(0.2～40)GHz电磁兼容喇叭天线校准规范

JJF1893—20211(0.2~40)GHz电磁兼容喇叭天线校准规范1范围本规范适用于符合CISPR16-1-6:2014、ANSIC63.5—2006和SAEARP958D—2003要求的电磁兼容测试用喇叭天线的校准,频率范围为0.2GHz~40GHz,其他喇叭天线可参照本规范执行。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF-2008无线电计量名词术语及其定义GB/T4365—2003电磁兼容术语(idtIEC50(161):90)ANSIC63.5—2006电磁兼容美国国家标准电磁骚扰的辐射发射(EMI)测量控制(9kHz~40GHz)频段天线校准[AmericanNationalStandardforElectromag-neticCompatibility—RadiatedEmissionMeasurementsinElectromagneticInterference(EMI)Control—CalibrationofAntennas(9kHzto40GHz)]SAEARP958—2003电磁骚扰测量天线标准校准方法(ElectromagneticInterfer-enceMeasurementAntennasStandardCalibrationMethod)CISPR16-1-5:2014无线电骚扰和抗扰度测量设备校准方法第1-5部分:用于5MHz~18GHz频段辐射发射测量和抗扰度测量的天线校准场地和参考场地(Specifi-cationforradiodisturvanceandimmunitymeasuringapparatusmethods—Part1-5:Radiodisturbanceandimmunitymeasuringapparatus—Antennacalibrationsitesandref-erencetestsitesfor5MHzto18GHz)CISPR16-1-6:2014无线电骚扰和抗扰度测量仪器和测量方法第1-6部分:辐射骚扰和抗扰度测量仪器电磁兼容天线校准(Specificationforradiodisturbanceandimmunitymeasuringapparatusandmethods—Part1-6:Radiodisturbanceandim-munitymeasuringapparatus—EMCan凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和计量单位3.1自由空间天线系数freespaceantennafactorAFa在一个自由空间环境中,从对应于天线的机械视轴方向上(即天线的主轴线)入射到天线位置的平面波的电场强度,与在一个连接到天线端口的指定负载上产生的电压的JJF1893—20212比值。单位为dB/m。3.21m天线系数antennafactorfor1mAF1m参照SAEARP958D—2003的方式确定的天线1m增益,借助远场条件下天线增益与天线系数的关系所导出的天线系数。单位为dB/m。注:1m天线系数用于EMC领域中符合性方面的测试,不能直接用于绝对场强测量和评价。其表达式见附录D。3.3天线端口电压驻波比antennavoltagestandingwaveratioVSWR在自由空间中,天线输入端口所呈现的电压驻波比。3.4标准天线standardantenna能够精确计算或精确测量天线系数的天线,在标准天线法中,标准天线的天线系数作为参考测量的参考值。4概述电磁兼容测试用喇叭天线主要用于测量受试设备(EUT)向外辐射的电磁波场强,以及用于产生辐射抗扰度实验所需的场强。电磁兼容喇叭天线通常包括角锥喇叭天线和双脊波导喇叭天线,许多电磁兼容喇叭天线(以下简称天线)为宽带天线,并用于在固定距离上进行相应的测试,通常测试距离为1m、3m等。5计量特性5.1天线系数AF(0.0~60.0)dB/m(0.2GHz≤f≤40GHz)。5.2天线半功率波束宽度HPBW0.0°~360.0°(0.75GHz≤f≤40GHz)。5.3天线端口电压驻波比VSWR≤2.5(0.2GHz≤f≤40GHz)。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度:(23±5)℃。6.1.2相对湿度:≤80%。