本文介紹的“自動平衡的射頻小電壓標準”成功地應用于766廠研制的DO-29型校正接收機中，也可直接用來校準射頻電壓表及其它無線電設備。

該標準使用了經(jīng)過改進的鎮(zhèn)流電阻座，充分發(fā)揮了測量射頻小電壓的優(yōu)點；使用了電調衰減器，實現(xiàn)了電橋的自動平衡。因此其技術指標達到了國內先進水平，具有精度高、性能穩(wěn)定、使用方便、體積、成本低等優(yōu)點。其主要指標如下：

頻率范圍：100～1000MHz（DO—29機只要求470～1000MHz）
標準電壓：300mV
工作誤差：2%
使用條件：+5℃～+35℃

一、工作原理

1、鎮(zhèn)流電阻座

鎮(zhèn)流電阻片的結構如圖1所示，它是由兩根細而短（直徑1.8～2μm,長2mm）的鉑金絲粘結在一個被銀的云母片上，其剖面部分是被銀的電極，每節(jié)鉑金絲的直流電阻約為140Ω，記為RT1、RT2。該鎮(zhèn)流電阻片裝在一個同軸系統(tǒng)的結構中，如圖2所示，稱之為鎮(zhèn)流電阻座。對于鎮(zhèn)流電阻RT1、RT2來說，它是垂直置于TEM型場的同軸線中，而且較薄，因此我們認為TEM型波在此結構中傳輸未受干擾。其中隔直流電容使得鎮(zhèn)流電阻上的直流不與射頻標準電壓一道輸出。此電容足夠大（6800pf)，故不會使得射頻標準電壓產(chǎn)生誤差。由于結構關系，鎮(zhèn)流電阻片所在的截面（稱之為標準面）與比較面（即實際使用的標準電壓面）有3mm的距離，這將使射頻標準電壓產(chǎn)生誤差。當然在DO-29型校正接收機中可以在輸入開關端加長3mm來修正，但作為一個單獨的射頻小電壓標準來說，確是一個系統(tǒng)誤差。

我們在使用鎮(zhèn)流電阻時，將RT1、RT2并聯(lián)應用。這樣，鎮(zhèn)流電阻的一端可以接地，結構簡單，電氣連接方便，避免了電氣懸地時易燒壞的缺點，而且可以承接較大的電流。雖然鎮(zhèn)流電阻的靈敏度有所下降，但我們使用的電橋及平衡指示電路的靈敏度很高，故對本電壓標準精度無影響。

構成鎮(zhèn)流電阻之鉑金絲的電阻具有正溫度系數(shù)。圖3中RT、R2、R3、R4構成一個電橋，當電橋上只加有直流電壓E1而沒有射頻電壓時，調整R4使電橋平衡，則鎮(zhèn)流電阻RT上吸收的電壓功率為 （其中RT=RT1//RT2）。

再改變R1，使鎮(zhèn)流電阻上的直流電壓下降到E2，同時接通射頻振蕩器，調節(jié)R5以控制加在鎮(zhèn)流電阻上的射頻電壓，使電橋第二次平衡。那么我們認為，第一次平衡時鎮(zhèn)流電阻上的直流功率和射頻功率之和，即有如下關系：

　          (1)

其中：

E1為第一次平衡時鎮(zhèn)流電阻上所加的直流電壓。

E2為第二次平衡時鎮(zhèn)流電阻上所加的直流電壓。

Erf為第二次平衡時鎮(zhèn)流電阻上所加的射頻電壓。

由式（1）可得:

       (2)

由式（2）可以看出：如果我們要獲得一個預定的射頻標準電壓，則可以先在電橋上設定一個已知的足夠大的直流電壓E1（這個直流電壓應大于所需的射頻標準電壓之值），然后根據(jù)所需射頻標準電壓，利用式（2）算出 E2之值，按上述原理第二次平衡時的射頻電壓就是利用這個關系，取E1=0.7070V，E2=0.6402V，剛輸出的射頻標準電壓。本小電壓標準就是利用這個關系，取E1=0.7070V，E2=0.6402V，則輸出的射頻標準電壓Erf=300mV。

