天馈线测试仪校准规范

JJF1740—20191天馈线测试仪校准规范1范围本规范适用于天馈线测试仪的校准。2术语故障定位距离distancetofault天馈线测试仪根据反射系数或电压驻波比最大值来确定故障位置,测试端面到故障位置的距离即为故障定位距离。3概述天馈线测试仪能够快速评估传输线和天线系统的状况,测量反射系数或电压驻波比、电缆损耗和故障定位距离等。天馈线测试仪是通信中常用的测量仪表,广泛应用于无线系统的安装、配置、维护和故障分析。天馈线测试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。端口阻抗一般为50Ω。4计量特性4.1输出信号频率范围:2MHz~18GHz,最大允许误差:±(1×10-6~7.5×10-5)。4.2输出功率范围:-30dBm~20dBm,最大允许误差:±2dB。4.3电压驻波比范围:VSWR>1,最大允许误差:±20%。4.4衰减量范围:0dB~30dB,最大允许误差:±1.5dB。4.5故障定位距离范围:0m~1500m,最大允许误差:±(3%×物理长度+0.1m)。4.6射频功率范围:-50dBm~20dBm,最大允许误差:±2dB。注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。5校准条件5.1环境条件a)环境温度:(23±5)℃;b)相对湿度:≤80%;JJF1740—20192c)电源电压及频率:(220±11)V、(50±1)Hz;d)周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。5.2校准用设备5.2.1频率计数器频率测量范围:2MHz~18GHz;最大允许误差:±1×10-7。5.2.2功率计频率范围:2MHz~18GHz;功率测量范围:-60dBm~20dBm;5.2.:器.5dB(k=2)。频率范围:2MHz~18GHz;输出功率电平范围:-50dBm~20dBm。5.2.4标准失配器频率范围:2MHz~18GHz;标称电压驻波比:1.10,1.50,2.00;不确定度:5%(k=2)。5.2.5开路/短路器频率范围:2MHz~18GHz;电压反射系数:≥0.98。5.2.6标准匹配负载频率范围:2MHz~18GHz回波损耗:≥24dB。5.2.7标准衰减器频率范围:2MHz~18GHz;衰减值为:0dB~30dB;不确定度:0.1dB/10dB(k=2)。5.2.8标准长度馈线频率范围:2MHz~18GHz;长度:15m~100m;最大允许误差:±1%。6校准项目和校准方法校准项目见表1。JJF1740—20193表1校准项目表序号项目名称1外观及工作正常性检查2输出信号频率3输出功率4电压驻波比5衰减量6故障定位距离7射频功率6.1外观及工作正常性检查天馈线测试仪外观应完好无损,无影响正常工作的机械损伤,其开关、按键、旋钮应牢固且调节正常,显示屏能正常显示,附件功能正常。被校仪器通电后,应能正常工作,并按规定时间进行预热。将检查结果记录于附录A的表A.1中。6.2输出信号频率a)仪器连接如图1所示。图1输出信号频率校准仪器连接图b)设置天馈线测试仪工作在点频模式,按照频率低、中、高原则至少选取3个频率点。c)在频率计数器上读频率值并记录于附录A的表A.2中。6.3输出功率a)功率计进行调零,自校准。仪器连接如图2所示。图2输出功率校准仪器连接示意图b)设置天馈线测试仪工作于点频模式,按频率范围选择输出频率。c)每个频率点按照功率高中低的原则,至少选取3个功率点,如果输出功率为固定值,则只测一个功率点即可。从功率计上读功率值记录于附录A的表A.3中。6.4电压驻波比a)按天馈线测试仪工作频率范围分别设置最低、最高以及中间频率,至少选取3个频率点,对天馈线测试仪进行单端口自校准。b)设置天馈线测试仪平均次数不少于10次。c)连接标准失配器到天馈线测试仪,如图3所示。JJF1740—20194图3电压驻波比测量仪器连接示意图d)分别连接三个标准失配器进行电压驻波比值的测量,并将测量结果记录于附录A的表A.4中。6.5衰减量a)按天馈线测试仪工作频率范围分别设置最低、最高以及中间频率,至少选取3个频率点,对天馈线测试仪进行单端口自校准。b)设置天馈线测试仪平均次数不少于10次。c)按照低、中、高原则,选择不同的标准衰减器,连接到天馈线测试仪,如图4所示。图4衰减量测量仪器连接示意图d)连接开路器到标准衰减器,进行衰减量的测量,读取测量结果Xn,并将测量结果记录于附录A的表A.5中(如果使用可调衰减器,需要测量0dB时衰减量X0)。