关于单端口SOL机械校准件的探讨

作为社区产品,选择机械校准件是明智的:它能够达到一般的精度要求,成本也不算太高,并且可以由我们出图,委托接插件厂加以制造。

目前KC901S支持SOL矢量校准和T标量校准,T校准可以由用户在测试现场采用适当的直通件完成,我们需要考虑提供SOL校准的标准件,即短路、开路、匹配负载标准件。

由于频率只到3G/6G,只需要采用一支匹配负载。按照准确测量到1.10的驻波的要求,负载标准件的指标选35dB就够了,当然,越高越好。按这个要求,我们买回了世界知名厂商的通用负载进行筛选,发现HS公司的一款通用负载有超过50%的比例能够满足要求,在2G以下频率甚至远远高于要求。我们也买了许多国产号称校准用的负载进行测试,均达不到HS的这款通用负载的水平。

对于更高频率(6GHz以上),用单个负载很难达到35dB以上的回波损耗。在机械校准中,通常的办法是使用滑动负载,随着负载的滑动,在阻抗圆图上会画出一个很小的圆圈。求取这个圆圈的中点,可以认为该点是理想的无穷大回损,从而以此为标准来修正仪器。

关于开短路器,有两种基本的类型:普通开短路器和偏置开短路器。

对于短路器来说,指标很容易控制,是否偏置不会有多大的差别。

开路器的终端电容对性能有一定影响。偏置开路器的终端电容是频率的函数,可以用一个自变量为频率的3阶带常数多项式来表示,从而自测量结果中扣除。而普通开路器由于将被校准端口的芯针视为终端,其终端电容就比较随机,不同的端口不一样,难以预测和扣除。比如,开槽芯就和无槽芯不同,六瓣的和四瓣的不一样。所以,普通开路器的误差要大一些。

但是还要考虑两个问题。首先,普通开短路器的制造工艺简单,而偏置开短路器的制造工艺复杂,电长度补偿也是比较麻烦的。其次,即使制造了偏置开路器,其电长度、补偿多项式如何求取也是一个问题,如果不能低成本的准确控制(每只都要测量,拟合,编号登记,附加成本很高),有多大意义就要打个问号。

经过综合权衡,我们认为采用普通开短路器比较合适,其指标能够达到3GHz/6GHz以下天馈线分析的要求,成本适中。

借鉴A记的经验,经济型校准套件85032B/E采用普通开短路器,在3GHz以内相位不确定度能控制在1.5-1.8度。标准套件85054、85032F采用偏置开短路器,其指标只略高一点。事实上对于天馈分析,校准件本身的误差贡献相当有限,别说1.8度,能做到10度以内就皆大欢喜了。

两种类型的套件国内都有仿造,普通开短路器的仿品成本很低。下图是一个国产开路器,仿造的是85032B。

国内也仿造了85032F、85054B的偏置开短路器,下图是一支进口的偏置短路器

检验校准件机械精度的仪器是界面规。下图是用界面规校准量器。

然后可以检测国仿偏置开短路器的机械精度。看起来,还不错。

这一支要差一点。该偏置开短路器的镀金层厚度低于0.02μm,使用几次以后就会露出基层。

国仿的普通短路器马马虎虎。因为这东西做工很糟,我只买了一个,如果多买几个的话,想必每一个都不一样。

我们打算把开短路器做在一起,做成一字型标准件,方便携带(类似85032E,图纸自己画)。按照国内能够达到的最好工艺水平加以要求,品质可以远超过山寨85032B。

KC901S要修正标准件的电长度,如果采用普通标准件,都填5.26,在1G以下没有可以察觉的影响,1G以上的影响同仪器本身的不确定度在同一数量级。对于工程和一般匹配调测用途是足够的。

经过设计、试制,2015年6月初定型了KC951011型N型开短路器。该标准器核心采用整块不锈钢加工而成,界面连续、精确,没有国产校准件常见的压接缝隙,指标优良。经表面处理,耐磨性好,寿命长。

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原则上,用什么接口连接待测器件,就要用什么样的校准件。常见的标准器还有N型阴性、SMA-m/f,大型天线工程中可能还会用到L29型连接器。由于M型连接器只适合500MHz以下低端应用,通常没有厂商为其制作标准件。科创仪表局目前暂未研制其它型号的标准器,将来如果用户需求量较大,会考虑研制N阴、SMA或L29标准器。

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