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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。
频谱分析仪校准指南频谱分析仪校准指南频谱分析仪校准指南电子行业的技术人员或工程师依靠频谱分析仪来检验自己设计、生产的装置和测试仪器（例如手机、电视广播系统以及测试仪器）是否能够以预期的频率和电平产生合适的信号。
例如，如果您的工作涉及蜂窝式无线系统，就需要保证载波信号谐波不会影响到与谐波在同一频率运行的其它系统；交调不会造成载波上调制信息的失真；仪器工作在指定的频点，并保持在分配的频段之内，完全符合规范要求；有害辐射――无论是辐射还是通过输电线或其它导线传导的――不会影响其它系统的运行。
上述所有测量都可以用频谱分析仪进行检查，它可以显示仪器所产生信号的频率成分。
但是频谱分析仪电路的性能会随时间的推移和温度条件的变化而发生漂移。
这种漂移会影响分析仪测量的准确度――并且由于测量的不准确，被测仪器可能会不按照预期的性能进行工作。
既然要使用频谱分析仪来测试其它的仪器，就必须要对它的测量结果具有足够的信心――确信测试结果为良好的仪器真的工作正常，测试结果显示有故障的仪器真的不满足要求。
现在，由于相同的空间内具有更多的信号，即使是很小的偏差也会引起故障，因此高度的信心就尤其重要。
这就是按照制造商指定的周期来校准频谱分析仪的重要性，以及必须要测试频谱分析仪的所有关键功能参数来确定它们都在技术指标范围之内的重要原因。
频谱分析仪往往被认为是校准费时的复杂产品。
校准过程确实需要几个小时一一甚至几天一一并且要求一系列的仪器，包括信号源、精密的参考标准和附件。
但是，仅仅使校准过程自动化就能够明显降低校准时间。
频谱分析仪校准的另一个问题是测试结果难以解释。
例如，用来确定频谱分析仪是否符合其相噪技术指标的噪声边带测试，其测试结果经常以dBc 为单位表示，但是分析仪的技术指标往往以dBc/Hz 为单位。
因此，测试工程师就必须把dBc 转换为dBc/Hz （采用几个修正因数），以确定频谱分析仪是否与技术指标相一致。
由于以上原因，最好由经验丰富的计量专家来进行频谱分析仪的校准，他们既有必要的设备又对相关程序具有深层理解。
频谱分析仪校准规范与检定规程比对分析
袁芳;李旭辉;吴娟
【期刊名称】《科技与企业》
【年(卷),期】2015(000)003
【摘要】本文详细介绍了JJF1396-2013《频谱分析仪校准规范》与JJG 501-2000《频谱分析仪检定规程》的区别以及新的校准规范增加校准项目和要求，为开展频谱分析仪的校准工作提供借鉴。
【总页数】1页(P238-238)
【作者】袁芳;李旭辉;吴娟
【作者单位】黑龙江省计量检定测试院;黑龙江省计量检定测试院;黑龙江中医药大学
【正文语种】中文
【相关文献】
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频谱分析仪检定规程目录：1 范围 (2)2 概述 (2)3 计量器具控制 (2)3.1 首次检定、后续检定和使用中检验 (2)3.2 检定条件 (2)3.3 检定用设备 (2)4 检定项目和检定方法 (4)4.1 外观及工作正常性检查 (4)4.2 参考频率的检定 (4)4.3 频率读数准确度的检定 (5)4.4 游标计数准确度的检定 (5)4.5 扫频宽度的检定 (6)4.6 噪声边带的检定 (7)4.7 系统相关边带的检定 (8)4.8 剩余调频的检定 (9)4.9扫描时间的检定 (11)4.10 显示刻度保真度的检定 (12)4.11 输入衰减器开关/切换不确定度的检定 (14)4.12 参考电平准确度的检定 (15)4.13 分辨率带宽转换不确定度的检定 (16)4.14 绝对幅度准确度（参考设置）的检定 (17)4.15 完整的绝对幅度准确度的检定 (19)4.16 分辨率带宽准确度的检定 (20)4.17 频率响应的检定 (21)4.18 其他输入相关杂散相应的检定 (23)4.19 杂散响应（包括三阶交调失真与二次谐波失真）的检定 (26)4.20 增益压缩的检定 (30)4.21 平均显示噪声电平的检定 (31)4.22 剩余响应的检定 (33)4.23 快速时域幅度准确度的检定 (34)4.24 跟踪发生器绝对幅度和游标准确度的检定（只针对选件1DN/1DQ） (35)4.25 跟踪发生器电平平坦度的检定 (35)1 范围本规程适用于新制造、使用中和修理调整后，频率分析范围在30H z-26.5G Hz的频谱分析仪的检定。
本规程以Angilent ESA系列为例，其它型号的频谱分析仪可参照执行。
2 概述频谱分析仪是一种带有显示装置的超外差接收设备，由预选器、扫频本振、混频、中放、滤波、检波、放大、显示等部分组成。
主要用于频谱分析，也可用于测量频率、电平、增益、衰减、调制、失真、抖动等，是通信、广播、电视、雷达、宇航等技术领域中不可缺少的仪器。
频谱分析仪校准指南频谱分析仪的校准是保证其准确性和可靠性的关键。
频谱分析仪校准的目的是调整仪器的参数，使其输出符合已知的标准，同时消除仪器自身的误差。
本文将提供一份频谱分析仪校准的指南，帮助您正确进行频谱分析仪的校准。
第一步：准备工作首先，您需要查看频谱分析仪的用户手册，了解校准的具体步骤和要求。
确保您具备所有必要的校准设备，如标准信号源、功率计、频率计等。
确保仪器和校准设备处于稳定的温度和湿度环境下。
第二步：校准前的检查在进行校准之前，您需要进行仪器的基本检查。
确保仪器无损坏或磨损的零件，并清洁仪器的显示屏和控制面板。
检查仪器的电源线是否连接良好，并检查所有的连接器和接口。
第三步：校准输入信号首先，您需要校准频谱分析仪的输入信号。
连接标准信号源和频谱分析仪，将标准信号源的输出调整到所需的频率和功率水平。
然后，使用频率计和功率计来测量标准信号源的频率和功率，确保其与频谱分析仪显示的数值一致。
第四步：校准频率响应频谱分析仪的频率响应是指仪器对不同频率的响应程度。
为了校准频率响应，您需要使用一系列的标准信号源，在不同的频率下进行测量。
将标准信号源的输出调整到不同的频率，然后使用频谱分析仪测量输出信号的幅度。
将测量值与标准值进行比较，如果存在差异，则进行相应的调整，直到仪器的频率响应符合标准要求。
第五步：校准幅度响应频谱分析仪的幅度响应是指仪器在不同功率水平下的响应程度。
为了校准幅度响应，您需要使用一系列的标准功率源，在不同功率水平下进行测量。
将标准功率源的输出调整到不同的功率，然后使用频谱分析仪测量输出信号的幅度。
将测量值与标准值进行比较，如果存在差异，则进行相应的调整，直到仪器的幅度响应符合标准要求。
第六步：校准分辨率带宽频谱分析仪的分辨率带宽是指仪器分辨信号频率的能力。
为了校准分辨率带宽，您需要使用一系列的标准信号源，在不同的频率下进行测量。
将标准信号源的输出调整到不同的频率，然后使用频谱分析仪测量输出信号的幅度。
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。
论频谱分析仪校准规范与检定规程比对新的JJF 1396-2013于2013年8月16日开始实施，它替代了JJG 501-2000《频谱分析仪检定规程》。
新规范的制定，提高了对计量性能的要求、扩大了频率测量范围、重新命名了项目名称。
下面通过对新的校准规范与旧的检定规程的比对分析，找出其中的不同之处，以便更好的应用和学习。
一、频率的测量范围变得更宽旧版的检定规程中规定是对频率测量范围为30Hz～26.5GHz的频谱分析仪进行检定，而新版的校准规范中规定是对频率测量范围为3Hz～50GHz的频谱分析仪进行校准。
二、对计量性能要求的变化新版校准规范中计量性能要求这一项和旧版的检定规程有了很大区别，除了对旧版原有的计量性能要求中各个项目的范围和准确度重新进行了规定外，还对一些规定名词的错误进行了修改，如：校准信号中的电平准确度±0.3dB，修改为最大允许误差；扫描时间的准确度不超过±1%，修改为相对误差：±0.01%～±10%。
更增加了3项新的计量性能要求：频率计数、绝对幅度、功率带宽，增加的这几项计量性能要求更加全面地体现了频谱分析仪的性能。
三、校准所需的设备和设备的范围与等级都有所不同新版校准规范中校准所用设备与旧版检定规程中所用的设备在名称上变化不大，但是测量范围和准确度都有了很大的提高。
（见表1）四、检测项目的区别新版的校准规范中给出了校准项目表，表中罗列了24项校准项目，在旧版的检定规程中给出了20项检定项目，通过新旧两版的比对，新版增加了噪声边带、剩余调频、绝对幅度、频率计数、功率带宽的校准，取消了频率稳定性的检测，在原有的检测方法上也做出了很大改变，详细区别如下：1.参考频率旧版的检定规程中对参考频率的检定方法是频谱分析仪关机1h再开机15min后，用频率计进行测频，每隔0.5h测一次，共测9次，取9次测量结果中的最大值与最小值之差除以频率标称值所得结果作为频率波动；而在新版的校准规范中的参考频率校准方法是频率计设置闸门时间为10s，取频率计读数与参考频率之差除以参考频率所得结果作为频率波动。
