衰减测量结果测量不确定度的评定

衰减是无线电计量的基本参量之一,它表征了无线电信号的幅度在传输过程中减弱的程度。测量不确定度是表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。本文所作不确定度分析评定是依据jjf1059-1999《测量不确定度评定与表示》,并结合我单位实验室的实际情况开展的。详细分析了用rohde &schwarz公司的测量接收机fsmr26对衰减器衰减量测量时不确定度的各个因素与来源。

1 概述

1·1 测量依据

jjg 387-2005《同轴电阻式衰减器检定规程》。

1·2 测量标准

测量接收机fsmr26。

1·3 被测对象

(0~110)db的可变衰减器。

1·4 环境条件

温度(23±5)℃;相对湿度≤80%。

1·5 测量方法

按图1连接仪器,将信号发生器与测量接收机接至相同的频率标准。将信号发生器的输出端口接至固定衰减器,此处的固定衰减器是为了改善信号发生器和测量接收机的输出驻波比,以减少失配影响。待测量接收机的读数稳定后,将测量接收机的电平值设置成相对电平的参考值,依次改变衰减器的衰减量,直接读出测量接收机的相对电平值即是衰减量。

2 衰减量测量不确定度的评定

2·1 数学模型

式中,ax—衰减器输出衰减量值;ax—测量接收机测出的衰减量值;δar—端口失配损耗引入的修正值;δaml—测量接收机相对电平测量线性引入的修正值;δarr—量程改变引入的修正值;δar—测量分辨力引入的修正值;δas—信号发生器电平稳定性引入的修正值;δan—测量接收机读数的重复性引起的相对示值误差的修正值。

2·2 不确定度分量

由于测量接收机的动态范围比较大,所以衰减量测量点为0db时,不确定度最小;测量点为110db时,不确定度最大。

(1)端口失配损耗δar

固定衰减器(10db)的电压驻波比为1·05,信号发生器的电压驻波比为1·5,则等效信号发生器的反射系数模值为|γg|0·048(即电压驻波比为1·1),测量接收机fsmr26射频输入端口的电压驻波比为1·5,则等效测量接收机的反射系数模值|γm|为0·048(即电压驻波比为1·1),被检可变衰减器的反射系数模值|γa|为0·09(即电压驻波比为1·2),被检可变衰减器的衰减量变化时,其两端电压驻波比变化不大。所以s′11=s′11=s′22=s′22=0·09,零刻度时的起始衰减量为0db,被测刻度时衰减量最大为110db,所以s′12=s′21=1,s′12=s′21=3·2×10-6,其中s′和s′分别表示可变衰减器刻度第一次和第二次放置时的s参数。|γ′1|和|γ′1|分别表示可变衰减器刻度第一次和第二次放置时的从被检衰减器输入端向测量接收机看的反射因子。

按失配误差公式估计失配误差极限:

因此,按反正弦分布估算,包含因子2,则由于失配引起的标准不确定度u(δa′r)=0·020/2=0·014db

(2)测量接收机相对电平测量线性δaml测量接收机相对电平测量线性引入的误差为(0·01~0·065)db,属于均匀分布,引入的标准不确定度为

(3)量程改变δarr

量程改变引入的误差为(0·005~0·015)db,属于均匀分布,引入的标准不确定度为

(4)测量分辨力δar

测量分辨力引入的误差为0·001db,属于均匀分布,引入的标准不确定度为u(δar)=0·001/ 3=0·00058db

(5)信号发生器电平稳定性δas

信号发生器电平稳定性引入的误差为0·02db,属于均匀分布,则引入的标准不确定度为

(6)重复性δan

本标准的测量方法采用直接法,重复性属于a类标准不确定度

该计量标准装置在正常工作条件下,进行重复性的测量,被检对象为可变衰减器的衰减量。分别对其1ghz、10db和18ghz、100db衰减量进行六次测量,每次测量均重复校准,实际测量值见表1:

2·3 测量不确定度来源汇总表(见表2)

2·4 合成标准不确定度

在测量接收机测量衰减的过程中没有任何输入量具有值得考虑的相关性。

2·5 扩展不确定度

取包含因子k=2,于是扩展不确定度

3 结论

从上面的分析可以看出不确定度分量端口失配损耗在扩展不确定度中起重要作用,是衰减测量中不可忽视的一项不确定度来源,特别是在衰减量值传递过程中经常由于端口失配使得测量不确定度大大增加,所以在检定衰减器时必须同时测量其电压驻波比,以便计算端口失配损耗不确定度。总而言之,我们需要尽可能设法减少测量系统的各种误差,满足计量测试的要求。