6.1.3电源要求:(220±22)V,(50±1)Hz。6.1.4周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。6.2校准用设备6.2.1测试场地(0.2~40)GHz频段内推荐使用全电波暗室。JJF1893—20213注:场地确认方法参见CISPR16-1-5:2014。6.2.2校准用仪器6.2.2.1网络分析仪频率范围:(0.2~40)GHz;内置源或外部信号源的输出功率:不低于5dBm;校准套件:(0.2~40)GHz的机械或电子校准件;动态范围:在(0.2~40)GHz全频段范围优于80dB。6.2.2.2测距仪器测距最大允许误差:±0.5mm。6.2.2.3标准天线频率范围:(0.75~40)GHz;天线系数:不确定度U=0.2dB(k=2)6.2.2.4天线转台的方位、极化转动定位控制系统转台方位角0°~360°可顺时针或逆时针旋转,角度步进不大于1.0°;极化器转角0°~360°可顺时针或逆时针旋转,角度步进不大于1.0°。天线转台的承重需要与待校天线及相应的天线夹具相匹配。天线转台和极化器均需要内置连接同轴电缆用的旋转关节,其工作频段需在40GHz以内。6.2.3辅助设备6.2.3.1参考天线频率范围:(0.2~40)GHz。注:1参考天线用于被校天线半功率波束宽度的校准,以及标准天线法中辐射发射场的产生。2半功率波束宽度校准时建议选用辐射波束窄、增益高的发射天线;用标准天线法时选用满足场地远场条件2D2/λ的天线。其中D是被校准天线的口面尺寸,λ是测试频率对应的波长,单位均为m。6.2.3.2发射、接收天线塔用于安装定位收发天线,天线塔满足承重和架设高度要求。6.2.3.3天线夹具实现收发天线与天线塔的精确安装和定位,在满足使用要求的前提下,体积应尽可能小,并在天线口面后方的天线塔上局部安装遮挡吸波材料,抑制天线塔、夹具对电磁波的反射。7校准项目和校准方法7.1校准项目校准项目如表1所示。JJF1893—20214表1校准项目表序号校准项目1外观及工作正常性检查23m天线系数AF3m(0.75~40)GHz31m天线系数AF1m(0.2~40)GHz4天线半功率波束宽度HPBW(0.75~40)GHz5天线端口电压驻波比VSWR(0.2~40)GHz7.2校准方法7.2.1外观及工作正常性检查7.2.1.1完成视觉检查,确认被校准天线机械或结构完好,接触面无氧化污损。7.2.1.2天线连接器pin深度检查:检查确认被测天线N型(或SMA、2.92mm、2.4mm等)接头的pin深度,确保符合标准的偏差要求,表2给出N型接头pin深度允差参考值。表2N型连接器pin深度允差N型连接器pin深度/mm阳-0.05~+0.05阴-0.05~+0.257.2.1.3根据校准的频率范围对天线端口驻波比检查:测量被校准天线端口电压驻波比,确保天线的端口VSWR满足产品技术指标要求。7.2.23m天线系数AF3m(0.75~40)GHz7.2.2.1标准天线法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)天线安装设置将发射天线、标准天线(天线系数已知为AFR)分别以相同极化方式安装到发射天线和接收天线塔上,并在收发天线端口分别连接一个6dB衰减器,调整天线转台的平动平台和升降塔高度,使得收发天线的主轴对正;微调收发天线的极化,实现极化初步匹配,测量确认收发天线的间距R(标准天线的参考点一般已经给出)。c)仪表设置及测量频率点的校准设置网络分析仪为连续波测量模式,测量参数为S21;依据需要设置校准频率点、中频带宽、源输出幅度,保证参考测量的电平幅值进入网络分析仪系统的动态范围内;以网络分析仪与收、发天线相连的两个端口为参考面,对网络分析仪进行全双端口校准,保存相应频点的校准文件FA1;选择其他频点进行同样操作,保存相应校准状态文件FAi。注:1为提高校准效率,网络分析仪也可以设置为扫频测量模式,并相应设置起始频率、终止频JJF1893—20215率、频率步进或测量点数等,其他设置均与本项相同;2如果采用频谱仪和信号源的方式,则需要考虑各端口反射对校准结果的影响;3必要时,可在收、发天线端口与连接网络分析仪的电缆之间分别加接衰减器(建议衰减量为6dB,端口驻波VSWR<1.1)。d)参考测量将收发电缆端口(如有加衰减器,则在衰减器端口)分别与标准天线和发射天线相连,见图1。