頻譜分析儀檢定中頻率與衰減參數(shù)的測量不確定度分析

周羽++賈建兵++袁鋼

[摘 要]考慮到頻譜分析儀主要表征的是頻率參量和幅度參量，所以選取頻率讀數(shù)測量和輸入衰減器測量進(jìn)行測量不確定度評定。本文以檢定HP8563EC頻譜分析儀為例，分析了影響其測量不確定度的幾個(gè)因素，并給出了具體詳細(xì)的分析，供同行人員參考。

[關(guān)鍵詞]頻譜分析；計(jì)量檢定；不確定度；輸入衰減器

中圖分類號：TM935.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）08-0320-01

1 引言

頻譜分析儀是一種帶有顯示裝置的超外差接收設(shè)備，由預(yù)選器、掃頻本振、混頻、中放、濾波、檢波、放大、顯示等部分組成，具有靈敏度高、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，可方便地獲得時(shí)域測量中不易得到的獨(dú)特信息，是科研、生產(chǎn)、測試、試驗(yàn)、計(jì)量等部門的必備儀器。隨著頻譜分析儀用戶的增多，對頻譜分析儀開展檢定也成為計(jì)量部門的一項(xiàng)重要工作。

2 頻譜分析儀檢定

我們在對頻譜分析儀進(jìn)行檢定后，除出具檢定結(jié)果外，必須給出其測量不確定度。由于頻譜分析儀主要表征的是頻率參量和幅度參量，所以我們在此選擇頻率讀數(shù)測量（頻率參量）及輸入衰減器測量（幅度參量）作為實(shí)例對其進(jìn)行不確定度分析。

3 頻率讀數(shù)的測量不確定度分析

3.1頻率測量方法

這里我們選擇的標(biāo)準(zhǔn)信號源是Aglient E8267D，被檢頻譜分析儀是HP8563EC，將標(biāo)準(zhǔn)信號源連接至頻譜儀，信號源的頻率值為標(biāo)準(zhǔn)值，頻譜分析儀的讀數(shù)值為測量值，實(shí)際測量中外接銣鐘作為參考時(shí)基。

3.2頻率讀數(shù)測量時(shí)的不確定度：

微波信號源輸出的頻率準(zhǔn)確度與時(shí)基緊密相關(guān)，在進(jìn)行頻率讀數(shù)時(shí)，采用外接GPS銣原子頻標(biāo)作為外接參考時(shí)基，此時(shí)引入的不確定度包括下面三個(gè)方面：

（1）銣原子頻標(biāo)準(zhǔn)確度引入的不確定度：時(shí)基的日老化率為1×10-12，頻率測量不超過8小時(shí)，置信區(qū)間=1×10-12，按均勻分布，=，由此引入的不確定度分量：

=1×10-12/=5.8×10-13

（2）在檢測過程中，實(shí)驗(yàn)室溫度變化在23℃±2℃之間，銣原子頻標(biāo)鎖定衛(wèi)星，環(huán)境條件變化引起的不確定度可以忽略。

（3）頻譜分析儀的頻率讀數(shù)引入的不確定度分量：

4 輸入衰減器測量時(shí)的不確定度分析：

4.1輸入衰減器的檢定方法

用功率分配器11667A和測試接收機(jī)8902A監(jiān)控信號源的衰減。

4.2輸入衰減器測量時(shí)的不確定度分析

用以上方法檢定時(shí)，不確定度由以下幾個(gè)方面組成：

（1）接收機(jī)8902A測試信號發(fā)生器輸出電平衰減引入的不確定度分量，可知調(diào)諧電平的測量不確定度為0.12～0.14dB，取最大值0.14 dB.

（2）在測試過程中，功率分配器11667A不對稱性引入的不確定度：0.12 dB

（3）在測試過程中，功率分配器其中一個(gè)輸出端的最大反射系數(shù)=0.14，HP11722A的輸入駐波比<0.07

==1.97%

==1.99%

失配誤差的正極限值不同于負(fù)值極限值，現(xiàn)取作為區(qū)間的半寬度，所以1.98%，服從反正弦分布，，則有：

=

合=0.061dB

（4）在測試過程中，功率分配器另一個(gè)輸出端的最大反射系數(shù)=0.14，HP8563A的輸入駐波比<0.40

==-10.32%

==12.21%

失配誤差的正極限值不同于負(fù)值極限值，現(xiàn)取作為區(qū)間的半寬度，所以11.26%，服從反正弦分布，，則有：

=

合=0.35dB

（5）功率分配器的輸出跟蹤引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：0.14 dB

（6）頻譜分析儀輸入衰減引入的不確定度分量：

輸入衰減（以10dB為參考，20dB～70dB）：

9kHz～2.9GHz：不超過±0.6dB/10dB，累積±1.8dB，因此信號發(fā)生器頻率為50MHz，衰減量在20、40dB時(shí)的誤差分別為±1.2dB、±1.8dB、±1.8dB，置信半?yún)^(qū)間分別為=1.2dB、1.8dB、1.8dB，按均勻分布，。

（7）測試重復(fù)性引入的不確定度：

頻譜分析儀的輸入衰減器分別在20、40dB時(shí)的六次測量值引入的不確定度用A類方法評定，求六次測量結(jié)果平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差作為不確定度。結(jié)果如下：

5 結(jié)束語

本文介紹了頻譜分析儀檢定過程中具有代表性的頻率讀數(shù)及輸入衰減器的測量不確定度分析方法。如果能掌握以上兩種測量不確定度分析方法，則以此類推，可較容易地對其它頻譜分析儀檢定項(xiàng)目進(jìn)行不確定度分析。