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1系统组建、校准原理和方法
微波功率校准的主要任务是建立功率标准，进行功率量值的传递和保证其量值准确一致。目前最常用的功率量值传递方法有交替比较法、传递标准法和六端口法。其中，传递标准法是目前广泛使用的一种微波功率量值传递方法，采用传递标准法可以确保功率量值传递的准确度，因此本文利用传递标准法建立0．05～26．5GHz频段的测量标准，其测量标准组成及其测试框图如图1所示。 系统采用一个三端口器件、标准功率座及标准功率指示器构成传递标准；由于功分器的工作频率范围(0．05～26．5GHz)相对于定向耦合器宽且易于实现，以及便于实现完全的自动化校准测试，故采用对称性良好的功分器作为三端口器件。传递标准中没有外接PIN电调衰减器，而是将由功率计探头检测出的电压送到信号发生器，并与信号发生器内部的参考电压比较，从而建立稳幅环路，获得了反射系数小的等效信号源。该传递标准由高一级的功率标准定标，确定出校准因子Kc，然后用于校准被检功率敏感器。 该校准系统主要由信号发生器、功分器、标准功率座(功率敏感器)和标准功率指示器以及计算机等组成。当功分器的测试端口接入被校的功率敏感器时，入射到被校功率计的微波功率为： 式中：Pu为被校功率敏感器的替代功率，即功率指示器的读数，单位为mW；Pe为标准功率座的替代功率，即标准功率指示器的读数，单位为mW；Γge，Γu分别为等效信号源以及被校功率敏感器的反射系数。 实际校准时，由于反射系数项|1-ΓgeΓu|2中的反射系数相位无法确定，根据该项所引入的误差限相位组合最坏情况分析，可将该项近似分析为1；该项将在不确定度分析时给予考虑。于是，可以简化为： |
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2软件设计与实现
本文的微波功率自动校准系统采用VisualBasic6．0软件平台进行设计开发，通过IEEE488接口对各个设备进行控制。在软件的设计中，采用了自顶向下的树形结构，并且引入模块化的设计思想。 根据传递标准法微波功率传递系统的手动校准步骤和经验，在开发平台VisualBasic6．0上按流程图2编制完成了功率传递系统的自动校准测试程序，通过预先设置好初始参数(如：起始测试频率、结束测试频率、被检功率座型号和序号等)，系统在计算机的控制下，运行功率计、校准测试、数据采集、数据处理、存盘打印等子程序，实现全频段的自动测试。程序运行过程如程序流程图2所示。 该程序经调试和运行，已实现了微波功率计校准的自动化。其主界面的结构如图3所示。控制程序的各个功能模块具有很强的内聚性，模块之间的相互通信由主程序来统一调度，人机界面十分友好，在测试的过程中还有相应的提示。 经过与原来的手动校准相比较，该自动校准系统具有自动化程度高、校准效率高、操作简易的三大优势。 |
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3系统的测量不确定度分析
采用传递标准法，计算被校功率敏感器校准因子的测量不确定度主要来源有： (1)标准功率座校准因子Kc不确定度引入的相对标准不确定度分量u1。 该功率传递标准经高一级功率标准定标后，给出的允许误差项误差极限为：±3％～±4％，设为均匀分布 (2)标准功率座的替代功率测量不准引入的标准不确定度分量u2。 该替代功率由标准功率指示器测量的，其功率指示器的允许误差项误差极限为：±0．1％，设为均匀分布 (3)被校功率计替代功率测量不准引入的标准不确定度分量u3。 该替代功率由被校功率计功率指示器测量的，其功率指示器的允许误差项误差极限为：±0．5％，设为均匀分布 (4)失配引入的测量标准不确定度分量u4。 由失配引入的测量相对扩展不确定度U(M)=2|ΓgeΓu|，按B类不确定度评定，M的可能值服从反正弦分布，包含因子 (5)各种随机影响引入的标准不确定度分量u5。 由环境条件不理想、接头连接不重复性等各种随机因素，引入了测量标准不确定度分量，其通常采用实验标准偏差来表征，用A类不确定度评定方法进行评定，因此该项标准不确定度分量为： 由以上合成为： 因此，该校准系统传递标准校准因子的扩展不确定度为： U=kuc=2uc=3．8％～5．2％ 满足了计量传递标准的要求。 |
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4结语
微波功率自动校准系统改变了传统的手工校准功率计的手段，显著地提高了校准工作的效率，系统性能稳定，操作方便，保证了测量不确定度，满足了计量传递的要求，实现了微波功率计校准过程的自动化和一定程度的智能化。 |
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