
微波小功率标准装置改进前WE430C扫频信号源由4个插件式RF单元改为1台E8257D信号源代替。
3.改进后的微波小功率测量标准在操作上更加容易
如图2所示，主要是在替代法中，增加一个对称性较好的功率分配器，改变了对功率座接头频繁地拆卸，由于每次连接时，手法用力程度并不完全一样，这样在不同程度上不断地在改变插入损耗，导致了误差和结果不确定度的增大，改进后的微波小功率测量标准减小了误差和结果的不确定度，并且缩短了操作的时间。
三、微波小功率标准装置测量标准的不确定度来源
采用E4419B及E4412A作为工作标准的检定结果同以往的检定标准的结果比较，用新的方案直观的优越性是配套设备少，易于操作，还可便于程控。不确定来源主要有以下几方面。
1.输出量
本标准装置用标准功率座M1110的校准因子Ks确定被检功率计的校准因子Ku。
2.数学模型
3.不确定度来源
（1）标准功率座M1110校准因子Ks
（2）标准功率座直流替代功率Pbs
（3）被校功率计直流替代功率Pbu
（4）功分器不对称性
（5）失配
（6）测量重复性
四、结论
微波小功率标准装置在频率范围0.01～18GHz，测量范围10µW～10mW时，扩展不确定度为U=2.8%～3.5%（k=2）。经过对该标准装置进行重复性测量和稳定性考核，并对不确定度分析与验证，表明该标准装置符合小功率座检定规程的要求，可开展对各类小功率座（计）的检定和校准工作，经过多次实际应用，使用方便，性能稳定可靠。用本文使用的方法，只需使用较轻便的仪器即可进行功率校准因子的量值传递，与以往的方法相比较，操作方便，可用性强，解决了功率检定难以进行现场测试的问题，为计量任务的需求提供了更好的保障。
参考文献：
[1]GJB/J3598-99 小功率座检定规程
[2]GJB2712-96 测量设备的质量保证要求计量确认体系
[3]M1110技术说明书
[4]1806A技术说明书
论文作者:宁涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：功率论文; 标准论文; 微波论文; 装置论文; 不确定论文; 测量论文; 信号源论文; 《基层建设》2018年第30期论文;