信号发生器的校准是确保其输出信号（频率、幅度、相位等参数）符合技术规格的关键过程，通常涉及专业设备和严格的操作步骤。以下是信号发生器校准的通用操作流程，涵盖前期准备、核心校准步骤及后期验证，适用于低频至射频范围的通用型信号发生器：

一、校准前准备

1. 环境检查
   • 温度与湿度：确保校准环境温度稳定（如23℃±5℃），湿度≤70%RH，避免温度漂移影响测量结果。
   • 电磁干扰：远离强电磁场源（如大功率电机、无线电发射设备），使用屏蔽箱或电波暗室进行高频校准。
   • 电源稳定性：使用稳压电源（如Keysight 66319D），电压波动≤±1%，避免电源噪声引入误差。
2. 设备与工具准备
   • 标准仪器：
     • 频率标准：高精度频率计数器（如Keysight 53230A，分辨率0.1Hz）或原子钟（如GPS驯服铷钟）。
     • 幅度标准：功率计（如R&S NRX，动态范围-70dBm至+20dBm）或高精度数字万用表（如Fluke 8508A，电压精度±0.002%）。
     • 相位标准：相位噪声测试仪（如R&S FSWP，相位噪声≤-150dBc/Hz）或矢量网络分析仪（VNA）。
   • 连接线缆：使用低损耗同轴电缆（如RG-402/U）或射频转接头（如N型至SMA型），确保阻抗匹配（50Ω）。
   • 校准软件：部分信号发生器（如Keysight N5183B）需通过软件（如Signal Studio）控制自动校准流程。
3. 被校设备检查
   • 外观检查：确认信号发生器无物理损坏（如接口松动、显示屏裂纹）。
   • 预热：接通电源后预热30分钟以上，使内部元件达到热稳定状态。
   • 自检：执行设备自检程序（如通过前面板菜单或软件指令），记录自检结果（如“PASS”或故障代码）。

二、核心校准步骤

1. 频率校准

• 操作步骤：

  1. 设置信号发生器输出参考频率（如1kHz、1MHz、1GHz），幅度设为0dBm（避免幅度影响频率测量）。

  2. 连接频率计数器至信号发生器输出端，设置计数器门限时间（如1s）以减少计数误差。

  3. 记录频率计数器读数，与信号发生器显示值对比，计算频率误差：

4. 若误差超过规格（如±0.01%），通过信号发生器校准菜单调整频率校准系数（如Keysight N5183B的“Freq Cal”选项）。
5. 重复步骤1-4，覆盖低频（如1kHz）、中频（如10MHz）、高频（如1GHz）关键频点。

• 注意事项：
  • 高频校准时需使用低损耗电缆，减少传输延迟引入的误差。
  • 射频信号发生器（如1GHz以上）需考虑频率牵引效应（Frequency Pulling），避免负载失配导致频率偏移。

2. 幅度校准

• 操作步骤：

  1. 设置信号发生器输出参考幅度（如-20dBm、0dBm、+10dBm），频率设为1kHz（低频）或1GHz（高频）。

  2. 连接功率计至信号发生器输出端，设置功率计量程（如-70dBm至+20dBm）。

  3. 记录功率计读数，与信号发生器显示值对比，计算幅度误差：

4. 若误差超过规格（如±0.5dB），通过信号发生器校准菜单调整幅度校准系数（如R&S SMA100B的“Level Cal”选项）。
5. 重复步骤1-4，覆盖关键幅度点（如最小输出、最大输出、中间值）。

• 注意事项：

  • 低频信号（如1kHz）需使用高精度数字万用表（如Fluke 8508A）测量电压幅度，再转换为dBm：

• 射频信号需考虑电缆损耗（如0.5dB/m），需在功率计读数中补偿。

3. 相位校准（可选）

• 操作步骤（适用于矢量信号发生器）：
  1. 设置信号发生器输出双音信号（如1GHz和1.001GHz），幅度设为0dBm。
  2. 连接相位噪声测试仪（如R&S FSWP）至信号发生器输出端，设置分析带宽（如10kHz）。
  3. 记录相位噪声曲线，与信号发生器规格书对比（如1GHz时相位噪声≤-110dBc/Hz@10kHz偏移）。
  4. 若相位噪声超标，需检查信号发生器内部锁相环（PLL）或参考振荡器（如OCXO）性能。
• 注意事项：
  • 相位校准通常需专业设备，普通信号发生器可能无需此步骤。
  • 射频信号发生器需考虑相位一致性（如多通道信号发生器各通道间相位差≤1°）。

三、校准后验证

1. 重复性测试

   • 对同一频点（如1MHz）和幅度（如0dBm）进行多次测量（如10次），计算标准偏差（σ）：

若σ超过规格（如0.01%），需重新校准。

2. 交叉验证

• 使用另一台标准仪器（如不同型号的功率计）验证校准结果，确保一致性。

3. 生成校准报告
   • 记录校准日期、环境条件、标准仪器信息、校准数据及结论（如“合格”或“需返修”）。
   • 部分信号发生器（如Keysight N5183B）可自动生成校准证书（如PDF格式）。

四、常见问题与解决

1. 校准后频率仍不准
   • 原因：参考振荡器老化或温度漂移。
   • 解决：更换高精度恒温晶体振荡器（OCXO）或使用外部参考（如10MHz GPS驯服信号）。
2. 幅度校准失败
   • 原因：输出端口损坏或校准系数存储错误。
   • 解决：检查输出连接器（如SMA头是否松动），重新写入校准系数（需通过专用软件）。
3. 高频信号失真
   • 原因：电缆损耗或负载失配（VSWR>1.5:1）。
   • 解决：使用低损耗电缆（如RG-402/U），并通过VNA优化匹配网络。

五、校准周期建议

• 低频信号发生器：1年/次（工业环境）或2年/次（实验室环境）。
• 高频/射频信号发生器：6个月/次（通信设备研发）或1年/次（通用测试）。
• 关键应用场景（如5G基站测试）：每3个月校准一次，或根据设备制造商推荐执行。