CN113296039A - 一种确定组合体校准因子的方法 - Google Patents

一种确定组合体校准因子的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113296039A
CN113296039A CN202110447221.3A CN202110447221A CN113296039A CN 113296039 A CN113296039 A CN 113296039A CN 202110447221 A CN202110447221 A CN 202110447221A CN 113296039 A CN113296039 A CN 113296039A
Authority
CN
China
Prior art keywords
adapter
calibration factor
reflection coefficient
power
combination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110447221.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113296039B (zh
Inventor
袁文泽
李时鑫
崔孝海
张涛
丁建新
丁晟
刘潇蒙
刘锦文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
National Institute of Metrology
Original Assignee
Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
National Institute of Metrology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing, National Institute of Metrology filed Critical Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
Priority to CN202110447221.3A priority Critical patent/CN113296039B/zh
Publication of CN113296039A publication Critical patent/CN113296039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113296039B publication Critical patent/CN113296039B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明涉及微波功率测量技术领域，提出了一种确定组合体校准因子的方法，将网络分析仪连接在适配器的两端，测量适配器插入损耗参数S21，并计算得到适配器的损耗系数ki；用网络分析仪测量功率传感器的反射系数ΓL；将所述适配器与所述功率传感器连接形成组合体，并利用网络分析仪测量所述组合体的反射系数Γc；根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ΓL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子Ks，Ks的不确定度几乎仅取决于功率传感器的校准因子，解决了现有技术中组合体校准因子的测量结果的不确定度易受限于网络分析仪的不确定度的技术问题，可以有效地降低组合体校准因子测量结果的不确定度。

Description

一种确定组合体校准因子的方法
技术领域
本发明涉及微波功率测量技术领域，尤其涉及一种确定组合体校准因子的方法。
背景技术
微波功率参数是国际计量局(BIPM)定义的无线电七个关键参数之一。因此微波功率量值的传递，对保证我国高频和微波功率量值统一和可溯源性，提高功率测量精确度有重要的意义，而标准功率传感器(也称组合体)校准因子的确定是量值传递中的关键一环。
目前国际上应用最为广泛的方法是效率方程法，这种方法物理意义清晰，且容易实现。例如，在7mm功率传递标准的定标实验中，由N型热敏电阻功率传感器和7mm-N转接头(即适配器)组合而成的组合体，用其对传递标准进行定标，确定传递标准校准因子Kc，之后便可用于校准下一级被校功率座，进行量值的传递，Kc的测量模型如下：
Figure BDA0003037379280000011
式中，Ks、Γs分别为组合体的校准因子和反射系数，Psub是组合体的替代功率，Pc是连接在被定标功率的传递标准耦合端的功率指示器示值，Γg是被定标功率的传递标准构成的等效源反射系数。
在定标实验中，N型热敏电阻功率传感器的校准因子KN(或有效效率ηN)用国家同轴功率基准测量，适配器的传输和反射特性以及组合体的反射特性用矢量网络分析仪测量，组合体的校准因子Ks可以利用二端口网络效率方程来确定，如下式所示：
Figure BDA0003037379280000021
该式表示一个反射系数为ΓL的负载与适配器形成的组合体，组合体的净功率Prf与负载功率PL的关系，即二端口网络效率方程。
式中，η称为组合体的有效效率，ΓC是组合体的反射系数，S21和S22为适配器的散射参数。
而组合体校准因子Ks为替代功率与组合体入射功率之比，经上述公式推导可以得出组合体的校准因子为Ks：
Figure BDA0003037379280000022
但是，由于效率方程中复数失配项|1-s22ΓL|2的存在，当适配器的散射参数S22不是很小时，导致在特殊相位组合时，相位测量的不确定度导致最终计算结果存在较大的不确定度；当适配器的损耗很小时，网络分析仪测量S21也会有很大的不确定度；而效率η的不确定度会对校准因子Ks的不确定度产生极大影响。因此，现有利用效率方程法确定组合体校准因子存在以下技术缺陷：组合体校准因子的测量结果的不确定度易受限于网络分析仪的不确定度。
发明内容
因此，如何准确确定组合体校准因子，使其测量结果不受网络分析仪不确定度的影响，本发明提出了一种新的确定组合体校准因子的方法，可以有效地降低组合体校准因子测量结果的不确定度。