e)连接短路器到标准衰减器,进行衰减量的测量,读取测量结果Yn,并将测量结果记录于附录A的表A.5中(如果使用可调衰减器,需要测量0dB时衰减量Y0)。f)按公式(1)计算天馈线测试仪衰减量,记录于附录A的表A.5中:式中:A=(Xn+Yn-X0-Y0)/2式中:6.6故障定位距离a)设置天馈线测试仪的终止频率和起始频率分别为工作频率范围的上限和下限,对天馈线测试仪进行单端口自校准。b)连接标准长度馈线到天馈线测试仪,标准长度馈线另一端接开路器或短路器,如图5所示。图5故障定位距离校准仪器连接示意图c)设置天馈线测试仪工作在故障定位距离模式。设置距离测量单位为米,天馈线测试仪开始距离为0m,终止距离适当大于标准长度馈线,测量平均次数不少于10次。移动标记到反射系数最大,或者电压驻波比最大处,读出测量结果并将其记录于附录A的表A.6中。6.7射频功率a)功率计清零和自校准,选择天馈线测试仪的功率测量模式,进行清零,仪器连接如图6所示。JJF1740—20195图6射频功率校准仪器连接示意图b)按天馈线测试仪工作频率范围分别设置最低、最高以及中间频率,至少选取3个频率点。c)设置信号发生器频率,功率点设置按照高、中、低原则选取,分别读出功率计和天馈线测试仪上的显示值,并将测量结果记录于附录A的表A.7中。7校准结果表达天馈线测试仪校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题,“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)被校对象地描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,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)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)对校准规范偏离的说明;n)校准证书及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,不得部分复制证书的声明。8复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,建议为1年。JJF1740—20196附录A原始记录格式表A.1外观及工作正常性检查有无数量备注12开关、按键、旋钮损伤3通电后显示功能正常/不正常表A.2输出信号频率频率标称值/MHz实测值/MHz不确定度U(k=2)表A.3输出功率频率/MHz标称值/dBm实测值/dBm不确定度U(k=2)7表A.4电压驻波比频率MHz标准值实测值标准值实测值标准值实测值校准不确定度U(k=2):表A.5衰减量频率MHz标准值dB实测值(开路器)/dB实测值(短路器)/dB实测值dBX0XnY0Yn校准不确定度U(k=2):表A.6故障定位距离故障定位距离实际值/m实测值/m不确定度U(k=2)表A.7射频功率频率/MHz实际值/dBm实测值/dBm不确定度U(k=2)8附录B校准证书内页格式表B.1输出信号频率频率标称值/MHz实测值/MHz不确定度U(k=2)表B.2输出功率频率/MHz标称值/dBm实测值/dBm不确定度U(k=2)表B.3电压驻波比频率MHz标准值实测值标准值实测值标准值实测值9校准不确定度U(k=2):表B.4衰减量频率/MHz标准值/dB实测值/dB校准不确定度U(k=2):表B.5故障定位距离故障定位距离实际值/m实测值/m不确定度U(k=2)表B.6射频功率频率/MHz实际值/dBm实测值/dBm不确定度U(k=2)10附录C主要项目校准结果不确定度评定示例C.1电压驻波比测量不确定度评定C.1.1测量模型先用开路器、短路器和负载单端口校准天馈线测试仪,然后用天馈线测试仪测试标准失配器,得到电压驻波比测量示值。C.1.2不确定度来源根据测量模型可知,标准失配器的标准值、测量重复性均会引入不确定度,同时需要考虑天馈线测试仪的分辨力影响,因此不确定度来源有以下三项:(1)标准失配器引入的不确定度;(2)天馈线测试仪显示分辨力引入的不确定度;(3)连接及读数重复性。C.1.3各不确定度分量的评定C.1.3.1标准失配器引入的不确定度u1标准失配器的电压驻波比的不确定度,为上级单位给出的扩展不确定度,查询证书可知为U1=5%,k=2,那么标准不确定度:2天馈线测试仪分辨力为0.01,换算为测量2.0失配器时百分比为0.5%。a2为天馈线测试仪分辨力的影响量,a2等于天馈线测试仪显示分辨力一半,则C.1.3.3连接及读数重复性引入22.3aC.1.3.3连接及读数重复性引入22.3使用标准失配器2.0,对天馈线测试仪进行电压驻波比重复测量10次,测量结果列于表C.1。