為了獲得一個精度高的射頻標準電壓，如果電橋的靈敏度相當高的話，只要將兩次直流電壓E1、E2精確地測試就可以了。這就是鎮(zhèn)流電阻能給出射頻標準電壓的基礎。

2、電路簡介

射頻小電壓標準電原理簡圖如圖4所示。它是由電橋、平衡指示及控制電路、射頻振蕩器、電調衰減器和鎮(zhèn)流電組座組成。射頻振蕩器應在全頻段內輸出功率大于25mW，波動不大于6dB，諧波小于26dB，頻率范圍100～1000MHz（實際頻率上限還可提高），在此條件下對射頻信號幾乎不產(chǎn)生失真，為自動平衡控制提供了條件。鎮(zhèn)流電組電橋的原理與前節(jié)所述大致相同。

如圖4所示，鎮(zhèn)流電組座之RT通過電調衰減器與R3、R4、R5組成電橋，電壓表CB1指示鎮(zhèn)流電組上的直流電壓（即前述的E1、E2之值）。第二次平衡時鎮(zhèn)流電組上有射頻電壓，它通過電調衰減器中的L2、C5、C6構成的低通道濾波器，電橋的其余各臂不會再有射頻電壓。平衡指示電路接在電橋的對角線上，CB2平衡電表指示電橋是否平衡。當直流電壓+E接通，開關放在DC時，則直流電壓通過R1進入電橋。調節(jié)R1和R5就可以使電壓表上指示0.7070V，且電橋平衡，此時鎮(zhèn)流電組上的電壓E1=0.7070V。然后將開關放在AC檔，此時將接在電橋A點的電阻R2接地，這顯然降低了A點的阻抗，因此A點電壓下降，如果調節(jié)其阻值恰當?shù)脑挘憧墒规?zhèn)流電阻上的直流電壓為0.6402V。與此同時，射頻振蕩器的電壓加到了電調衰減器，并經(jīng)過電調衰減器加到了鎮(zhèn)流電阻上。可以設想，如果適當?shù)卣{整電調衰減器的衰減量，可以使得電橋達到第二次平衡。那么，鎮(zhèn)流電阻上的射頻電壓即為我們所需的射頻標準電壓300mV。平衡指示及控制電路就是完成自動控制電調衰減器，使電橋第二次平衡的電路，電調衰減器的衰減曲線如圖5所示。當電橋處在第二次平衡時，圖4中B點的輸出電壓為-Vμο，電調衰減器的衰減量為Bο，射頻標準電壓為300mV。當鎮(zhèn)流電阻上的射頻電壓不為300mV時，則電橋不平衡。設射頻電壓高了，則鎮(zhèn)流電阻吸收的功率多，電阻較平衡時大，電橋平衡被破壞，平衡表CB2指針將會偏轉，同時E在B點上增加一個ΔE電壓，即-VB+=-VBO+ΔE，那么電調衰減器的衰減量增大，降低了鎮(zhèn)流電阻上的射頻電壓，直至此射頻電壓為標準的300mV。同理，如果射頻標準電壓較300mV低，也可以通過平衡指標及控制電路來實現(xiàn)自動平衡。顯然，所構成的自動控制環(huán)路應有足夠的電調范圍和較快的響應速度（或時間）。

二、誤差分析

一個電壓標準的誤差不僅與標準的誤差有關，而且與它所構成的測試系統(tǒng)及操作有關。現(xiàn)將本小電壓標準的誤差作簡要的分析。

1、鎮(zhèn)流電阻引起的頻響誤差

1）由于鎮(zhèn)流電阻的電感引起的頻響誤差δf

從圖1中可以看出，鎮(zhèn)流電阻是由兩根短而細的鉑金絲構成，在射頻應等效為純電阻和電感的串聯(lián)。這樣一來，鎮(zhèn)流電阻的阻抗隨頻率而變化，使本小電壓標準將產(chǎn)生頻響誤差。當f=500MHz時δf=0.22%，當f=1000MHz時δf=0.85%。

