频谱分析仪测量不确定度评估

五十九、频谱分析仪不确定度评估1仪器设备说明被测对象：频谱分析仪，频率：（0.1〜1300）MHz ，电平：（+10〜-127） dBm 2中心频率测量不确定度评定 2.2.1校准方法将待校频谱分析仪与高频信号发生器对接，由高频信号发生器输出信号输入到待校频 谱分析仪进行测量，在待校频谱分析仪上读得相应的示值• 4.2.2校准系统示意图2.2.3数学模型设待校频谱分析仪中心频率示值为 丫，信号发生器输出信号频率为 X ,则两者比较得偏 移量D,待校频谱分析仪中心频率示值误差可表示为：D =Y -X2.2.4不确定度来源分析及不确定度评定在实验室环境下，丫不确定度主要来源于待校频谱分析仪频率的示值测量重复性，分 辨力；X 不确定度主要来源于高稳频率标准的日频率稳定度、 信号发生器的调节细度引入的不确定度等.2.2.4.1由待校件的重复性给出的标准不确定度分量u （Y 1） [A 类不确定度]将被校频谱分析仪扫频宽度置100kHz ，信号发生器输出频率为1000MHz 的正弦 波信号给待校频谱分析仪，并读取其示值，进行10次等精度测量，所得资料如下表 所示.确定度如下表所示:2.242由待校件的分辨力给出的标准不确定度分量u(Y 2)[B 类不确定度]待校件测量1000MHz 频率时的分辨力为0.001MHz ，其区间半宽度值为： 0.0005MHz,假设其在区间内属均匀分布，故：uM) 0.0005/ , 3 MHz=0.00029MHz, 则待校件分辨力引入的标准不确定度评定如下表所示 ：2.2.4.3由信号发生器的调细度给出的不确定度分量 u (X 4)[B 类不确定度]信号发生器输出频率为1000MHz 时的输出值为 1000.0000MHz，调细度为0.0001MHz ，在区间的半宽度值为：0.00005,假设其在区间内为均匀分布，故：u (X J =0.00005/、3 =0.000029MHz,则由高频信号发生器的调节细度给出的标 准不确定度如下表所示：2.2.5合成标准不确定度2.2.5.1灵敏系数由数学模型:A =Y-X ;则灵敏系数C i 为：C Y - 1 ；c x -1则待校频谱分析仪与高稳频率标准各分量的灵敏系数可表示为：2.2.6合成标准不确定度的评定n根据方差公式：u ：()2 u 2(V i )i 1 V i则 u 2C Y 12 U 2(YJ C Y 22 U 2(Y 2) C X 2 U 2(XJ CX 2 U 2(X 2) C X 2U 2(X 3) 代入各灵敏系数，可简化为：u cu 2(Y 1) u 2(Y 2) u 2(X 1) u 2(X 2) u 2(X 3)1.04*10-3MH Z此,各评定点的合成标准不确定度如下表所示C Y1C Y2C X1C X2 C X 3228标准不确定度汇总表综上所述，各校准点的标准不确定度可汇总如下:2.2.9扩展不确定度评定取置信概率p=95%,k=2,根据扩展不确定度公式U95 2u c,相对扩展不确定度可由扩展不确定度U除以被检频率值得到，由此，评定点的扩展不确定度及其相对扩展不确定度如下表所示：2.2.10测量不确定度的报告与表示:综合以上所述，取置信概率为p=95% ,则频谱分析仪中心频率(1000MHz)测量结果的相对扩展不确定度：U rei =1.9X 10-6, k =23参考电平测量不确定度评估3.1校准方法：将信号发生器的输出信号直接输入到待校频谱分析仪来校准频谱分析仪参考电平的误差•以下分析高频信号发生器和测量接收机校准频谱分析仪参考电平为0dBm时的测量不确定度.3.2校准系统示意图：3.3数学模型:将高频信号发生器的输出信号输入到测量接收机，再将此信号输入到待校频谱分析仪，. 频谱分析仪的参考电平标称值为P,标准仪器的输出实际值为P s,,故参考电平误差P D表示为：P D = P -P s3.4不确定度来源分析及不确定度评定在实验室环境下,P不确定度主要来源于待校频谱分析仪频率的测量重复性；P s不确定度主要来源于测量系统引入的不确定度、高频信号发生器的调节细度引起的不确定度；3.4.1由待校件的重复性给出的标准不确定度分量u(P i )选取基准参考电平和参考电平刻度线后，将频谱分析仪参考电平设为0 dBm，调节高频信号发生器输出电平，使屏幕显示波形波峰稳定在参考电平刻度位置，再将高频信号发生器的输出信号输入到测量接收机，记录测量值，计算参考电平误差，重复10次，进行10次等精度测量，所得资料如下表所示：测量结果取1次读数,根据公式：X i x u(P1)=u x -------------- 彳=0.1654dBm;即0.0380mW，相对1mW 为\ n 11示，由于是调节待校频谱分析仪之波形位置，读取信号发生器标准值，所以待校频谱分析仪读数分辨力所引起的不确定度已包含在复现性条件下所得测量列的分散性中,故不必再分析.3.4.2由测量接收机的校准证书给出的不确定度分量u(m) [B类不确定度]校准证书给出的测量接收机在测量功率电平0 dBm时的不确定度为0.001dB,转化为电平数在0dBm g即0.00023mW相对1mV即卩0.023%由置信概率为95%,则:u(m a)=0.023%/2=0.012%3.4.3由测量接收机测量分辨率引入的不确定度分量u(mO [B类不确定度]测量接收机功率电平测量分辨力为0.01dBm,转化为电平数在0dBn档即0.0023mW, 相对1mV S卩0.23%,属均匀分布，贝Uu(mk)= 0.23% - =0.07%3.4.4由高频信号发生器的调细度引入的不确定度分量u(P s2)[B类不确定度]由于高频信号发生器输出电平时的调细度为0.1dBm，转化为电平数在0dBm档即0.023mW ,相对1mW 即2.3%，在区间内的半宽度值为1.15%，假设其在区间内属评定点(dBm)调细度(dBm)标准不确定度0.10.67%3.5合成标准不确定度的评定 3.5.1灵敏系数由数学模型：YY-X ;则灵敏系数C i 为：C Y -1 ；c x - 1则待校频谱分析仪与高频信号发生器各分量的灵敏系数可表示为：3.5.2合成标准不确定度的评定：n根据方差公式：u ：()2 u 2(V i )i 1 V i则 U ： C Y 12 U 2(YJ C X 2 U 2(X 1) C X 2 U 2(X ：) C X ： U ：(X 3) 代入各灵敏系数，可简化为：U c..U 2(¥) U 2(X 1) U 2(X 2) U 2(X 3)0.0312 由此,各评定点的合成标准不确定度如下表所示评定点(dBm)合成标准不确定度0.03123.6标准不确定度汇总表综合以上所述，可将各标准不确定度分项源概括如下表标准不确定度一览表标准不确定度分量不确定度来源 标准不确定度值(%)C i C i u(X i ) u(t 1)测量重复性 3.80 1 3.80 u(t 2 ) 信号发生器的调节 细度 0.67 -1 0.67 u(m a ) 证书不确定度 0.012 -1 0.012 u(m 2)测量分辨力0.07-10.07合成标准不确定度U c =3.86%3.7扩展不确定度评定:取置信概率p=95%,k=2,根据扩展不确定度公式U 95 2u c ,相对扩展不确定度可由扩展 不确定度U 95除以各评定值得到，转换成dB 表示.由此，评定点的扩展不确定度如下 表所示：均匀分布，则: 如下表所示：u (P s 沪 “5% 3 0.67% ;则由E4421B 的调细度引入的不确定度 C X1 C X 2C X33.8测量不确定度的报告与表示：综合以上所述,取置信概率为p=95% ,则频谱分析仪参考电平(0 dB)测量结果的扩展不确定度：U =0.34dBm k = 2。

频谱分析仪测量结果的不确定度评定摘要：按照JJF1396-2013《频谱分析仪校准规范》的内容，频谱仪处于正常的工作状态，采用标准信号源通过低通滤波器接收到频谱仪的输入端。

信号源的输入信号频率为f0，被测频谱仪测量的频率分别为f0、2f0的信号源输出电平为L1和L2，被测频谱仪的二次谐波失真计算为SHD=L2-L1。

在具体测量的时候，将L1设置为参考电平则读取数据X，X=L2-L1。

本文针对频谱仪测量电平时候的不确定度分析方法进行分析，考虑到各种标准不确定度的分量，给出相应的计算公式和计算方法、完整评估过程、不确定度的相关数据等。

关键词：频谱分析仪；测量结果；不确定度；评估方法频谱分析仪作为分析信号领域特点的仪器，可以将频域输入信号的频谱特点，通过各个频域对信号失真、调制度、频谱纯度以及频率稳定性等参数进行测量，频谱分析仪的校准参数有很多，归纳起来的基本量为：频率和幅度；本报告选择绝对幅度以及频率技术等。

计量标准见表1。

采用直接测量法，将频谱分析仪MS2668C作为对象，由于测量环境符合校准规范要求，由环境条件引入的不确定度分量可以忽略，不确定度的各分量相互没有关系，合成不确定度采用方和根方法来进行合成处理。

表1 计量标准表[1]名称型号测量不确定度或标准等级功率计N1911A准确度为±0.8%功率敏感器N1921A不确定度为2～3%计数器53181A时基老化率为5×10-10信号发生器SMR40时基老化率为1×10-7一、不确定度模型和误差来源的分析（一）校准系统分析构成频谱分析仪校准装置的标准以及配套设施包括：AgilentE8267D矢量信号源、AgilentE4438C矢量信号源、Agilent33250任意波产生器、AgilentN9912A功率计、AgilentE9304A功率探头；AgilentN5242A矢量网格分析仪以及两个开关和调整组合可以完成频率范围在10～26.5GHz频谱分析仪的监测。

WCDMA信号发生器校准的测量不确定度评定【摘要】本文介绍了用WCDMA分析仪校准WCDMA信号发生器时，测量结果不确定度分析和评定过程；讨论了各校准参数不确定度的几个主要来源，给出了WCDMA信号发生器校准不确定度分析和评定结果。

【关键词】不确定度分析;评定0.前言随着通信技术的突飞猛进的发展，数字通信技术在WCDMA中的应用也得到迅猛发展，因而WCDMA通信标准的计量也渐显重要。

本文将主要讨论和介绍使用WCDMA信号分析仪计量WCDMA信号发生器时，其不确定度分析和评定过程。

1.不确定度评定1.1 WCDMA信号发生器单元数字调制质量参数不确定度评定1.1.1不确定度来源（1）矢量信号分析仪WCDMA调制参数测量准确度引入的不确定度u1。

（2）校准过程中连接及读数重复性引入的不确定度u2。

1.1.2不确定度分析仪（1）矢量信号分析仪WCDMA调制参数测量准确度引入的不确定度u1。

由矢量信号分析仪的指标说明书得到，标准不确定度分量为u1＝a1/ k1。

（2）校准过程中连接及读数重复性引入的不确定度u2。

在信号发生器输出频率2110MHz，功率为-10dBm处，使用矢量信号分析仪对综测仪重复测量10次，得到10次测量的平均值试验标准差S，标准不确定度使用试验标准差表示，则u2=S。

合成标准不确定度uc=，扩展因子k=2，扩展不确定度U= k×uc1.2 WCDMA信号发生器单元占用带宽不确定度评定1.2.1不确定度来源（1）频谱分析仪E4445A占用带宽测量准确度引入的不确定度u1。

（2）校准过程中连接及读数重复性引入的不确定度u2。

1.2.2不确定度分析仪（1）频谱分析仪占用带宽测量准确度引入的不确定度u1。

由频谱分析仪的指标说明书得到，占用带宽测量最大误差a1＝1.4%/，实际测试过程中N=20，a1＝1.4%/≈0.31%，则该分量为均匀分布，k1＝标准不确定度分量为u1＝a1/ k1≈0.18%（2）频谱分析仪在校准过程中的连接及读数重复性引入的不确定度在综测仪输出频率2110MHz，功率为-10dBm处，使用频谱分析仪对综测仪重复测量10次，测量结果如下：则这10次测量的平均值试验标准差S =/≈0.28%标准不确定度使用试验标准差表示，则u2=S=0.28%1.2.3不确定度合成（1）合成标准不确定度uc==≈0.332%（2）扩展不确定度扩展因子k=2，扩展不确定度U = k×uc=2×0.332=0.66%1.3 WCDMA信号发生器单元峰值码域误差不确定度评定1.3.1不确定度来源（1）矢量信号分析仪AWCDMA峰值码域误差测量准确度引入的不确定度u1；（2）校准过程中连接及读数重复性引入的不确定度u2。

频率计测量不确定度的评估1、 概述1.1 测量依据： JJG 349-2001《通用计数器》检定规程1.2 计量标准：主要计量标准设备为铷原子频率标准（130）1.3 被测对象：数字频率计（0~1）GHz1.4 测量方法：使用标准信号源校准，对规程要求的频率校准点进行校准，对每一被校准测量点测量3次，取算数平均值作为该闸门的测量值，按式（1）计算测量误差。

1.5 环境条件1） 环境温度：在（15~30）℃内任选一点，校准期间该点温度波动不应超过±2℃；2） 相对湿度：≤80%；3） 周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动；4） 电源电压：220（1±10%）V ，（50±1）Hz 。

2、数学模型：0f f f i -=∆ （1）式中：----∆f 被测频率计的测量误差；----i f 被测频率计的测量值；----0f 标准信号源给出的标准值；3、 不确定度传播率())()(02222212f u c f u c f u i c +=∆式中，灵敏系数 1/1=∂∆∂=i f f c ，1/02=∂∆∂=f f c4、 频率计测量误差标准不确定度的评定4.1 输入量0f 的标准不确定度标准设备信号源的扩展不确定度为MHz U 10101-⨯=，k=2则将校准点MHz 10，对应的标准值的扩展不确定度为MHz MHz U 910010110101--⨯=⨯⨯= k=2， 则该标准引起的标准不确定度分量为： MHz MHz k U f u 10900105.02/101/)(--⨯=⨯==。

4.2 输入量i f 的标准不确定度1）示值重复性引起的不确定度：以校准10MHz 为例，标准信号源输出标准频率给频率计，重复测量10次，分别计算测量误差，其标准差MHz s 7102.1-⨯=，故 MHz f u i 71102.1)(-⨯=2）读数误差引起的不确定度由被校频率计的分度值引起的，采用B 类标准不确定度评定。