衰减测量技术-copy

1、中国计量科学研究院1 衰减测量技术衰减测量技术 高秋来高秋来 中国计量科学研究院中国计量科学研究院 信息电子所信息电子所 中国计量科学研究院2 目录目录 第一章第一章 衰减的基本概念衰减的基本概念 第二章第二章 衰减器衰减器 第三章第三章 衰减测量方法衰减测量方法 第四章第四章 衰减测量不确定度分析衰减测量不确定度分析 第五章第五章 衰减校准实用技术衰减校准实用技术 中国计量科学研究院3 第一章第一章 衰减的基本概念衰减的基本概念 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 第二节第二节 衰减的名词术语衰减的名词术语 第三节第三节 国内外衰减测量水平国内外衰减测量水平 中国计量科学研究院4 第一节第一

2、节 衰减的定义衰减的定义 A=10log10 匹配信号源与匹配负载直接连接时，负载吸收的净功率 二端口网络插入到匹配信号源和负载之间时，负载吸收的净功率 中国计量科学研究院5 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 2221212 2121111 aSaSb aSaSb S11和和S22分别是二端口网络入射端口和输出端口的反射系数分别是二端口网络入射端口和输出端口的反射系数 S12、S21分别是二端口网络传输系数分别是二端口网络传输系数， 中国计量科学研究院6 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 0 2 1 12 0 2 2 22 0 1 2 21 0 1 1 11 1 1 2 2 a a a a

3、 a b S a b S a b S a b S 中国计量科学研究院7 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 e gg ba bba aSaSb aSaSb 22 11 2221212 2121111 中国计量科学研究院8 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 e gg ba bba aSaSb aSaSb 22 11 2221212 2121111 g e b D S a 22 1 1 g ee b D SSSS b 21122222 1 )1 ( g e b D S a 21 2 g b D S b 21 2 egeg SSSSD 21122211 )1)(1 ( 中国计量科学研究院9 第一节

4、第一节 衰减的定义衰减的定义 A=10log10 匹配信号源与匹配负载直接连接时，负载吸收的净功率 二端口网络插入到匹配信号源和负载之间时，负载吸收的净功率 2 0g bP 02 22 21 )1 ( P D S P e e 21 10 0 1 log20 SP P A e 二端口网络插入前 当二端口网络插入后 中国计量科学研究院10 第一节第一节 衰减的定义衰减的定义 可以用可以用“Np”（奈培）表示（奈培）表示 衰减是一个无量纲的比值，单位常用衰减是一个无量纲的比值，单位常用“dB”（分贝）表示（分贝）表示 21 1 log 2 1 S A e A（dB）=8.6858896A（Np） 中

5、国计量科学研究院11 第二节 衰减的名词术语 插入损耗 衰减 增量衰减 替代损耗 中国计量科学研究院12 第二节 衰减的名词术语 02 2 1 1 1 PPPP eg e ri 02 22 21 )1 ( P D S P e e eg LgLg eg i S SSSS S D L 1 )1)(1 ( log20 1 log20 21 21122211 10 21 10 21 10 1 log20 S A 插入损耗插入损耗 二端口网络插入前 当二端口网络插入后 衰减衰减 中国计量科学研究院13 第二节 衰减的名词术语 衰减只表明二端口网络的传输特性，插损衰减只表明二端口网络的传输特性，插损 包含

6、了测试系统的失配项。包含了测试系统的失配项。 衰减与测量系统无关，插损与系统有关。衰减与测量系统无关，插损与系统有关。 衰减有可比性，插损没有可比性。衰减有可比性，插损没有可比性。 虽然测量名义值是衰减，但实际测量结果虽然测量名义值是衰减，但实际测量结果 是插损，失配作为了一项不确定度。是插损，失配作为了一项不确定度。 为了减小失配不确定度，测试端口需要调为了减小失配不确定度，测试端口需要调 配。配。 中国计量科学研究院14 第二节 衰减的名词术语 替代衰减和增量衰减替代衰减和增量衰减 egb bbLgbLbg ib S SSSS L 1 )1)(1 ( log20 21 21122211 1

7、0 参考位置的插入损耗为参考位置的插入损耗为 测量位置的插入损耗为测量位置的插入损耗为 ege ebLgeLeg ie S SSSS L 1 )1)(1 ( log20 21 21122211 10 中国计量科学研究院15 第二节 衰减的名词术语 替代替代损耗损耗和增量衰减和增量衰减 定义替代损耗Ls为 ebLgeLege ebLgeLegb ibies SSSSS SSSSS LLL 2112221121 2112221121 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 增量衰减 ebe b inc SSS S A 21 10 21 10 21 21 10 1 log20 1 log2