2）由于趨膚效應引起的誤差

計算表明，此項誤差可予忽視。

2、傳輸效應誤差

鎮(zhèn)流電阻座的標準面與比較面有3mm距離，比較面上的電壓不是標準面上的標準電壓，由此引起的誤差稱為傳輸效應誤差δ傳。當f=1000MHz時，3mm距離引起的誤差δ傳≈0.2%。

3、由于直流電壓E1、E2測量不準引起的誤差

從式（2）得知     ，照傳統(tǒng)方式，E1、E2的誤差方向是不定的，由此引起的誤差應為δE。一般來講，δE為直流電壓誤差的2倍，但在該小電壓標準中，采用了自動平衡及控制電路，該項誤差要小得多。引起直流電壓不準的原因主要有：

1）測試過程中，操作者在校正直流電壓時產(chǎn)生的直流電壓誤差。本小電壓標準不大于0.2%。

2）在整個使用溫度范圍內（+5℃～+35℃)直流電表指示誤差小于±0.2%。

3）接線直流電阻引起的誤差為0.228%。

上述三項誤差引起的直流電壓精度約為0.63%，故δE=0.425%。

4、鎮(zhèn)流電阻分辨率引起的誤差

該項誤差遠小于0.1%，可以忽略。

5、射頻失真引起的誤差

當射頻電壓的波形失真時，則鎮(zhèn)流電阻在工作過程中受到所需的標準電壓（即基波）和諧波的“加熱”，而送出的標準電壓是預定的射頻頻率電壓，即為校正電壓，這樣一來由于諧波作用便產(chǎn)生誤差，其值約為0.1%。

6、由于信號泄漏引起的誤差

在本小電壓標準中，采用了較為嚴密的防漏措施，隔離度大于80dB，故此項誤差可以忽略。

7、電源穩(wěn)定性引起的誤差

本電壓標準要求電源穩(wěn)定性為0.01%，由此而引起的誤差可以忽略。

8、自動平衡及控制電路波紋引起的誤差

由于自動平衡及控制電路在控制過程中總有一個動態(tài)過程，再則電橋和平衡及控制電路的靈敏度都很高，易受到干擾，因此在電調衰減器的控制端（即圖4中的B點）除了控制衰減的直流外還疊加了一個波紋電壓，我們將它控制在遠小于1mV，故所引起的誤差可以忽略。

以上是本小電壓標準的誤差主要來源。就其誤差性質來說，分隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩種，有的誤差是完全可以修正的。我們采用了各項誤差絕對值相加的方法，則得1.575%，考慮到大量生產(chǎn)、使用的可靠性和測試（比對）的可能性，故確定本小電壓標準精度為2%，由此可見富裕量較大。

三、比對結果

為了驗證本標準的精度，我們曾多次用薄膜電阻座進行過比對。我們認為，要獲得一個高精度的射頻電壓標準，電壓標準本身的精度要足夠高是不言而喻的，然而用來作為比對的射頻電壓標準的精度，過渡指示器的精度、整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性是非常重要的。

現(xiàn)將78年7月在北京郵電科學研究院計量室用GDB-1直流替代的薄膜電阻座的電壓校準裝置進行比對的結果列于下表。

四、結束語

我們認為，本小電壓標準已達到預定要求，具有精度高、體積小、成本低、性能穩(wěn)定、使用方便等特點。與國內同類型的射頻小電壓標準比，達到了先進水平。

本小電壓標準不僅可用作DO-29校準接收機的電壓標準，而且可以直接校準各種電子測量儀器、設備的射頻電壓。特別是用來校準電壓表，比過去任何校準電壓表的裝置都方便，速度特快，幾分鐘即可完成。為適應當前無線電技術迅速發(fā)展的需要，我們準備在此基礎上，擴展上下頻段使用范圍，在穩(wěn)定可靠的基礎上提高標準的精度，給出不同量值的小電壓標準，作成“電壓表校正裝置”，以解決當前迫切需要的電壓表及其它無線電儀器、設備的射頻小電壓計量問題。

最后，這一研制工作是在DO-29校準接收機研制小組全體同志的大力配合，幫助下完成的。曾獲得中國計量科學研究院無線電室、郵電科學研究院計量室、二機部九院十所、七一O廠和本廠計量室的大力支持和幫助，在此表示感謝。

作者：林春勛 向天明