具体的，主要通过以下技术方案来实现：
一种确定组合体校准因子的方法，包括以下步骤：
将网络分析仪连接在适配器的两端，测量适配器插入损耗参数S21，并计算得到适配器的损耗系数ki；
用网络分析仪测量功率传感器的反射系数ГL；
将所述适配器与所述功率传感器连接形成组合体，并利用网络分析仪测量所述组合体的反射系数Γc；
根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ГL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子。
优选地，根据适配器插入损耗参数S21计算得到适配器的损耗系数ki的公式为：
Figure BDA0003037379280000031
优选地，根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ГL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子Ks的公式为：
Figure BDA0003037379280000032
其中，KN为所述功率传感器的校准因子。
优选地，将网络分析仪连接在适配器的两端之前，还包括：对所述网络分析仪进行双端口校准。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
本发明公开的一种确定组合体校准因子的方法，根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ГL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子Ks，而Ks的不确定度几乎仅取决于KN，解决了现有技术中组合体校准因子的测量结果的不确定度易受限于网络分析仪的不确定度的技术问题，可以有效地降低组合体校准因子测量结果的不确定度。
附图说明
1、图1为本发明实施例中一个反射系数为ΓL的负载与适配器形成的组合体的结构示意图；
2、图2为本发明实施例中利用效率方程法和损耗系数法确定组合体校准因子的结果对比图；
3、图3为本发明实施例中7mm功率传递标准的定标实验数据图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。
本发明公开了一种确定组合体校准因子的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，对网络分析仪进行双端口校准。
步骤2，将网络分析仪连接在适配器的两端，测量适配器插入损耗参数S21，并计算得到适配器的损耗系数ki。
需要说明的是，插入损耗参数S21为适配器端口2的出射波幅度与端口1入射波幅度的比值，用以描述信号在该适配器传输过程中的损耗。
在一个优选地实施例中，根据适配器插入损耗参数S21计算得到适配器的损耗系数ki的公式为：
Figure BDA0003037379280000041
步骤3，用网络分析仪测量功率传感器的反射系数ГL。
步骤4，将所述适配器与所述功率传感器连接形成组合体，并利用网络分析仪测量所述组合体的反射系数Γc。
在一个优选地实施例中，根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ГL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子Ks的公式为：
Figure BDA0003037379280000051
步骤5，根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ГL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子。
需要说明的是，本发明实施例涉及的组合体是由N型热敏电阻功率传感器和7mm-N转接头(适配器)组成，即组成一个7mm接头的组合体，如图1所示。
当传输线连接无反射负载时，设组合体入射功率为PI，负载功率为PL，则，PL+PA＝PI，其中PA为适配器功率。
损耗系数ki为传输线传输单位功率时损耗的功率，则有：
Figure BDA0003037379280000052
在对传递标准进行定标的实验中，负载功率PL可以由国家功率基准测得，而且其在组合体净功率中占比很大，只要再测得适配器的损耗功率，则根据组合体的替代功率与组合体入射功率之比，即可得到组合体的校准因子Ks：
Figure BDA0003037379280000053
其中，Psub是组合体的替代功率，PI是组合体的入射功率。
根据PL+PA＝PI，则组合体校准因子Ks为：
Figure BDA0003037379280000061
式中，KN为N型功率传感器的校准因子、ΓN为N型功率传感器的反射系数、ki为适配器损耗系数以及Γs为组合体反射系数，且上述参数均已知，因此，从上式可以看出，由于M接近于1，当ki远小于1时，Ks的不确定度几乎仅取决于KN。解决了现有技术中组合体校准因子的测量结果的不确定度易受限于网络分析仪的不确定度的技术问题，可以有效地降低组合体校准因子测量结果的不确定度。
经过确定的组合体的校准因子后，再根据传递标准的功率值Pc和所述组合体的功率值(替代功率)Psub计算得到所述传递标准的校准因子Kc：
Figure BDA0003037379280000062
其中，Гg为所述适配器的等效源反射系数。
具体的，将组合体与需要校准的传递标准进行连接，并连接信号源，读出传递标准显示的功率值Pc和组合体显示的功率值Psub，根据上式计算得到得到传递标准的校准因子Kc。校准后的传递标准可以用来对其他功率传感器进行校准，从而实现量值传递。
如图2所示，示出了利用传统效率方程法确定的组合体校准因子与利用本发明方法(损耗系数法)确定的组合体校准因子的结果对比，从图2可以看到，频率较高时，二者差异较大，损耗系数法确定的组合体校准因子的不确定度明显更小。
