Jste zde

Státní etalon vysokofrekvenčního výkonu

Název etalonu: Státní etalon vf výkonu

Kódové označení: ECM 240-1/01-016

Rok vyhlášení: 2001

Pracoviště: odd. 1013 ČMI OI Praha

Garant: Ing. Karel Dražil, Ing. František Hejsek (2001 – 2008)

Počet zajišťovaných CMC řádků: 7

Základní metrologické parametry státního etalonu jsou:

Kmitočtový rozsah1 MHz  -  40 GHz
Rozsah výkonů(1  -  10) mW
Kalibrační faktor0,6  -  1,2
Nejistota navázání (k = 2)0,0012  -  0,022

V oblasti radiových a mikrovlnných kmitočtů je měření „klasických“ elektrických veličin (napětí, proud) značně problematické, zatímco vf výkon je veličinou velmi dobře měřitelnou. Užití této veličiny je výhodné i z hlediska zajištění metrologické návaznosti, protože je zde možno užít kalorimetrických metod, kde se srovnávají tepelné účinky vysokofrekvenčního a stejnosměrného proudu. Měření výkonu má rovněž velký význam v technické praxi, například v komunikačních systémech.

V sestavě státního etalonu jsou základním prvkem wattmetry s čidly pracujícími na principu přeměny elektrické energie na teplo. Základem pro zajištění metrologické návaznosti jsou kalorimetrické metody. Laboratoř ČMI neprovozuje z ekonomických důvodů žádný typ kalorimetru a etalonová čidla jsou periodicky kalibrována (jejich kmitočtová závislost efektivní účinnosti, resp. kalibračního faktoru) v zahraničních metrologických institutech. Jedná se o kalorimetrické čidlo s konektorem typu N, termistorová čidla s konektory typu N a vlnovody R220, R320 a termočlánkové čidlo s konektorem 3,5 mm.

Kalibrační faktor Kf  výkonového čidla je definován vztahem

Kde značí:

Psub.

...........…

substituční výkon, který způsobí stejnou výchylku wattmetru jako vf výkon,

Pi

.......….....

výkon postupné vlny dopadající na čidlo.

U čidel rozhodujících pro návaznost státního etalonu je substituční výkon Psub realizován stejnosměrným proudem s návazností na státní etalony „klasických“ elektrických veličin. Termistorová čidla jsou navazována v zahraničí v mikrokalorimetru, který je primárním etalonem a zjišťuje se v něm efektivní účinnost čidel hef. Ta je svázána s kalibrační faktorem Kf  následujícím vztahem

kde r je modul činitele odrazu čidla.

Součástí etalonu jsou dále voltmetry, signální generátory, úrovňovací trojbrany (odporové děliče výkonu a směrové odbočnice), zeslabovače a úrovňovací wattmetry. Měření jsou prováděna automatizovaně s použitím řídicího programu. Při kalibraci etalonů nižšího řádu a pracovních měřidel se používá metoda přímého porovnání etalonového a kalibrovaného čidla při užití odporového děliče výkonu nebo směrové odbočnice. Základními měřenými veličinami je vf výkon a bezrozměrný kalibrační faktor. Z měření poměru výkonů se odvozuje zeslabení (útlum). V oboru vysokých kmitočtů se z měření výkonu odvozuje také napětí, popř. proud ve vf vedení. Napětí U v impedančně přizpůsobeném vedení o charakteristické impedanci Z0 (nejčastěji 50 Ω) lze vypočítat z výkonu P podle vztahu

Součástí kalibrace výkonových čidel je i měření činitele odrazu, jehož znalost je důležitá při vyhodnocování nejistot. Činitel odrazu je měřen vektorovým analyzátorem obvodů, takže je možno provádět i korekce systematických chyb způsobených impedančním nepřizpůsobením.

Etalon se úspěšně účastnil klíčového porovnání pod KCDB. Bylo též realizováno dvoustranné porovnání (DUNAMET D-8).

Obrázková galerie: