微波小功率检定装置的设计及其不确定度分析

　　0　引　言

　　本微波功率计检定装置由标准功率计HP432A、数字电压表、AV1481C微波合成扫频信号源、Weinschel SYS-TEMⅡA 1805B RF控制器、Weinschel SYSTEMⅡAF1117A功率座等仪器设备组成,可用于检定频率范围在50 MHz~18 GHz的微波功率计。

　　1　检定装置的组成及工作原理

　　微波功率计校准因子检定装置原理框图如图1所示,它是由系统Ⅱ(射频控制器1805B和通过式热敏座F1117A、信号源)、计算机控制系统组成的一个闭环自动检定装置。

　　本检定装置采用传递标准法校准微波功率计校准因子,传递标准法通常是利用一个三端口器件和PIN管等组成稳幅环路,减少源端反射系数,提高功率校准的准确度。本系统中没有外接PIN电调衰减器,而是将电平控制器的幅度控制信号直接送到信号源,利用信号源的外稳幅功能,实现系统的稳幅。另外热敏座中选择了对称性很好的电阻式功分器,这样使得精密功率源反射系数的模更小,减少了失配对功率校准的影响。精密功率源中热敏座的核心是两个具有负温度系数的热敏电阻,这两个热敏电阻位于恒温控制的通过式热敏座中,它是射频控制器中直流偏置电桥的一个臂,当大约有30 mW的功率加到热敏电阻上时,电桥的总阻抗为200Ω,此时射频控制器中的直流偏置电桥平衡。当射频功率加到功分器上时,由于热敏座吸收功率,热敏座的阻抗减少,电桥失去平衡,为使电桥重新平衡,必有直流替代电平使得热敏座的阻抗增加,从而使电桥恢复平衡。由于功分器的对称性,必有相同的功率被被检功率座吸收,采用比对的方法检定被检功率座的校准因子。

　　在测试软件的控制下,本装置可自动对同轴小功率微波功率计(如HP437B,AV2432等)的校准因子进行校准,也可通过比对的方法进行溯源。

　　微波功率计校准源功率准确度检定装置原理框图如图2所示,它是由HP432A标准功率计和数字电压表组成。此检定装置的工作原理是根据HP432A的工作原理,采用下面的公式精确计算微波功率计校准源功率:

　　式中:PCAL为校准源输出功率参考电平;V0为校准源输出关断,数字电压表的示值;V1为校准源输出接通,数字电压表的示值;Vcomp为校准源输出接通,数字电压表负极接地测的电压;R为热敏电阻座的电阻值;K为热敏电阻座的校准因子。

　　2　不确定度分析

　　2.1　标准功率计法检定校准源功率的检定装置

　　(1)数学模型

　　用标准功率计法检定校准源功率时,校准源功率PCAL的数学模型:

　　式中:PCAL为校准源输出功率参考电平;V0为校准源输出关断,数字电压表的示值;V1为校准源输出接通,数字电压表的示值;Vcomp为校准源输出接通,数字电压表负极接地测的电压;R为热敏电阻座的电阻值;K为热敏电阻座的校准因子。