8、0log20 中国计量科学研究院16 第二节 衰减的名词术语 参考位置的“0”dB，实际不为0 ，总存在一 定的衰减，这个衰减量叫做剩余衰减 。 日常的衰减检定中，视客户要求，可以检 定或不检剩余衰减 中国计量科学研究院17 第二节 衰减的名词术语 失配误差失配误差 插入衰减的失配误差 eg LgLg iii SSSS ALM 1 )1)(1 ( log20 21122211 10 增量衰减的失配误差 bbLgbLbg eeLgeLeg incsinc SSSS SSSS ALM 21122211 21122211 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中国计量科学研究院18 第二

9、节 衰减的名词术语 为了减小失配误差，测试端口应有调配装 置，使测试端口的反射系数尽可能的小。 中国计量科学研究院19 第二节 衰减的名词术语 在替代损耗的失配项中，（1-eS22 ）和 （1-gS11 ）远大于 egS21 S12 。因此当S11 b = S11 e,S22 b = S22 e时，可大大减小失配项。 因此，当衰减器作为传递标准是，常常在 衰减器两端各接10dB固定衰减器或隔离器， 实现S11 b S11 e,S22 b S22 e 。 中国计量科学研究院20 第二节 衰减的名词术语 级联二端口级联二端口 1122 1212 12 1122 222112 2222 1122 2

10、121 21 1122 112112 1111 1 1 1 1 nm nm S nm mnn nS nm nm S nm nmm mS 中国计量科学研究院21 第二节 衰减的名词术语 从总的入射端看进去，第二个二端口的反 射系数要减小约1/（m21m12）倍 。也就 是实现了S11 b S11 e,S22 b S22 e 。 中国计量科学研究院22 第三节 国内外衰减测量水平 NPL：音频替代：40GHz，调制副载波： 110GHz PTB：功率比：40GHz MNIA：中频替代：18GHz NMIJ：音频替代：40GHz，二次混频的音 频替代：75GHz NIM：音频替代：40GHz 中国计

11、量科学研究院23 中国计量科学研究院24 第一章 小结 21 10 1 log20 S A eg LgLg i S SSSS L 1 )1)(1 ( log20 21 21122211 10 eb inc SS A 21 10 21 10 1 log20 1 log20 衰减衰减 插入损耗插入损耗 增量衰减增量衰减 替代损耗替代损耗 ebLgeLege ebLgeLegb s SSSSS SSSSS L 2112221121 2112221121 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中国计量科学研究院25 第一章 小结 eg LgLg i SSSS M 1 )1)(1 ( log

12、20 21122211 10 插入衰减的失配误差插入衰减的失配误差 增量衰减的失配误差增量衰减的失配误差 bbLgbLbg eeLgeLeg inc SSSS SSSS M 21122211 21122211 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中国计量科学研究院26 第二章第二章 衰减器衰减器 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 第三节第三节 波导截止衰减器波导截止衰减器 第四节第四节 感应分压器感应分压器 第五节第五节 定向耦合器衰减核查标准定向耦合器衰减核查标准 中国计量科学研究院27 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同

13、轴电阻式衰减器 R1/2 R2 R1 2 R2 图 2-1. T 型和 电阻衰减网络 2 R2 R1/2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 N N ZR N N ZR c c 1 1 2 2 1 2 2 1 N N ZR N N ZR c c N是衰减网络的传输系数的倒数是衰减网络的传输系数的倒数 中国计量科学研究院28 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 衰减量 （dB） 电阻衰减网络的电 阻值 T型电阻衰减网络的 电阻值 R1（） 2 R2（） R1/2（） R2（） 1 5.769188869.54822.875056433.3366 2 11.61493436.21165

14、.731163215.2402 4 23.8484220.971411.31368104.8289 10 71.1512596.2475325.9746935.13642 20 247.561.1111140.9090910.10101 40 2499.7551.010149.00991.0001 中国计量科学研究院29 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 10dB以下：用T型电阻衰减网络 10dB-30dB：用型电阻衰减网络 40dB：用双型电阻衰减网络 中国计量科学研究院30 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 中国计量科学研究院31 第一节第一节 同轴电阻式衰减器

