衰減測(cè)量結(jié)果測(cè)量不確定度的評(píng)定

衰減是無(wú)線電計(jì)量的基本參量之一,它表征了無(wú)線電信號(hào)的幅度在傳輸過(guò)程中減弱的程度。測(cè)量不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性,與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。本文所作不確定度分析評(píng)定是依據(jù)jjf1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》,并結(jié)合我單位實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況開展的。詳細(xì)分析了用rohde &schwarz公司的測(cè)量接收機(jī)fsmr26對(duì)衰減器衰減量測(cè)量時(shí)不確定度的各個(gè)因素與來(lái)源。

1 概述

1·1 測(cè)量依據(jù)

jjg 387-2005《同軸電阻式衰減器檢定規(guī)程》。

1·2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)量接收機(jī)fsmr26。

1·3 被測(cè)對(duì)象

(0~110)db的可變衰減器。

1·4 環(huán)境條件

溫度(23±5)℃;相對(duì)濕度≤80%。

1·5 測(cè)量方法

按圖1連接儀器,將信號(hào)發(fā)生器與測(cè)量接收機(jī)接至相同的頻率標(biāo)準(zhǔn)。將信號(hào)發(fā)生器的輸出端口接至固定衰減器,此處的固定衰減器是為了改善信號(hào)發(fā)生器和測(cè)量接收機(jī)的輸出駐波比,以減少失配影響。待測(cè)量接收機(jī)的讀數(shù)穩(wěn)定后,將測(cè)量接收機(jī)的電平值設(shè)置成相對(duì)電平的參考值,依次改變衰減器的衰減量,直接讀出測(cè)量接收機(jī)的相對(duì)電平值即是衰減量。

2 衰減量測(cè)量不確定度的評(píng)定

2·1 數(shù)學(xué)模型

式中,ax—衰減器輸出衰減量值;ax—測(cè)量接收機(jī)測(cè)出的衰減量值;δar—端口失配損耗引入的修正值;δaml—測(cè)量接收機(jī)相對(duì)電平測(cè)量線性引入的修正值;δarr—量程改變引入的修正值;δar—測(cè)量分辨力引入的修正值;δas—信號(hào)發(fā)生器電平穩(wěn)定性引入的修正值;δan—測(cè)量接收機(jī)讀數(shù)的重復(fù)性引起的相對(duì)示值誤差的修正值。

2·2 不確定度分量

由于測(cè)量接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍比較大,所以衰減量測(cè)量點(diǎn)為0db時(shí),不確定度最小;測(cè)量點(diǎn)為110db時(shí),不確定度最大。

(1)端口失配損耗δar

固定衰減器(10db)的電壓駐波比為1·05,信號(hào)發(fā)生器的電壓駐波比為1·5,則等效信號(hào)發(fā)生器的反射系數(shù)模值為|γg|0·048(即電壓駐波比為1·1),測(cè)量接收機(jī)fsmr26射頻輸入端口的電壓駐波比為1·5,則等效測(cè)量接收機(jī)的反射系數(shù)模值|γm|為0·048(即電壓駐波比為1·1),被檢可變衰減器的反射系數(shù)模值|γa|為0·09(即電壓駐波比為1·2),被檢可變衰減器的衰減量變化時(shí),其兩端電壓駐波比變化不大。所以s′11=s′11=s′22=s′22=0·09,零刻度時(shí)的起始衰減量為0db,被測(cè)刻度時(shí)衰減量最大為110db,所以s′12=s′21=1,s′12=s′21=3·2×10-6,其中s′和s′分別表示可變衰減器刻度第一次和第二次放置時(shí)的s參數(shù)。|γ′1|和|γ′1|分別表示可變衰減器刻度第一次和第二次放置時(shí)的從被檢衰減器輸入端向測(cè)量接收機(jī)看的反射因子。

按失配誤差公式估計(jì)失配誤差極限:

因此,按反正弦分布估算,包含因子2,則由于失配引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δa′r)=0·020/2=0·014db

(2)測(cè)量接收機(jī)相對(duì)電平測(cè)量線性δaml測(cè)量接收機(jī)相對(duì)電平測(cè)量線性引入的誤差為(0·01~0·065)db,屬于均勻分布,引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

(3)量程改變?chǔ)腶rr

量程改變引入的誤差為(0·005~0·015)db,屬于均勻分布,引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

(4)測(cè)量分辨力δar

測(cè)量分辨力引入的誤差為0·001db,屬于均勻分布,引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(δar)=0·001/ 3=0·00058db

(5)信號(hào)發(fā)生器電平穩(wěn)定性δas

信號(hào)發(fā)生器電平穩(wěn)定性引入的誤差為0·02db,屬于均勻分布,則引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

(6)重復(fù)性δan

本標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法采用直接法,重復(fù)性屬于a類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置在正常工作條件下,進(jìn)行重復(fù)性的測(cè)量,被檢對(duì)象為可變衰減器的衰減量。分別對(duì)其1ghz、10db和18ghz、100db衰減量進(jìn)行六次測(cè)量,每次測(cè)量均重復(fù)校準(zhǔn),實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表1:

2·3 測(cè)量不確定度來(lái)源匯總表(見(jiàn)表2)

2·4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

在測(cè)量接收機(jī)測(cè)量衰減的過(guò)程中沒(méi)有任何輸入量具有值得考慮的相關(guān)性。

2·5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2,于是擴(kuò)展不確定度

3 結(jié)論

從上面的分析可以看出不確定度分量端口失配損耗在擴(kuò)展不確定度中起重要作用,是衰減測(cè)量中不可忽視的一項(xiàng)不確定度來(lái)源,特別是在衰減量值傳遞過(guò)程中經(jīng)常由于端口失配使得測(cè)量不確定度大大增加,所以在檢定衰減器時(shí)必須同時(shí)測(cè)量其電壓駐波比,以便計(jì)算端口失配損耗不確定度。總而言之,我們需要盡可能設(shè)法減少測(cè)量系統(tǒng)的各種誤差,滿足計(jì)量測(cè)試的要求。