调用相应校准频点的校准状态文件FAi,然后测量S21,调整标准接收天线的极化器,使得测量的S21为最大值,并记录于表A.1“标准天线测量值S21-Ref”对应列中,单位为dB。图1标准天线连接示意图e)被校准天线的测量用被校准天线替代标准天线作为接收天线,确保收发天线距离R不变(被校准天线的参考位置一般取口面位置),如图2所示。重复步骤d),并将此时该频点上的测量值S21-Test(单位为dB)记录于表A.1“被校天线测量值”对应列中。图2被校天线连接示意图f)其他频点的测量选择下一个校准频率,执行步骤d)~e),完成其他频点的校准。g)验证测量在完成校准后,需要再次将与天线端口相连的接收和发射电缆端口直通连接,记下相应直通时的测量值S21-Direct(单位为dB),并依据|S21-Direct|是否小于0.1dB进行判定:1)当|S21-Direct|≤0.1dB,则判定本次结果有效;JJF1893—202162)当|S21-Direct|>0.1dB,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到满足条件1)为止。h)数据处理将上述校准结果分别代入式(1),计算得到被校准天线的天线系数AFTest,记录于表A.1“天线系数”对应列中。AFTest=AFRef+(S21-Ref-S21-Test)(1)式中:AFTest—被校准天线的天线系数,dB/m;AFRef—标准天线的天线系数,dB/m;S21-Ref、S21-Test———分别为连接标准天线和被校准天线时S21的模值,dB。7.2.2.2三天线法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)仪表设置和全双端口校准设置网络分析仪为扫频测量模式,依据实际需要设置起始频率、终止频率、扫频步进或频点;设置中频带宽IF、源输出电平,使得测量的电平幅值进入系统的动态范围内(如采用频谱仪加信号源时,设置信号源的输出幅度,频谱分析仪的参数,使得参考测量时测量电平在频谱分析仪的动态范围内)。按照图3所示,用标准校准件(机械或电子)在与收发天线端口直接相连的两个电缆端口(校准参考端面)对网络分析仪系统进行全双端口校准。图3全双端口校准连接框图c)天线安装及其调试对正按图4所示,首先将1号天线和2号天线分别与连接到源端和接收端的6dB衰减器连接,调整天线平动平台,升降平台位置,使得收发天线的主轴在同一直线上,调整收发天线口面的距离(可用激光测距仪测量该距离),达到需要的距离(R=3m)。注:建议三只天线中有一只天线的天线系数为已知,以方便判断测量过程中的问题,提高效率等。d)极化匹配调整利用水平尺,初调收发天线的极化匹配,使收发天线处于同一极化方式(水平、垂7直);调整接收天线极化角度,使网络分析仪S21达到最大值。e)记录网络分析仪S21测量值于表A.2“L12”对应列中,即为两天线之间的空间插入损耗(可运行自动测量程序实现)。f)用3号天线置换2号天线,重复操作步骤d),完成空间插入损耗L13的测量,并将测量值记录于表A.2“L13”对应列中。g)用2号天线置换1号天线,重复操作步骤d),完成空间插入损耗L23的测量,并将测量值记录于表A.2“L23”对应列中。图4三天线法测量示意图h)验证测量在完成校准测量后,需要再次将与天线端口相连的接收和发射电缆端口直通连接,记下相应直通时S21-Direct的测量值(单位为dB)并依据|S21-Direct|是否小于0.1dB进行判定:1)若|S21-Direct|≤0.1dB,则判定本次结果有效;2)若|S21-Direct|>0.1dB,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到满足条件1)。i)数据处理将上述测量结果分别代入式(2)~式(4),可得到被校天线的天线系数,并记录于表A.2“AF1、AF2、AF3”对应列中。AF1=(L12+L13-L23)-(K012+K013-K023)(2)AF2=(L12+L23-L13)-(K012+K023-K013)(3)AF3=(L13+L23-L12)-(K013+K023-K012)(4)其中在全电波暗室中(近似自由空间中):K0ij=20lg-20lg(5)式中:L12、L13、L23———被校准天线对的空间插入损耗,dB;8f—对应的信号频率,MHz;R—被校准的天线对口面的距离,m;AF1、AF2、AF3———被校天线的天线系数,dB/m;Z0—测量设备的特性阻抗,Ω;η—自由空间的固有阻抗(约376.7Ω)。7.2.2.3互易法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)仪表设置和全双端口校准设置网络分析仪为扫频测量模式,依据实际需要设置起始频率、终止频率、扫频步进或频点;设置中频带宽IF、源输出电平,使得测量的电平幅值进入系统的动态范围内(如采用频谱仪加信号源时,设置信号源的输出幅度、频谱分析仪的参数,使得参考测量时测量电平在频谱分析仪的动态范围内)。按照图3用标准校准件(机械或电子)在与收发天线端口直接相连的两个电缆端口间使用相应的校准组件进行全双端口校准。c)天线安装及其调试对正按图4所示,将两只型号规格一致或近似的天线(含被校准天线)分别与连接到源端和接收端的6dB衰减器连接,调整天线平动平台,升降平台位置,使得收发天线的主轴在同一直线上,用激光测距仪调整收发天线口面的距离,达到需要的距离(R=3m)。d)极化匹配调整利用水平尺,初调收发天线的极化匹配,使收发天线处于同一极化方式(水平、垂直);调整接收天线极化角度,使网络分析仪S21达到最大值。e)将网络分析仪S21测量值作为两天线之间的空间插入损耗L(可运行自动测量程序实现)记录于表A.3。f)验证测量在完成校准测量后,需要再次将与天线端口相连的接收和发射电缆端口直通连接,记下相应直通时S21-Direct的测量值(单位为dB),并依据|S21-Direct|是否小于0.1dB进行判定:1)若|S21-Direct|≤0.1dB,则判定本次结果有效;2)若|S21-Direct|>0.1dB,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到满足条件1)。g)数据处理互易法是三天线法的一个特例,是用两只型号特性一致的天线,并假设两只天线的天线系数相等。其数据处理公式可从三天线法的公式中推导出来,这里略去推导过程。将上述测量的数据分别代入公式(6),即可得到被校天线的天线系数。AF=(L-K)(6)9式中:L、K—分别对应公式(2)或公式(3)、公式(4)中的L和K项。7.2.31m天线系数AF1m(0.2~40)GHz校准步骤和数据处理如下。7.2.3.1开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。7.2.3.2仪表设置和全双端口校准设置矢量网络分析仪的测量模式为(CW)模式,依据需要设置校准的频率点,设输出幅度,频谱分析仪的参数,使得测量电平在频谱分析仪的动态范围内),针对与网络分析仪连接的收发电缆的另外两个端口分别连接一个10dB/50Ω衰减器并进行全双端口校准(分别对收发端口进行开路、短路、负载和直通校准)保存相应频点的校准状态文件FA1,选择其他频点进行上述同样的操作,并保存相应的校准状态文件FAi。7.2.3.3天线安装及其调试对正如图5所示,首先将一对一样的天线(电器特性和几何尺寸均相同)分别安装到发射天线和接收天线塔上,调整天线转台的平动平台和升降塔高度,使得收发天线的主轴对正;调整收发天线的极化,实现极化初步目视匹配;用激光测距仪调整收发天线口面的距离,达到需要的距离R=1m。7.2.3.4极化匹配调整首先初调收发天线的极化匹配,使收发天线处于同一极化方式(水平、垂直),其次用网络分析仪测量S21,调整接收天线极化角度,使得接收信号达到最大值,完成极化匹配调整。7.2.3.5双天线端口间S21的测量测量双天线端口间的S21,完成天线端口间插入损耗L12的测量(可运行自动测量程序实现)见图5,并将S21测量数据记录于表A.4。图51m天线系数校准测量示意图注:网络分析仪也可以设置为扫频模式,并相应设置起始、终止频点、频率步进和点数等,相应的其他设置均与上述不变,这样可以提高校准效率。JJF1893—2021107.2.3.6验证测量在完成校准测量后,需要再次将与天线端口相连的接收和发射电缆端口直通连接,记下相应直通时S21-Direct的测量值(单位为dB),并依据|S21-Direct|的值是否小于0.1dB进行判定:1)若|S21-Direct|≤0.1dB,则判定本次结果有效;2)若|S21-Direct|>0.1dB,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到实现条件1)的结论。