15、同轴电阻式衰减器 Agilent：8496H， 中国计量科学研究院32 第一节第一节 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 中国计量科学研究院33 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 中国计量科学研究院34 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 cos sin | i i EE EE 2 0 coscos i EEE coslog40 cos 1 log20log20 10 2 10 0 10 E E A i 中国计量科学研究院35 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 010 coslog40AA )cos(log40 010 A 当三个衰减片不在同一平面时 0为自校零位 中

16、国计量科学研究院36 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 国产波导极化衰减器：S2-1，S3-1等，进 口波导极化衰减器：FLANN公司产品等 国产：以角度为刻度，进口：直接以衰减 为刻度 国产：校准衰减量，校准自校零位，进口： 校准衰减另和起始衰减 中国计量科学研究院37 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 自校零位的校准： 自校零位的校准方法是：在80位置得到一 个功率或电压值，将角度在100附近调整， 使功率或电压值读数还为在80位置的读数， 并记录下当前的角度值1，自校零位0为 2 100 1 0 中国计量科学研究院38 第二节第二节 波导极化衰减器波导极化衰减器 中国

17、计量科学研究院39 第三节第三节 波导截止衰减器波导截止衰减器 波导： 3cm波导：WR，8.2GHz - 12.4GHz 2cm波导：WR，12.4GHz - 18GHz 8mm波导：WR28，25.6GHz - 40GHz 中国计量科学研究院40 第三节第三节 波导截止衰减器波导截止衰减器 R c 41. 3 中国计量科学研究院41 第三节第三节 波导截止衰减器波导截止衰减器 )(NpeA z nm 内处在截止区域的电磁场的幅值衰减为 Rk k k k nm nm / ) 2 (1 2 对于TM11（H11）波，11=1.84118 中国计量科学研究院42 第三节第三节 波导截止衰减器波导

18、截止衰减器 常见的： 30MHz圆波导截止衰减器 较少的： 60MHz圆波导截止衰减器， 微波圆波导截止衰减器 中国计量科学研究院43 第四节第四节 感应分压器感应分压器 开尔文-华莱士电阻衰减器 中国计量科学研究院44 第四节第四节 感应分压器感应分压器 感应分压器 中国计量科学研究院45 第四节第四节 感应分压器感应分压器 感应分压器 中国计量科学研究院46 第四节第四节 感应分压器感应分压器 可以是十进制，也可以是二进制 可以用坡莫合金，也可以用微晶或非晶材 料 可以是手动（波段开关），也可以是自动 的（继电器） 有1kHz或10kHz，甚至50kHz感应分压器 感应分压器溯源交流比值标

19、准 用作衰减参考标准时，主要影响是零位电 势 中国计量科学研究院47 第五节第五节 定向耦合器衰减核查标准定向耦合器衰减核查标准 中国计量科学研究院48 第五节第五节 定向耦合器衰减核查标准定向耦合器衰减核查标准 中国计量科学研究院49 第五节第五节 定向耦合器衰减核查标准定向耦合器衰减核查标准 关键在于开关的重复性 温度的影响较小 中国计量科学研究院50 第五节第五节 定向耦合器衰减核查标准定向耦合器衰减核查标准 中国计量科学研究院51 第二章 小结 同轴电阻式衰减器同轴电阻式衰减器 波导极化衰减器波导极化衰减器 波导截止衰减器波导截止衰减器 感应分压器感应分压器 定向耦合器衰减核查标准定向

20、耦合器衰减核查标准 中国计量科学研究院52 第三章第三章 衰减测量方法衰减测量方法 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 第二节第二节 衰减测量方法概述衰减测量方法概述 第三节第三节 网络分析仪网络分析仪 第四节第四节 测量接收机测量接收机 第五节第五节功率比法功率比法 第六节第六节中频并联替代法中频并联替代法 第七节第七节低中频串联替代法低中频串联替代法 第八节第八节调制副载波法调制副载波法 第九节第九节毫米波衰减测量的新发展毫米波衰减测量的新发展 中国计量科学研究院53 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 信号源 调配器 混频器 检波器 中国计量科学研

21、究院54 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 倍频信号源倍频信号源 中国计量科学研究院55 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 自动调配器自动调配器 中国计量科学研究院56 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 螺钉调配其原理螺钉调配其原理 调配的原理是基于利用调配器自身产生的调配的原理是基于利用调配器自身产生的 反射系数与测试端口的反射系数相等，但反射系数与测试端口的反射系数相等，但 是相位相差是相位相差180，使合成的反射系数接近，使合成的反射系数接近 于零。调配方法很多，较普遍的是一种螺于零。调配方法很多，较普遍的是一种螺 钉调配

22、器。钉调配器。 中国计量科学研究院57 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 1122 22 22 1122 222112 2222 1122 11 11 1122 112112 1111 11 11 nm m n nm mnn nS nm n m nm nmm mS 中国计量科学研究院58 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 自动调配器自动调配器 中国计量科学研究院59 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 频率:0.5GHz-110GHz 范围：00.9 反射系数：0.005 中国计量科学研究院60 第一节第一节 通用衰减测量技术基础

23、通用衰减测量技术基础 双平衡混频器双平衡混频器 1 00 sin)cos()cos( 2 n iidsssd tUgtntnU n gi 中国计量科学研究院61 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 双平衡混频器输出中频（0-s），还有 （n0s）等项（n为奇数） 非线性： (dB) 2 1 . 1 rAMIXER 中国计量科学研究院62 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 检波器 平方律检波器，线性检波器，相敏检波器 中国计量科学研究院63 第一节第一节 通用衰减测量技术基础通用衰减测量技术基础 锁定放大器 中国计量科学研究院64 第一节第一节 通用衰减

24、测量技术基础通用衰减测量技术基础 相敏检波器 频带窄，信噪比高 线性度好 中国计量科学研究院65 第二节第二节 衰减测量方法概述衰减测量方法概述 1、DC 替代 2、音频替代 3、中频替代 4、射频替代（直接替代） 5、没有衰减参考标准的测量方法 6、其它方法 中国计量科学研究院66 第二节第二节 衰减测量方法概述衰减测量方法概述 方法方法频率范围频率范围量程量程不确定度不确定度系统复杂系统复杂 功率比功率比宽宽小小大大简单简单 音频替代音频替代宽宽大大小小较简单较简单 中频替代中频替代宽宽大大较小较小较简单较简单 射频替代射频替代宽宽大大大大较简单较简单 调制副载波调制副载波宽宽小小大大复杂

25、复杂 测量接收机测量接收机宽宽大大较大较大简单简单 网络分析仪网络分析仪宽宽小小大大简单简单 中国计量科学研究院67 第三节第三节 网络分析仪网络分析仪 中国计量科学研究院68 第三节第三节 网络分析仪网络分析仪 14 12 2211 322321 S S S Rc cE acE aSa TcaccSE 21 41 32 S cc cc R T 中国计量科学研究院69 第三节第三节 网络分析仪网络分析仪 优点 不用考虑失配问题 测量速度快 固定的小衰减测量不确定度小 缺点 不确定度大（尤其对于大衰减） 中国计量科学研究院70 第三节第三节 网络分析仪网络分析仪 其误差项有六项， 源匹配 负载匹

26、配 反射扫迹噪声 传输扫迹噪声 方向性 泄漏 线性度 中国计量科学研究院71 第四节第四节 测量接收机测量接收机 FSMR的原理的原理 中国计量科学研究院72 第四节第四节 测量接收机测量接收机 射频部分的原理 中国计量科学研究院73 第四节第四节 测量接收机测量接收机 中频滤波器及放大部分中频滤波器及放大部分 中国计量科学研究院74 第四节第四节 测量接收机测量接收机 信号处理部分信号处理部分 中国计量科学研究院75 第四节第四节 测量接收机测量接收机 衰减测量的操作衰减测量的操作 中国计量科学研究院76 第四节第四节 测量接收机测量接收机 衰减测量的操作衰减测量的操作 FSMR测量起始电平

27、应为-10dBm 中国计量科学研究院77 第四节第四节 测量接收机测量接收机 衰减测量的操作衰减测量的操作 )( 86. 3 Hz NT f m w 设置平均次数和测量时间 由于信号源频率与由于信号源频率与FSMR接收机的频率不可能实现接收机的频率不可能实现 相位相关，在不同频段，相位相关，在不同频段，FSMR的设置也应不同。的设置也应不同。 在较低频段（在较低频段（10GHz）FSMR的测量时间应设置在的测量时间应设置在100ms，并，并 相应增加平均次数，以解决相应增加平均次数，以解决FSMR测量数据不稳的测量数据不稳的 问题。问题。 中国计量科学研究院78 第四节第四节 测量接收机测量接

28、收机 优点 量程大 测量速度快 系统简单 缺点 不确定度较大（尤其对于大衰减） 中国计量科学研究院79 第五节第五节 功率比法功率比法 单通道功率比法单通道功率比法 中国计量科学研究院80 第五节第五节 功率比法功率比法 双通道功率比法双通道功率比法 中国计量科学研究院81 第五节第五节 功率比法功率比法 40.000 dB STD (Attenuation standard) DUT (Step attenuator) Receiving system G L S11 S22 Power splitter Power level control unit 6 dB attenuator AL

29、C RF source Thermistor mount KRISS 中国计量科学研究院82 第五节第五节 功率比法功率比法 功率比法的主要不确定度来源有，功率计的线性、 信号幅度稳定度、泄露以及噪声，功率计的线性在 小衰减量程范围，该项不确定度在几个mdB范围； 当采用双通道功率比时，信号幅度稳定度的影响在 1-2个mdB范围；泄露则完全依赖于系统连接的好坏， 连接良好时，此项不确定度是一个可忽略的小量； 噪声也是一个可忽略的小量。 中国计量科学研究院83 第六节 中频并联替代法 中国计量科学研究院84 第六节 中频并联替代法 中国计量科学研究院85 第六节 中频并联替代法 中国计量科学研究

30、院86 不确定度 参考衰减器 线性度 泄露 失配 噪声 中国计量科学研究院87 第七节 低中频串联替代法 12 11 10 log10 P P A 021 012 10 log20 UD UD A 单通道低中频串联替代法单通道低中频串联替代法 中国计量科学研究院88 第七节 低中频串联替代法 优点 量程大 不确定度最小 系统叫简单 缺点 测量速度慢 中国计量科学研究院89 第七节 低中频串联替代法 双通道低中频串联替代法双通道低中频串联替代法 中国计量科学研究院90 第八节 调制副载波法 中国计量科学研究院91 第八节 调制副载波法 优点 一个信号源，适合40GHz频段 缺点 系统复杂 测量速

31、度慢 不确定度大 量程小 中国计量科学研究院92 第三章小结第三章小结 方法方法频率范围频率范围量程量程不确定度不确定度系统复杂系统复杂 功率比功率比宽宽小小大大简单简单 音频替代音频替代宽宽大大小小较简单较简单 中频替代中频替代宽宽大大较小较小较简单较简单 射频替代射频替代宽宽大大大大较简单较简单 调制副载波调制副载波宽宽小小大大复杂复杂 测量接收机测量接收机宽宽大大较大较大简单简单 网络分析仪网络分析仪宽宽小小大大简单简单 中国计量科学研究院93 第四章第四章 衰减测量不确定度分析衰减测量不确定度分析 第一节第一节 衰减测量不确定度概述衰减测量不确定度概述 第二节第二节 FSMR测量接收机

32、衰减测量不确定测量接收机衰减测量不确定 度评定度评定 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量不确定低中频串联替代法衰减测量不确定 度评定度评定 中国计量科学研究院94 第一节第一节 衰减测量不确定度概述衰减测量不确定度概述 宁大勿小！宁大勿小！ 避免重复！避免重复！ 中国计量科学研究院95 第一节第一节 衰减测量不确定度概述衰减测量不确定度概述 -参考标准的不确定度参考标准的不确定度 -失配不确定度失配不确定度 -泄露不确定度泄露不确定度 -非线性不确定度非线性不确定度 -噪声不确定度噪声不确定度 -分辨率不确定度分辨率不确定度 -A类统计不确定度类统计不确定度 中国计量科学研究院96 第二节

33、第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定 FSMR测量衰减 不确定度 2 1 2 1 log20log10 U U P P A 2 2 1 1 21 69. 869. 8 U U U U U A U A A 中国计量科学研究院97 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定 由于是U1较大的电压，因此对测量U1有影响的因 素有调谐电平测量非线性，分辨率不确定度和失 配；由于是U2较小的电压，因此对测量U2有影响 的因素有量程变换（可能），分辨率不确定度， 泄漏，噪声和失配。 因此综上所述，测量接收机测量衰减有如下不

34、确 定度来源：调谐电平测量非线性不确定度，量程 变换的校准不确定度，分辨率不确定度，由噪声 引入的不确定度、失配不确定度，泄漏不确定度 以及A类统计不确定度。 中国计量科学研究院98 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 非线性不确定度评定非线性不确定度评定 非线性指标为0.01dB0.005dB/10dB 中国计量科学研究院99 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 验证试验 分别在信号源点评-10dBm至40dBm测量 10dB衰减量。 中国计量科学研究院100 第二

35、节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 信 号 （ d B m ） 衰减(dB) 30 M H z 500 M H z 2G H z 10G H z 18G H z 40 G H z -109.9 7 6 9.9 7 0 9.9 8 1 10. 0 0 2 9.9 9 0 10. 1 5 2 -209.9 7 6 9.9 7 5 9.9 8 1 9.9 9 8 9.9 9 1 10. 1 4 4 -309.9 7 5 9.9 7 1 9.9 7 8 10. 0 0 1 9.9 9 0 10. 1 4 3 中国计量科学研究院101 第二节第

36、二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-量程变换量程变换 FSMR的量程变换误差指标分频段给出 0.005dB（100kHz22GHz） 0.015dB（22GHz40GHz） 0.045dB（40GHz50GHz）。 中国计量科学研究院102 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-量程变换量程变换 量程量程 变换变换 前前 后后 衰减衰减(dB) 30M H z 500M H z 2GHz10GH z 18GH z 40GH z 变换变换 前前 9.9739.9729.98110.00 0 9.99210.

37、15 0 变换变换 后后 9.9709.9759.98110.00 2 9.99010.14 5 中国计量科学研究院103 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-分辨率分辨率 FSMR的分辨率误差小于0.002dB 中国计量科学研究院104 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-噪声噪声 频率 (MHz) 噪声底电平 (dBm) 噪声普密度 (dBm/Hz) 频率 (MHz) 噪声底电平 (dBm) 噪声普密度 (dBm/Hz) 0.01-135-1103.68-142-152 0.1-135-11

38、0813-141-151 1-142-1401318-140-150 10-140-1531822-139-149 0.022-142-1522226.5-138-148 23.6-140-15026.532-131-141 3240-126-136 中国计量科学研究院105 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-噪声噪声 噪声引入的不确定度噪声引入的不确定度 )(69. 8dB p p A s n n 噪声功率为噪声功率为pn=pnf B ， （pnf为噪声普密度）为噪声普密度） 中国计量科学研究院106 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测

39、量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-噪声噪声 信号源：信号源：10dBm，衰减器两端各有，衰减器两端各有10dB固定衰固定衰 减器作隔离，噪声带宽减器作隔离，噪声带宽10Hz 衰减衰减 (dB) 标准不确定度标准不确定度(dB) 0.1MHz18GHz26.5GHz40GHz 500.00150.00090.0010.009 600.0050.00270.0030.027 700.0150.0090.010.09 800.050.0270.030.27 900.150.090.10.9 1000.50.270.32.7 中国计量科学研究院107 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减

40、测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-噪声噪声 信号源：信号源：10dBm，衰减器两端各有，衰减器两端各有10dB固定衰固定衰 减器作隔离，噪声带宽减器作隔离，噪声带宽1Hz 衰衰 减减 (dB) 标准不确定度标准不确定度(dB) 0.1MHz 18GHz26.5GH z 40GHz 500.00050.000030.00030.003 600.00150.00090.0010.009 700.0050.00270.0030.027 800.0150.0090.010.09 900.050.0270.030.27 1000.150.090.10.9 中国计量科学研究院108 第二节

41、第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-噪声噪声 增加测量次数增加测量次数 检波带宽检波带宽fb与测量时间与测量时间Tm以及平均次数以及平均次数N的关系为的关系为 )( 86. 3 Hz NT f m b 多次测量不确定度用式（多次测量不确定度用式（4）计算）计算 ) 1( )( 1 2 nn AA u n i i a 中国计量科学研究院109 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-失配失配 2/1 4 21 4 21 222 22 2 22 22 11 2 11 2 )()()( 2 686. 8 ebL

42、GebLebGMIS ssssssu 中国计量科学研究院110 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-合成合成 uU uuuuuu misnrdl 2 2222 中国计量科学研究院111 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评定-合成合成 衰减量 程 （dB） ul （dB） ur （dB） ud（dB）un（dB）U（dB） 22GHz40GHz 0.1MH z 18GHz 26.5GH z 40GHz 0.1M H z 18GH z 26.5G Hz 40GH z 100.0050.00100000

43、00.0100.0100.0100.010 200.0070.0010000000.0140.0140.0140.014 300.0090.0010.0020.00500000.0190.0190.0210.021 400.0110.0010.0020.0050000.0010.0220.0220.0240.024 500.0130.0010.0020.005 0.00050.000030.00030.003 0.0260.0260.0280.029 600.0150.0010.0020.005 0.00150.00090.0010.009 0.0300.0300.0320.036 700.0

44、170.0010.0020.005 0.0050.00270.0030.027 0.0360.0350.0360.065 800.0190.0010.0020.005 0.0150.0090.010.09 0.0490.0420.0440.184 900.0210.0010.0020.005 0.050.0270.030.27 0.1090.0690.0740.542 1000.0230.0010.0020.005 0.150.090.10.9 0.3040.1860.2051.801 中国计量科学研究院112 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评定不确定度评

45、定-验证验证 2GHz AFSMRPAS-1Berror 109.9259.91540.0096 2019.9919.98180.0082 3029.91429.90840.0056 4040.00240.00080.0012 5049.93149.92720.0038 6059.98759.991-0.004 7069.92169.9216-0.0006 8080.11480.1202-0.0062 9090.05190.0672-0.0162 100100.135100.1858-0.0508 中国计量科学研究院113 第二节第二节 FSMR测量接收机衰减测量测量接收机衰减测量 不确定度评

46、定不确定度评定-验证验证 20GHz AFSMRPAS-1Berror 1010.0710.0744-0.0044 2019.82419.81930.0047 3030.13830.11880.0192 4040.2140.20860.0014 5049.95349.94160.0114 6060.2960.28160.0084 7070.36670.3772-0.0112 8080.11380.10750.0055 9090.18590.1989-0.0139 中国计量科学研究院114 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定 衰减测量计算公式

47、衰减测量计算公式 不确定度计算公式不确定度计算公式 021 012 10 log20 UD UD A )(69.8 22122 2 1 1 2 2 1 1 p p p p m m m m s g g g g k k k k U U U U D D D D A 中国计量科学研究院115 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定 D1和和D2是感应分压器的误差项，主要来源于是感应分压器的误差项，主要来源于 比值误差、负载效应误差和零位电势误差；比值误差、负载效应误差和零位电势误差； U1和和U2是电压测量误差项，主要来源于电压是电压测量误差项，主要来

48、源于电压 测量分辨率和噪声引入的误差；测量分辨率和噪声引入的误差；km来源于混频来源于混频 器的非线性；器的非线性；gp来源于预放的非线性。由于非来源于预放的非线性。由于非 线性主要来自大信号（衰减量程为零），小信号线性主要来自大信号（衰减量程为零），小信号 （大衰减）时，此项误差为一小量，可忽略。（大衰减）时，此项误差为一小量，可忽略。 中国计量科学研究院116 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定 )(69.8 112 2 1 1 2 2 1 1 p p m m s g g k k U U U U D D D D A 中国计量科学研究院1

49、17 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD 分压比值误差 负载效应误差 零位电势误差。 中国计量科学研究院118 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD 单盘分压比值误差一般为小于610-6 组合误差小于210-5 )(69.8 2 2 1 1 D D D D ADS 标准不确定度标准不确定度uDR为为0.4mdB 中国计量科学研究院119 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD 零位电势误差小于 810-8 )cos2

50、(34. 4 2 2 D D D D eA EE Dzero 衰减量程为衰减量程为100 dB时，时，D约为约为10-5，计算可得衰减测量误差，计算可得衰减测量误差 0.07dB。 考虑到角度问题，实际的误差会更小些（实际的测量数据证考虑到角度问题，实际的误差会更小些（实际的测量数据证 明），因此该项误差的标准不确定度应小于明），因此该项误差的标准不确定度应小于0.04dB，衰减量，衰减量 程每减小程每减小10 dB，该项不确定度就减小，该项不确定度就减小3.16倍。倍。 中国计量科学研究院120 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD

51、 22 DzeroDRD uuu 中国计量科学研究院121 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD 衰减量程衰减量程 （dB） 分压比值不确定度分压比值不确定度 uDR（mdB） 零位电势不确定度零位电势不确定度 uDzero（mdB） 感应分压器不确定度感应分压器不确定度 uD（mdB） 100.400.4 200.400.4 300.400.4 400.400.4 500.40.20.4 600.40.40.6 700.41.41.5 800.444.0 900.41414.0 1000.44040.0 中国计量科学研究院122 第

52、三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-IVD 验证试验验证试验 通过试验可验证感应分压器不确定度的分析，实通过试验可验证感应分压器不确定度的分析，实 验方法为通过在不同的感应分压器位置测量同一个衰减验方法为通过在不同的感应分压器位置测量同一个衰减 值值 中国计量科学研究院123 感应分压器感应分压器测量结果（测量结果（dB）感应分压器感应分压器测量结果（测量结果（dB） 900000009.92509000009.924198 800000009.92488000009.92427 700000009.92617000009.924763 60

53、0000009.92576000009.924026 500000009.92525000009.924107 400000009.92484000009.923942 300000009.92463000009.923989 200000009.92572000009.924745 100000009.92541000009.923853 90000009.9248900009.921927 80000009.9248800009.925578 70000009.9248700009.924164 60000009.9246600009.923279 50000009.9254500009.

54、923929 40000009.9249400009.927236 30000009.9252300009.926828 20000009.9256200009.924868 10000009.9259100009.924653 中国计量科学研究院124 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 混频器非线性和预放非线性混频器非线性和预放非线性 中国计量科学研究院125 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 预放非线性预放非线性 预放非线性的非线性是可忽略的小量预放非

55、线性的非线性是可忽略的小量 中国计量科学研究院126 10kHz，衰减标称值：，衰减标称值：10dB，测量次数：，测量次数：5次，被测衰减器的两端各接次，被测衰减器的两端各接10dB固定衰减器固定衰减器 信号源的输出功率 (dBm) 平均值（dB）不确定度（dB） +39.92442.33E-04 -79.92448.12E-04 -179.92443.14E-04 -279.92394.90E-04 -379.92415.15E-04 -479.92425.07E-04 -579.92657.33E-04 -679.92142.16E-03 -779.91614.96E-03 -879.90

56、087.46E-03 -979.75295.45E-02 中国计量科学研究院127 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 混频器非线性混频器非线性 2 1 . 1 rAMIXER r2是信号功率与本振功率之比是信号功率与本振功率之比 中国计量科学研究院128 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-非线性非线性 大信号时，uN-L为10mdB； 小信号时，uN-L为1mdB。 中国计量科学研究院129 30MHz，衰减标称值：，衰减标称值：10dB，测量次数：，测量次数：5次，被

57、测衰减器的两端各接次，被测衰减器的两端各接10dB固定衰减器固定衰减器 信号源的信号源的 输出功率输出功率 (dBm) 平均值（平均值（dB）不确定度不确定度 （dB） +109.91729.99E-04 09.92202.26E-04 -109.92414.34E-04 -209.92432.13E-04 -309.92511.29E-03 -409.92493.71E-04 -509.92681.89E-03 -609.92016.85E-03 -709.92757.18E-03 -809.97294.48E-02 -909.79211.41E-01 中国计量科学研究院130 第三节第三节

58、 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 分辨率误差 整机稳定度误差 噪声误差 中国计量科学研究院131 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 分辨率误差分辨率误差 锁定放大器用锁定放大器用16bit A/D，满量程时的分辨，满量程时的分辨 率为率为16bit，考虑到实际情况以，考虑到实际情况以14bit计算计算 )(69.8 2 2 1 1 U U U U AUL 衰减测量误差小于衰减测量误差小于0.001 dB，该项误差服从均匀分布，故

59、标，该项误差服从均匀分布，故标 准不确定度准不确定度uUS小于小于0.6mdB 中国计量科学研究院132 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 整机稳定度误差 当衰减测量接收机充分预热（1小时）后， 实验得出该项误差小于0.001 dB（该实验 结果实际上包含了被测衰减器的重复性）。 这项误差服从正态分布，故标准不确定度 uSH为0.3mdB。 中国计量科学研究院133 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 噪声误差噪声误差

60、 当输入为信号和噪声时，锁定放大器输出当输入为信号和噪声时，锁定放大器输出 为为 s n p p Aty1)( 0 A是信号的幅度是信号的幅度 中国计量科学研究院134 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 噪声误差噪声误差 衰减器测量由噪声引入的误差为衰减器测量由噪声引入的误差为 s n n p p A69. 8 中国计量科学研究院135 第三节第三节 低中频串联替代法衰减测量低中频串联替代法衰减测量 不确定度评定不确定度评定-电压测量不确定度电压测量不确定度 噪声误差噪声误差 50系统的白噪声功率普密度为