JJF 1495-2014 矢量网络分析仪校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 9 52 0 1 4矢量网络分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rV e c t o rN e t w o r kA n a l y z e r s 2 0 1 4-1 1-1 7发布2 0 1 5-0 2-1 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布矢量网络分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rV e c t o rN e t w o r kA n a l y z e r
2、 sJ J F1 4 9 52 0 1 4 归 口 单 位:全国无线电计量技术委员会 起 草 单 位:中国计量科学研究院中国工程物理研究院计量测试中心 本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释J J F1 4 9 52 0 1 4本规范主要起草人:刘欣萌(中国计量科学研究院)黄 辉(中国计量科学研究院)魏 竹(中国工程物理研究院计量测试中心)参加起草人:张翠翠(中国工程物理研究院计量测试中心)王 益(中国工程物理研究院计量测试中心)J J F1 4 9 52 0 1 4目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 外差式网络分析仪(1)3.2 测试端口(1)3
3、.3 测试端口间串扰(1)3.4 测试端口本底噪声(1)3.5 扫迹噪声(1)3.6 动态准确度(1)3.7 校准件(1)3.8 检验件(1)4 概述(2)4.1 用途(2)4.2 原理和结构(2)5 计量特性(2)5.1 内部信号源频率范围(2)5.2 内部信号源功率范围(2)5.3 扫迹噪声范围(2)5.4 本底噪声范围(2)5.5 串扰范围(2)5.6 模值动态准确度范围(2)5.7 校准件特性范围(2)5.8 散射参数测量范围(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目一览表(4)7.2 外观及工作正常性检查
4、(5)7.3 内部信号源频率(5)7.4 内部信号源功率(6)7.5 扫迹噪声(7)7.6 本底噪声(7)7.7 串扰(8)J J F1 4 9 52 0 1 47.8 模值动态准确度(9)7.9 校准件特性(1 2)7.1 0 散射参数测量准确度(1 2)8 校准结果的表达(1 4)9 复校时间间隔(1 4)附录A 校准记录格式(1 5)附录B 校准证书内页格式(2 2)附录C 主要项目测量不确定度评定(2 6)J J F1 4 9 52 0 1 4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和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定
5、与表示编制。本规范主要针对频率范围为9k H z 5 0GH z的外差式矢量网络分析仪的校准方法进行了规定,校准项目包括:内部信号源频率、内部信号源功率、扫迹噪声、本底噪声、串扰、模值动态准确度、校准件特性、散射参数测量准确度等。并在附录中给出了扫迹噪声、本底噪声、模值动态准确度等主要校准项目的测量不确定度评定实例。本规范为首次发布。J J F1 4 9 52 0 1 4矢量网络分析仪校准规范1 范围本规范适用于外差式矢量网络分析仪及使用扩展模块扩展了测量频率范围或测试端口数量的外差式矢量网络分析仪的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:I E E ES t a n d a r d2 8 7精
6、密同轴连接器标准(D C1 1 0GH z)S t a n d a r df o rP r e c i s i o nC o a x i a lC o n n e c t o r s(D Ct o1 1 0GH z)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本使用于本规范;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 术语和计量单位3.1 外差式网络分析仪 h e t e r o d y n en e t w o r ka n a l y z e r使用外差式或超外差式接收机的网络分析仪。3.2 测试端口 t e s tp o r t矢量网络分析仪面板上用来与被测网络连接,输
7、出和输入测试信号的端口。3.3 测试端口间串扰 t e s tp o r t c r o s s t a l k用来描述不通过测试端口之间的连接路径,测试信号从一个测试端口泄漏到另一个测试端口的程度,常用单位是分贝(d B),简称串扰。3.4 测试端口本底噪声 t e s tp o r tn o i s e f l o o r用来描述等效到网络分析仪测试端口的输入噪声功率,常用单位是d B m,简称本底噪声。3.5 扫迹噪声 t r a c en o i s e用来描述在输入测试端口的测试信号较大,可忽略本底噪声的影响时,散射参数示值(模值和相角)随时间的起伏。注:扫迹噪声包括模值扫迹噪声和相
8、位扫迹噪声,模值扫迹噪声常用单位是分贝(d B),相位扫迹噪声常用单位是度()。3.6 动态准确度 d y n a m i ca c c u r a c y用来描述网络分析仪测量测试端口入射功率时,其测量准确度依赖于被测信号(频率、功率)的程度,常用单位是分贝(d B)。3.7 校准件 c a l i b r a t i o nk i t用于矢量网络分析仪系统误差自校准的一组标准器,自校准方法不同,标准器的组成也随之不同。3.8 检验件 v e r i f i c a t i o nk i t1J J F1 4 9 52 0 1 4用于检验矢量网络分析仪自校准后测量能力的一组标准器。本规范中的
9、术语定义只适用于本规范。没有特别注明的话,本规范中所使用的术语和定义均是相对于测试端口定义的。4 概述4.1 用途矢量网络分析仪是主要用于进行微波器件网络参数测量的一种仪器,可直接以扫频的方式测量单端口和多端口器件的复数散射参数,并可以换算成其他网络参数,如电压驻波比、阻抗、相移和群时延等。4.2 原理和结构矢量网络分析仪通常由信号源单元、信号分离单元、接收机单元、数字控制及显示部分组成,一般采用测量复数入射电压与复数出射电压比的方法,计算散射参数。仪器由内嵌式计算机控制,对被测参数进行系统误差的修正和转换。矢量网络分析仪主要用于测量电信号传播路径或电子元器件的散射参数。还可用于测量阻抗的模(
10、|Z|)、相位角()等参数。矢量网络分析仪一般有两个测试端口,也有单端口、三端口或更多端口的形式。测试端口一般为同轴金属接头,随测量频率范围的不同,有精密7mm、N型、3.5mm、2.9 2mm、2.4mm和1.8 5mm等型式,具体型式可参见I E E ES t a n d a r d2 8 7。5 计量特性5.1 内部信号源频率范围9k H z 5 0GH z。5.2 内部信号源功率范围-1 1 0d B m2 0d B m。5.3 扫迹噪声范围模值(00.1)d B,相位(01)。注:由于扫迹噪声与矢量网络分析仪的接收机中频带宽有关,也与接收到的测试信号功率有关,这里的测量范围是在中频带
11、宽为1k H z,接收到的测试信号功率为-1 5d B m时给出的。5.4 本底噪声范围(-1 4 0-6 0)d B m。注:由于本底噪声与矢量网络分析仪的接收机中频带宽有关,不同中频带宽下的本底噪声测量范围不同,这里的测量范围是在中频带宽为1 0H z时给出的。5.5 串扰范围(-1 5 0-7 0)d B。5.6 模值动态准确度范围在(-7 01 0)d B m的动态范围内,模值动态准确度(01)d B。5.7 校准件特性范围开路器:反射系数模值不大于1,相角-1 8 0 1 8 0;2J J F1 4 9 52 0 1 4短路器:反射系数模值不大于1,相角-1 8 0 1 8 0;固定
12、负载:反射系数模值不大于0.1,相角-1 8 0 1 8 0。5.8 散射参数测量范围Si i模值01,相角-1 8 0 1 8 0;Si j模值0d B7 0d B,相角-1 8 0 1 8 0。注:Si j为矢量网络分析仪测量得到的散射参数矩阵 S中的元素,i,j指散射参数的下标,几端口可测得几维 S。散射参数测量不确定度一般按模值和相角分别考虑,并用绝对测量不确定度形式表示。由于矢量网络分析仪的测量范围很大,测量设置较复杂,常以图表或公式的形式列出对应测量设置和测量范围的散射参数测量不确定度。以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(2 3
13、3),且校准和测量过程中温度起伏不超过1。6.1.2 相对湿度:(6 02 0)%。6.1.3 电源电压及频率:(2 2 01 1)V,(5 01)H z。6.1.4 其他:周围无影响校准工作正常进行的电磁干扰及机械振动。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 校准所选用的设备详见表1。表1 校准用主要设备及配套设备序号名称主要技术指标备注1234功率计频率计校准件检验件(含失配负载和衰减器)功率测量范围:(-6 02 0)d B m测量不确定度:优于0.2d B线性度:优于0.0 2d B(-5 0d B m-2 0d B m)频率分辨力:优于1H z测量不确定度:优于1H z+11 0-7f
14、(H z)含开路、短路、固定负载和精密转接头开路器相角不确定度:优于3 短路器相角不确定度:优于3 负载反射系数不确定度:优于0.0 1精密转接头符合I E E E S t a n d a r d 2 8 7中L P C接头指标失配负载标称电压驻波比(V SWR):2.0 0反射系数模值不确定度:优于0.0 1反射系数相角不确定度:优于3 衰减器标称衰减量:2 0d B两端口电压驻波比(V SWR):优于1.5传输系数模值不确定度:优于0.0 5d B传输系数相角不确定度:优于1 校准用主要设备的技术指标可根据被校矢量网络分析仪的具体技术指标或被校矢量网络分析仪的具体被校准指标范围进行调整3J