7.2.3.7数据处理该方法是用两只型号特性一致的天线,并假设两只天线的天线系数相等,从互易法公式推导出来,参见附录D。将上述测量的结果代入式(7),得到被校准天线的天线系数:AF1m=-16.004+10lg(fM)-0.5S21(7)注:使用三天线法的公式也可以推导出用三天线法校准获得的1m天线系数,过程可参考三天线法的天线系数计算公式。7.2.4天线半功率波束宽度HPBW(0.75~40)GHz校准步骤及其数据处理如下。7.2.4.1开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。7.2.4.2仪表设置a)网络分析仪设置设置网络分析仪为连续波(CW)模式,依据实际需要设置测量频率点;设置中频带宽IF=(10~1000)Hz;源输出设置为适当的幅度;使得测量的电平幅值进入系统的动态范围内(如采用频谱仪加信号源时,设置信号源的输出幅度、频谱分析仪的参数,使得参考测量时测量电平在频谱分析仪的动态范围内)。b)转台设置设置方位转台的转动分辨率、转动速度,转动角度范围,确认转动方向;上述设置建议采用程序控制实现。图6半功率波束宽度(HPBW)测量JJF1893—2021117.2.4.3天线安装设置及转台方位的初始化如图6所示,将发射和被校天线口面正向面对,分别安装到发射和接收天线塔上;调整天线平动平台位置,使得收发天线的主轴在同一直线上;利用水平尺微调整,使收发天线处于同一极化方式;用激光测距仪测量收发天线口面间距并调整间距,使其满足一;天线方位转台的方位角到θ0=180°,使得接收天线口面7.2.4.4相对幅度方向图数据测量a)在方位角180°初始位置记录相应的S21-180,按照设置的步进和规定的方向转动一个角度δ(推荐δ=1°),在新的位置再次测量S21-180+δ,并记录该值;以此类推,让天线转台按同一方向转动同样的步进角度δ,并记录对应的S21+iδ,最后在所需测量的空间内完成不同方位角度上插入损耗L的测量,并得到一组与方位角对应的L值序列:b)将各个方位角及对应的插入损耗测量值L记录于表A.5中相应位置。7.2.4.5数据处理L={S21-180,S21-180+δ,S21-180+2δ,…,S21-180+iδ,b)将各个方位角及对应的插入损耗测量值L记录于表A.5中相应位置。7.2.4.5数据处理a)数据的归一化:从上述各个方位角上测量的插入损耗L中取最大幅度值Lmax,并用L数组中的每一项减去Lmax(这里取值单位均为dB,如果为绝对单位则是比值),得到一个归一化到最大值的新数组,记为L1。L1={S21-180-Lmax,S21-180+δ-Lmax,S21-180+2δ-Lmax,…,S21-180+iδ-Lmax,…,0,…,S21+180-Lmax}b)将新数组中对应项记录于表A.5中相应位置。c)求得半功率波束宽度HPBW:从新数组L1中,在幅值为-3dB的两个位置确和θ2,最后得到半功率波束宽度:HPBW=|θ1-θ2|,记录7.2.4.6测量其余频率点的半功率波束宽度(HPBW)改变网络分析仪工作频率,重复步骤7.2.4.2~7.2.4.5,测量其余频率点的半功率波束宽度。7.2.5天线端口电压驻波比VSWR(0.2~40)GHz7.2.5.1校准步骤a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)网络分析仪设置校准根据实际测测量频段,设置网络分析仪的测量起始、终止频率,设置频点数;设置中频带宽IF;源输出设置为适当的幅度;选取网络分析仪的某一端口进行校准,如选择Port1端口,则选择测量S11,显示模式选择VSWR;选用一条适当长度的稳幅稳相的高性能电缆与所选择端口连接,选取适当的机械或电子校准件,在该电缆另一端进行开路、短路、负载校准。c)天线端口驻波测量将被校准天线安装到天线塔上,确保天线周围没有反射物,将该电缆另一端与被测JJF1893—202112天线相连,运行测量程序(或手动测量)并保存测量结果(回波损耗或电压驻波比VSWR)。7.2.5.2结果处理将测量结果记录于表A.6对应列中,或直接存储并绘制端口驻波图。8校准结果表达天线校准后出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的说明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。