下面通过一个实验对本发明的损耗系数法确定组合体校准因子进行说明，选用N型热敏电阻功率传感器和7mm-N转接头，组成一个7mm接头的组合体，进行7mm功率传递标准的定标实验，并使用Z51连接同一个适配器作为核查标准。本次实验共获得6组实验数据，并与Z51组的数据进行对比，如图3所示，可以看出，多次重复连接的情况下利用损耗系数法确定的传递标准校准因子具有较好的一致性，且与Z51连接同一个适配器作为核查标准测得的结果也具有很好的一致性，同时，传递标准校准因子Kc结果的标准差也很小。
因此，综上所述，当组合体的负载是已知校准因子的功率传感器，且适配器的损耗系数远小于1时，采用本发明实施例提供的损耗系数法确定组合体校准因子，其结果的不确定度明显降低。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种确定组合体校准因子的方法，其特征在于，包括：
将网络分析仪连接在适配器的两端，测量适配器插入损耗参数S21，并计算得到适配器的损耗系数ki；
用网络分析仪测量功率传感器的反射系数ΓL；
将所述适配器与所述功率传感器连接形成组合体，并利用网络分析仪测量所述组合体的反射系数Γc；
根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ΓL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子。
2.如权利要求1所述的一种确定组合体校准因子的方法，其特征在于，根据适配器插入损耗参数S21计算得到适配器的损耗系数ki的公式为：
Figure FDA0003037379270000011
3.如权利要求1所述的一种确定组合体校准因子的方法，其特征在于，根据适配器的损耗系数ki、功率传感器的反射系数ΓL以及组合体的反射系数Γc计算得到组合体的校准因子Ks的公式为：
Figure FDA0003037379270000012
其中，KN为所述功率传感器的校准因子。
4.如权利要求1所述的一种确定组合体校准因子的方法，其特征在于，将网络分析仪连接在适配器的两端之前，还包括：对所述网络分析仪进行双端口校准。
CN202110447221.3A 2021-04-25 2021-04-25 一种确定组合体校准因子的方法 Active CN113296039B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110447221.3A CN113296039B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种确定组合体校准因子的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110447221.3A CN113296039B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种确定组合体校准因子的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113296039A true CN113296039A (zh) 2021-08-24
CN113296039B CN113296039B (zh) 2023-01-24

Family

ID=77320161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110447221.3A Active CN113296039B (zh) 2021-04-25 2021-04-25 一种确定组合体校准因子的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113296039B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6060888A (en) * 1998-04-24 2000-05-09 Hewlett-Packard Company Error correction method for reflection measurements of reciprocal devices in vector network analyzers
JP2006317448A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Agilent Technol Inc マルチポートベクトルネットワークアナライザ（ｖｎａ）のパワー校正
US20080010034A1 (en) * 2006-07-05 2008-01-10 Takashi Yamasaki Method for network analyzer calibration and network analyzer
CN103364752A (zh) * 2013-07-19 2013-10-23 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种在片负载牵引测量系统的现场校准方法
CN203658566U (zh) * 2013-12-25 2014-06-18 朱军 基于systemⅱ的新型微波小功率校准系统
CN105572617A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 北京无线电计量测试研究所 一种脉冲功率标准的校准系统和方法
CN106405463A (zh) * 2016-09-05 2017-02-15 中国计量科学研究院 微波功率计中校准信号源反射系数测量方法
CN106443548A (zh) * 2016-11-15 2017-02-22 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法
CN107884626A (zh) * 2017-12-30 2018-04-06 贵州师范大学 一种基于损耗因子的s参数自动化测量方法
CN111025214A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 中国电子科技集团公司第十三研究所 获取功率校准模型的方法及终端设备