15、 J F1 4 9 52 0 1 4表1(续)序号名称主要技术指标备注5步进衰减器衰减范围:(07 0)d B,步进1d B两端口电压驻波比(V SWR):优于1.5衰减不确定度:优于0.0 0 6d B+0.0 0 04衰减值6线性测量装置功率输出范围:(-2 01 0)d B m,步进1d B两端口电压驻波比(V SWR):优于1.5衰减不确定度:优于0.0 2d B7矢量网络分析仪测试端口本底噪声(I F BW=1 0 0H z):优于-9 0d B m测试端口扫迹噪声(I F BW=1 0 0H z):优于0.0 0 4d B自校准修正后:方向性、源匹配和负载匹配优于4 0d B,传输
16、扫迹优于0.0 1d B8柔性测试电缆长度:1m以上两端口电压驻波比(V SWR):优于1.6电缆幅度稳定性:优于0.1 5d B电缆相位稳定性:优于(0.0 8f+0.8)9插针深度量规最佳分辨力:2.5 4m测量不确定度:优于4m1 0力矩扳手技术指标参见I E E ES t a n d a r d2 8 7校准用主要设备的技术指标可根据被校矢量网络分析仪的具体技术指标或被校矢量网络分析仪的具体被校准指标范围进行调整注:1 校准用设备的频率范围和接头型式应与被校矢量网络分析仪相适应,如需转接,则应保证转接后的技术指标仍满足表1。2 电缆稳定性指电缆以1 0c m弯折半径弯折9 0 然后拉直
17、,重复3次以后电缆的S2 1模值和相角的变化。f为以GH z为单位的测试频率。3 同轴接头连接时应正确使用相应的力矩扳手以保证连接的有效和可靠。4 线性测量装置是一种放大器、两电阻功分器和步进衰减器组合。5 主要技术指标中的不确定度的包含因子k=2。6.2.2 校准用设备均应具备检定证书或校准报告。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目一览表校准项目见表2。表2 校准项目一览表校准项目名称类型外观及工作正常性检查功能检查内部信号源频率信号源部分量值校准4J J F1 4 9 52 0 1 4表2(续)校准项目名称类型内部信号源功率信号源部分量值校准扫迹噪声接收机部分量值校准本底噪声接收机部分量
18、值校准串扰接收机部分量值校准模值动态准确度接收机部分量值校准校准件特性校准件量值校准散射参数测量准确度总体量值校准7.2 外观及工作正常性检查7.2.1 外观检查7.2.1.1 被校矢量网络分析仪外观检查被校矢量网络分析仪应结构完整,无影响正常工作的机械损伤。电源电压选择开关设置电压与所用电源电压一致。仪器各按键工作应保持正常。被校矢量网络分析仪的测试端口应无明显松动,内外表面均应无明显损伤,端口表面和内部需保持清洁。同轴型式的测试端口需测量其插针深度,重复测量次数应在3次以上,取重复测量结果的中位数作为最终校准结果,校准记录格式参见附录A表1.1。7.2.1.2 被校校准件检查被校矢量网络分
19、析仪配合使用的校准件(固定负载、短路器和开路器等)如需校准,其端口表面和内部应无明显损伤,被校校准件的端口表面和内部需保持清洁。需对同轴型式被校校准件测量其插针深度,取重复测量结果的中位数作为最终校准结果,校准记录格式参见附录A表1.2,重复测量次数应在3次以上。7.2.2 被校矢量网络分析仪工作正常性通电后被校矢量网络分析仪能进入正常工作状态。有自检功能的被校矢量网络分析仪,应能通过自检。在被校矢量网络分析仪的测试端口连接失配负载或测试电缆作为被测对象,显示合适的图形,检查被校矢量网络分析仪的基本测量设置、数据处理和显示功能是否正常。7.3 内部信号源频率7.3.1 这项校准旨在校准被校矢量
20、网络分析仪内部信号源在测试端口输出信号的频率。如图1所示,用电缆连接被校矢量网络分析仪的测试端口和频率计的输入端。图1 内部信号源频率校准连接框图7.3.2 设置被校矢量网络分析仪工作在连续波输出模式,按被校矢量网络分析仪说明5J J F1 4 9 52 0 1 4书要求或实际需要选取测试信号频率点,应包括被校矢量网络分析仪测量范围的下限频率和上限频率。7.3.3 用频率计测量被校矢量网络分析仪的测试信号频率,重复测量多次后取测量结果平均值Fs,测试信号频率误差按公式(1)计算,校准记录格式参见附录A表2,重复测量次数应在3次以上。F=F-Fs(1)式中:F 内部信号源频率的示值误差,H z;
21、F 被校矢量网络分析仪的内部信号源频率标称值,H z;Fs 被校矢量网络分析仪的内部信号源频率校准值,H z。注:1 应考虑连接电缆的损耗对频率计输入的测试信号功率的影响,以保证频率计能正常测出测试信号的频率;2 如被校矢量网络分析仪带有高稳时基选件,应确认选件正常起作用;3 如无法设置在连续波输出模式,可以将被校矢量网络分析仪频率扫描的开始频率设置为校准频率,并适当增加扫描时间,使频率计有足够长时间完成测量。7.4 内部信号源功率7.4.1 这项校准旨在校准被校矢量网络分析仪内部信号源在测试端口输出信号的功率,被校矢量网络分析仪和功率计连接框图如图2所示。图2 内部信号源功率校准连接框图7.
22、4.2 设置被校矢量网络分析仪工作在连续波输出模式,按被校矢量网络分析仪说明书要求或实际需要设置网络分析仪内部信号源的频率和功率。7.4.3 正确使用功率计测量被校矢量网络分析仪的实际测试信号功率,记录功率计的读数,重复测量多次后取测量结果中位数值Ps,按公式(2)计算测试信号功率误差,校准记录格式参见附录A表3,重复测量次数应在3次以上。P=P-Ps(2)式中:P 内部信号源功率的示值误差,d B m;P 被校矢量网络分析仪的内部信号源功率标称值,d B m;Ps 被校矢量网络分析仪的内部信号源功率校准值,d B m。注:1 对测试端口在1个以上的被校矢量网络分析仪,应分别测量每个端口的输出
23、功率。2 在将功率计连接到被校矢量网络分析仪测试端口时,如需使用转接头或连接电缆,则应预先测量它们的散射参数,并据此对功率测量结果进行修正。3 对于在(-6 02 0)d B m范围内的测试信号可使用功率计进行校准,对于在-6 0d B m以下6J J F1 4 9 52 0 1 4的信号源功率,需使用测量接收机或频谱仪等能测量微小功率的测量仪器进行校准。测量设置参照上述步骤和测量仪器的使用说明书。4 如无法设置在连续波输出模式,可以将被校矢量网络分析仪频率扫描的开始频率设置为被测频率,并适当增加扫描时间,使功率计有足够长时间完成测量。7.5 扫迹噪声7.5.1 这项校准旨在测量被校矢量网络分
24、析仪在一定测量设置下的扫迹噪声,校准连接框图如图3所示,被校的测试端口端接短路器。图3 扫迹噪声校准连接框图7.5.2 将被校矢量网络分析仪测试信号设置在连续波输出状态,测试信号频率和功率、接收机中频带宽和平均等设置参数按仪器技术指标或实际测量要求设置,测量点数至少为5 1个点。7.5.3 将测量功能设置为测量反射系数模值,并以线性形式显示。在单次扫描后,统计所有测量点反射系数模值的单次标准差和算术平均值。重复测量3次以上,取重复测量结果的中位数作为最终测量结果,校准记录格式参见附录A表4。7.5.4 按公式(3)计算模值扫迹噪声测量结果。T NM=2 0l g(1+s t d e vM/a
25、v gM)(3)式中:TNM 模值扫迹噪声测量结果,d B;s t d e vM 所有测量点反射系数模值的单次标准差;a v gM 所有测量点反射系数模值的算术平均值。7.5.5 将测量功能设置为测量反射系数相角,单位()。在单次扫描后,统计所有测量点反射系数相角的单次标准差s t d e vP,重复测量3次以上,取重复测量结果的中位数作为相位扫迹噪声测量结果T NP,校准记录格式参见附录A表4。注:对于测试端口在1个以上的被校矢量网络分析仪,应分别校准每个端口的扫迹噪声。7.6 本底噪声7.6.1 这项校准旨在测量被校矢量网络分析仪等效的测试端口输入的噪声功率。7.6.2 将被校矢量网络分析
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