表C.1电压驻波比测量结果测量次数测量结果12.0022.0132.0042.0152.0062.0072.0111表C.1(续)测量次数测量结果81.9992.00101.99VSWRi为第i次测量结果;VSWR为10次测量的平均值。C.1.度用实验标准差表示,则u3=s=0.4%各个不确定度分量之间互不相关。C.1.5不确定度分量汇总表表C.2不确定度分量汇总表序号不确定度分量不确定度来源类型测量误差或不确定度分布类型包含因子标准不确定度1标准失配器引入的不确定度B5%正态分布22.5%2天馈线测试仪分辨力引入的不确定度B0.25%均匀分布 30.15%3连接及读数重复性对结果的影响A0.4%C.1.6合成标准不确定度合成标准不确定度:uc=≈2.55%。C.1.7扩展不确定度C.2,定uc=5.1%。C.2.1测量模型先用开路器、短路器和负载单端口校准天馈线测试仪,然后用天馈线测试仪测试标准衰减器,得到衰减量测量示值。C.2.2不确定度来源根据测量模型可知,标准衰减器的校准值、测量重复性均会引入不确定度,同时需JJF1740—201912要考虑天馈线测试仪的分辨力影响,以及标准衰减器与被测设备的系统失配引起的误差。因此不确定度来源有以下四项:(1)标准衰减器引入的不确定度;(2)测量过程中标准衰减器与被测仪表间的系统失配误差引入的不确定度;(3)天馈线测试仪分辨力引入的不确定度;(4)连接及读数重复性。C.2.3各不确定度分量的评定C.2.3.1由标准衰减器的衰减值测量的误差引入的不确定度分量u1标准衰减器的不确定度,为上级单位给出的扩展不确定度,查询证书可知为U1=0.04dB,k=2,那么标准不确定度:u1=U1/k=0.02(dB)C.2.3.2测量过程中标准衰减器与被测仪表间的系统失配误差引入的标准不确定度分量u2根据校准证书得:标准衰减器电压驻波比<1.3。假设被测仪表输入端电压驻波比≤1.3,失配误差极限用下式估计:a2=4.34×2×∣Гs∣∣Гu∣式中:Гs———被测天馈线测试仪测试端反射系数;Гu———标准衰减器输入端反射系数。根据仪表的技术指标得:∣Гs∣=(1.3-1)/(1.3+1)=0.13∣Гu∣=(1.3-1)/(1.3+1)≈0.13那么:a2=8.68×0.13×0.13≈0.14(dB)设测量值落在该区间内的概率分布为反正弦分布,k=2。标准不确定度u2=a2/k≈0.10(dB)C.2.3.3天馈线测试仪分辨力引入的不确定度分量u3天馈线测试仪分辨力为0.01dB。a3为天馈线测试仪显示分辨力的影响量,a3等于天馈线测试仪显示分辨力一半,则a3=0.005dB。测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布,k=3。那么标准不确定度:u=a3/k=0.003(dB)C.2.3.4连接及读数重复性引入的不确定度分量u4使用标准衰减器10.0dB,对天馈线测试仪进行衰减量重复测量10次,测量结果列于表C.3:JJF1740—201913表C.3衰减量测量结果测量次数测量结果/dB110.00210.0439.9749.99510.00610.04710.02810.0199.971010.00C.2.度用实验标准差表示,则u4=s=0.03(dB)各个不确定度分量之间互不相关。C.2.5不确定度分量汇总表表C.4不确定度分量汇总表序号不确定度分量不确定度来源类型测量误差或不确定度/dB分布类型包含因子标准不确定度dB1标准衰减器引入的不确定度B0.04正态分布20.022系统失配误差引入的标准不确定度B0.14反正弦分布 20.103天馈线测试仪分辨力引入的不确定度B0.005均匀分布 30.0034连接及读数重复性对结果的影响A0.03JJF1740—201914C.2.6合成标准不确定度合成标准不确定度:uc=≈0.10C.2.7扩展不确定度C.3故障定位距离测量不确定度评定C.3.1测量模型取包含因子k=2,则U=kuc=2ucC.3故障定位距离测量不确定度评定C.3.1测量模型先用开路器、短路器和负载单端口校准天馈线测试仪,然后用天馈线测试仪测试标准长度馈线,得到故障定位距离测量示值。C.3.2不确定度来源根据测量模型可知,标准长度馈线的长度标定值、测量重复性均会引入不确定度,同时需要考虑天馈线测试仪的分辨力影响,因此不确定度来源有以下三项:(1)标准长度馈线引入的不确定度;(2)天馈线测试仪分辨力引入的不确定度;(3)连接及读数重复性。C.3.3各不确定度分量的评定C.3.3.1标准长度馈线引入的不确定度u1标准长度馈线的不确定度,为上级单U1=1%,k=2,那么标准不确定度:C.3.3.2