校准信号发生器的频率和幅度是确保测试结果准确性的关键步骤，通常需要借助专业仪器（如频率计、功率计、示波器等）和标准参考源（如铷原子钟、标准衰减器）。以下是详细的校准流程、工具选择及注意事项：
一、频率校准
1. 目标
确保信号发生器输出的频率与设定值一致，误差在设备规格范围内（如±0.5ppm）。
2. 所需工具
- 频率计（如Keysight 53230A）：分辨率≥6位，测量范围覆盖待校频率。
- 外部参考源（如铷原子钟或GPS驯服频率源）：提供高稳定度参考（如10MHz，年稳定度≤1e-11）。
- 同轴电缆（如SMA-SMA连接线）：低损耗，长度≤1m。
3. 校准步骤
- 连接设备：
- 将信号发生器的10MHz参考输出（REF OUT）通过同轴电缆连接至频率计的外部参考输入（EXT REF IN）。
- 将信号发生器的射频输出（RF OUT）连接至频率计的信号输入（RF IN）。
- 设置参考源：
- 在信号发生器菜单中选择外部参考模式（如
SYST:REF:SOUR EXT），锁定至外部参考源。 - 观察频率计是否显示稳定的10MHz参考信号（如波动≤1e-9）。
- 测量频率误差：
误差=设定频率实际频率−设定频率×106(ppm)
示例：误差 = (1.000001GHz - 1GHz)/1GHz × 10⁶ = **1 ppm**。
4. 调整校准参数（需厂商授权）：
- 通过SCPI命令或面板菜单进入频率校准模式（如
CAL:FREQ）。 - 输入修正值（如减少1 ppm），保存校准数据（如
CAL:SAVE）。
- 验证校准结果：
- 重复测量不同频率点（如10MHz、100MHz、1GHz、10GHz），确保误差≤设备规格。
4. 注意事项
- 温度影响：校准环境温度需稳定（如23℃±1℃），避免热漂移导致误差。
- 参考源稳定性：若使用内部参考，需提前预热30分钟以上（如晶振温度稳定后）。
- 频率范围：高频信号（如>20GHz）需使用微波频率计或混频器下变频后测量。
二、幅度校准
1. 目标
确保信号发生器输出的幅度与设定值一致，误差在设备规格范围内（如±0.5dB）。
2. 所需工具
- 功率计（如Keysight N1913A）：动态范围≥-70dBm至+20dBm，匹配待测频率。
- 标准衰减器（如0dB、10dB、20dB）：精度≤±0.1dB，用于扩展功率计量程。
- 同轴负载（如50Ω）：匹配信号发生器输出阻抗，防止反射。
3. 校准步骤
- 连接设备：
- 将信号发生器的射频输出通过同轴电缆连接至功率计的传感器输入。
- 在功率计前串联标准衰减器（如测试+20dBm信号时，先用20dB衰减器降至0dBm）。
- 设置功率计：
- 选择与信号频率匹配的校准系数（如1GHz对应系数为1.02）。
- 设置功率计单位为dBm（对数单位）或Vrms（线性单位）。
- 测量幅度误差：
误差=实际幅度−设定幅度(dBm 或 Vrms)
示例：误差 = 0.2dBm - 0dBm = **+0.2dB**。
4. 调整校准参数（需厂商授权）：
- 进入幅度校准模式（如
CAL:AMPL）。 - 输入修正值（如减少0.2dB），保存校准数据。
- 验证校准结果：
- 重复测量不同幅度点（如-60dBm、-20dBm、0dBm、+10dBm），确保误差≤±0.5dB。
4. 注意事项
- 阻抗匹配：确保功率计输入阻抗为50Ω，避免反射导致测量误差。
- 线性度检查：测试小信号（如-60dBm）时，需确认功率计本底噪声（如<-70dBm）不影响结果。
- 幅度范围：高频信号（如>40GHz）需使用微波功率计或波导探头。
三、自动化校准（可选）
1. 工具
- 厂商校准软件（如Keysight Connection Expert、Rohde & Schwarz Calibration Suite）：支持自动化校准流程。
- GPIB/USB/LAN接口：用于设备与PC通信。
2. 步骤
- 连接信号发生器至PC，启动校准软件。
- 选择频率校准和幅度校准任务，设置参考源参数（如10MHz外部参考）。
- 软件自动控制信号发生器输出测试点（如1MHz、10MHz、1GHz），并读取频率计/功率计数据。
- 生成校准报告，包含误差曲线和修正建议。
- 确认并应用校准数据（需管理员权限）。
四、校准周期与记录
- 校准周期：
- 实验室级设备：每12个月校准一次。
- 生产线设备：每6个月或根据使用强度调整。
- 校准记录：
- 记录校准日期、环境条件（温度、湿度）、参考源信息。
- 保存校准前后的误差数据（如表格或曲线图）。
- 附上校准证书（如ISO/IEC 17025认证实验室出具）。
五、常见问题与解决
1. 频率校准后误差仍超标
- 可能原因：
- 外部参考源不稳定（如铷原子钟未锁定GPS）。
- 信号发生器内部参考晶振老化（如使用>5年）。
- 解决：
- 检查参考源状态指示灯（如GPS锁定灯是否亮）。
- 更换内部晶振或返厂维修。
2. 幅度校准后线性度差
- 可能原因：
- 功率计传感器损坏（如长期暴露于高功率导致饱和）。
- 信号发生器输出级放大器非线性（如接近饱和区）。
- 解决：
- 更换功率计传感器或重新校准传感器。
- 降低输出幅度至线性区（如≤+10dBm）。
六、校准流程总结表
| 步骤 | 频率校准 | 幅度校准 |
|---|
| 工具 | 频率计、外部参考源 | 功率计、标准衰减器 |
| 连接 | REF OUT→EXT REF IN, RF OUT→RF IN | RF OUT→功率计传感器（串联衰减器） |
| 测量 | 记录频率误差（ppm） | 记录幅度误差（dBm） |
| 调整 | 修正频率校准参数 | 修正幅度校准参数 |
| 验证 | 测试多频率点 | 测试多幅度点 |
通过系统化的校准流程和严格的环境控制，可确保信号发生器的频率和幅度精度符合测试要求，为雷达、通信、电子测量等领域提供可靠信号源。