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6060888A (en) * 1998-04-24 2000-05-09 Hewlett-Packard Company Error correction method for reflection measurements of reciprocal devices in vector network analyzers
JP2006317448A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Agilent Technol Inc マルチポートベクトルネットワークアナライザ（ｖｎａ）のパワー校正
US20080010034A1 (en) * 2006-07-05 2008-01-10 Takashi Yamasaki Method for network analyzer calibration and network analyzer
CN103364752A (zh) * 2013-07-19 2013-10-23 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种在片负载牵引测量系统的现场校准方法
CN203658566U (zh) * 2013-12-25 2014-06-18 朱军 基于systemⅱ的新型微波小功率校准系统
CN105572617A (zh) * 2015-12-17 2016-05-11 北京无线电计量测试研究所 一种脉冲功率标准的校准系统和方法
CN106405463A (zh) * 2016-09-05 2017-02-15 中国计量科学研究院 微波功率计中校准信号源反射系数测量方法
CN106443548A (zh) * 2016-11-15 2017-02-22 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种矢量网络分析仪利用电子校准件测量混频器变频损耗的校准方法
CN107884626A (zh) * 2017-12-30 2018-04-06 贵州师范大学 一种基于损耗因子的s参数自动化测量方法
CN111025214A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 中国电子科技集团公司第十三研究所 获取功率校准模型的方法及终端设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘颖 等: "一种微波功率计自动校准系统设计与实现", 《现代电子技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113296039B (zh) 2023-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109444717B (zh) 新型在片s参数误差校准方法和装置
WO2020232810A1 (zh) 一种矢量网络分析仪在片s参数的校准方法、系统及设备
CN104237829B (zh) 高精度噪声系数测量系统整体校准方法
CN107543970B (zh) 一种基于数据库校准方法的介电常数测量方法
Stumper Uncertainty of VNA S-parameter measurement due to nonideal TRL calibration items
CN111929558B (zh) 一种基于自校准的去嵌方法、系统、存储介质及终端
CN104515907B (zh) 一种散射参数测试系统及其实现方法
CN111751627B (zh) 一种基于十项误差模型的矢量网络分析仪的自校准方法
CN107144806A (zh) 一种引入匹配修正的网络仪接收机校准方法
CN112698257B (zh) 矢量网络分析仪硬件指标对测量精度影响的分析方法
CN111983539A (zh) 在片s参数测量系统校准方法
CN107884626A (zh) 一种基于损耗因子的s参数自动化测量方法
CN107300682A (zh) 一种引入匹配修正的网络仪源功率校准方法
CN111983538B (zh) 在片s参数测量系统校准方法及装置
JP4124841B2 (ja) ネットワーク・アナライザ、高周波周波数特性測定装置および誤差要因測定方法
CN110174634B (zh) 一种负载牵引测量系统及测量方法
CN112564823A (zh) 一种基于自校准算法的多端口射频微波校准方法
Stumper Influence of TMSO calibration standards uncertainties on VNA S-parameter measurements
CN113296039B (zh) 一种确定组合体校准因子的方法
Ridler A review of existing national measurement standards for RF and microwave impedance parameters in the UK
CN110806555B (zh) 一种提升通过式功率计反射参数测量能力的方法
CN109254217B (zh) 一种单侧夹具的s参数提取方法
JP3017367B2 (ja) マルチポート回路のｓパラメータ測定方法
Sheng et al. A measurement method for electromagnetic parameters of flexible materials in low frequency band
Kang et al. Determining noise temperature of a noise source using calibrated noise sources and an RF attenuator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant