频谱分析仪检定中输入衰减器的
测量不确定度分析
刘金玉
海军航空装备计量监修中心
摘要：频谱分析仪检定中需要校准的项目很多，在此主要选取对输入衰减器的检定进行测量不确定度评定。
本文以检定HP8563EC频谱分析仪为例，分析了影响其测量不确定度的几个因素，并给出了具体详细的分析，供同行人员参考。
关键词：频谱分析；计量检定；不确定度；输入衰减器
1引 言
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，具有灵敏度高、频带宽、动态范围大等特点，可方便地获得时域测量中不易得到的独特信息，是科研、生产、测试、试验、计量等部门的必备仪器。随着频谱分析仪用户的增多，对频谱分析仪开展检定也成为计量部门的一项重要工作。
2 频谱分析仪检定
频谱分析仪检定装置主要由功率计、频率计、衰减器、低通滤波器和微波信号源等仪器组成。不同型号频谱分析仪的检定项目和使用的标准设置可能会有所差别（此处选HP8563EC），但其检定原理都是由信号源产生一个所需信号，这个信号的频率由频率计(如果信号源频率精度足够高，可直接使用信号源的频率)定标，幅度由功率计及标准衰减器定标，这个信号被作为标准信号送至频谱分析仪，同时被检频谱分析仪测量这个信号，得到测量结果。但是很多因素(包括随机影响和系统影响)会影响到测量结果，由测量所得到的只能是被测量的近似值或估计值，正确评价测量结果是测试或校准实验室的重要任务。因此我们在对频谱分析仪进行检定后，除出具检定结果外，必须给出其测量不确定度。由于频谱分析仪主要表征的是频率参量和幅度参量，所以我们在此选择频率读数测量(频率参量)及输入衰减器测量(幅度参量)作为实例对其进行不确定度分析。
3 输入衰减器测量时的不确定度分析：
3.1输入衰减器的检定方法 方法如下图2
测试接收机HP8902A 微波信号源HP83732B 功分器 被检频谱仪HP8563EC
图2 输入衰减器检定图
用功率分配器11667A和测试接收机8902A监控信号源的衰减. 3.2输入衰减器测量时的不确定度分析
用以上方法检定时，不确定度由以下几个方面组成：
（1）接收机8902A测试信号发生器输出电平衰减引入的不确定度分量uB1，可知调谐电平的测量不确定度为0.12～0.14dB,取uB1最大值0.14 dB.
（2）在测试过程中，功率分配器11667A不对称性引入的不确定度uB2：0.12 dB （3）在测试过程中，功率分配器其中一个输出端的最大反射系数?u＝0.14，HP11722A的输入驻波比?i<0.07
?p?1??1??i?u??2?1
???＝
p??1????iu12?1＝1.97％
???＝
p??1????iu12?1＝1.99％
失配误差的正极限值不同于负值极限值，现取
???????p?p?2作为区间的半宽度，所以
?1?1.98%,服从反正弦分布，k?2,则有：
uB3＝
合 uB3＝0.061dB
（4）在测试过程中，功率分配器另一个输出端的最大反射系数?u＝0.14，HP8563A的输入驻波比?i<0.40
?k?1.98%?1.40% 2?p?1??1??i?u??2?1
???＝
p??1????iu12?1＝-10.32％
???＝
p??1????iu12?1＝12.21％
失配误差的正极限值不同于负值极限值，现取
???????p?p?2作为区间的半宽度，所以
?1?11.26%,服从反正弦分布，k?2,则有：
uB4＝??11.26%?7.96%
k2合 uB4＝0.35dB
（5）功率分配器的输出跟踪引入的标准不确定度uB5：0.14 dB （6）频谱分析仪输入衰减引入的不确定度分量uB6：
输入衰减（以10dB为参考，20dB～70dB）：
9kHz～2.9GHz：不超过±0.6dB/10dB,累积±1.8dB，因此信号发生器频率为50MHz，衰减量在20、40dB时的误差分别为±1.2dB、±1.8dB、±1.8dB，置信半区间分别为?1=1.2dB、1.8dB、1.8dB，按均匀分布，k?3，由此引入的不确定度：
表6 衰减度不确定度
衰减量 20 40 误差 ±1.2 dB ±1.8 dB 不确定度uB3 0.69 dB 1.04 dB （7）测试重复性引入的不确定度uA：
频谱分析仪的输入衰减器分别在20、40dB时的六次测量值引入的不确定度用A类方法评定，求六次测量结果平均值的实验标准偏差作为不确定度uA。结果如下： 20dB（表7）： 40dB（表8）：
表7 各测量值 表8 各测量值
测量次数 1 2 3 4 5 6 算术平均值（uA） n1?xk?xn(n?1)k?1实测值（dB） 9.73 9.70 9.70 9.73 9.70 9.70 9.71 uA(x)???20.006
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