JJF1893—202113附录A原始记录格式外观及工作正常性检查表A.1标准天线法天线系数频率GHz标准天线系数dB/m标准天线测量值S21-RefdB被校天线测量值S21-TestdB天线系数dB/m表A.2三天线法天线系数(增益-无驻波修正)频率GHz距离mK0ijdBL12dBL13dBL23dBAF1dB/mAF2dB/mAF3dB/m14表A.3互易法天线系数频率GHz距离mK0ijdBLdBAFdB/m表A.41m天线系数频率GHzS21dBAFdB/m15表A.5天线半功率波束宽度(频率:)方位角θ(°)插入损耗LdB归一化后插入损耗L1dB半功率波束宽度HPBW(°)表A.6天线端口驻波频率fGHzS11dBVSWR16附录B校准证书内页格式B.1外观及工作正常性检查B.2天线系数频率fGHz天线系数AFdB/m扩展不确定度U(k=2)0.7540B.3天线半功率波束宽度频率fGHz半功率波束宽度HPBW(°)0.754017B.4天线端口驻波频率fGHz电压驻波比VSWR0.754018附录C主要项目校准不确定度评定示例本附录对EMC(0.2~2)GHz、(0.75~18)GHz双脊喇叭天线和(18~40)GHz频段的角锥喇叭天线的天线系数校准结果进行不确定度评定,对(0.75~40)GHz频段天线半功率波束宽度也进行了不确定度评定。C.1标准天线法校准天线的天线系数不确定度评定C.1.1测量模型根据公式(1)得到的天线系数测量模型:AFTest=AFRef+(S21STA-S21AUT)(C.1)C.1.2不确定度来源及标准不确定度评定C.1.2.1不确定度来源根据式(C.1)分析不确定度来源主要包括:—测量被校准天线的场地插入损耗S21AUT时引入的不确定度u1(S21AUT);—测量标准天线的场地插入损耗S21STA时引入的不确定度u2(S21STA);—引用标准天线确定感应电压时引入的不确定度u3(y)。C.1.2.2标准不确定度的评定C.1.2.2.1测量S21AUT时引入的不确定度u1(S21AUT)u1(S21AUT)包含的各分量见表(C.1)。u1(S21AUT)按式(C.2)计算:(C.2)u1(S21AUT)=u+u+u+upm+u(C.2)表C.1u1(S21AUT)的分量分量来源uS21网络分析仪测量S21引入uma天线端口的失配引入uam两天线对正偏差引入uapm线极化天线对间的极化失配引入urm系统重复测量引入a)网络分析仪测量S21引入的不确定度分量uS21以测试18GHz频点为例,参考矢量网络分析仪测量手册得到由网络分析仪本身引入S21的测量结果的不确定度,见表C.2。取整个频段最大值,US21=0.078dB(k=2),则uS21≈0.04dB。JJF1893—202119[1+(ΓeS11+ΓrS22+[1+(ΓeS11+ΓrS22+ΓeS11ΓrS22+S212ΓeΓr)]δM+-δM-=20lg11reee测量频点S21扩展不确定度(k=2)标准不确定度uS2118GHz-24.8dB0.078dB0.040dBb)天线端口的失配引入的不确定度分量uma根据微波衰减测量的理论,失配引起的极端偏差为:[1[1-(ΓΓ11S11++ΓΓ22S22++ΓΓSSrΓr22S22++21S212ΓΓrΓr)])](C.3)式中:Γe—网络分析仪源端的端口反射系数;Γr—网络分析仪接收端的端口反射系数;S11、S12、S21、S22———二端口网络4个S参数。测量4个S参数以及向源和接收端看进去的反射系数,然后针对对应的频点按照公式(C.3)计算,得到δma-12.4GHz=0.105dB、δma-15GHz=0.114dB、δma-18GHz=0.131dB在本频段取最大偏差,且其为反正弦分布,则得到:c)两天线对正偏差引入的0.10dB天线对正包含俯仰、方位对正以及高度、左右对正,由对正偏差引起的不确定度采用实验的方式,让天线对正产生一个可控的、可接受的偏差,然后通过试验确认其对测量结果的贡献,相关数据见表C.3。表C.3天线对正偏差引入的不确定度分量频点GHz俯仰偏差dB方位偏差dB高低及左右偏差dB最大偏差dB12.40.00760.05540.02000.055415.00.01400.07760.02620.077618.00.02000.09580.03730.0958由表C.3取最大偏差,δam-max=0.0985dB,则δam≈0.05dB。且δam分布判定为矩形分布,可得到:uam≈0.03dBd)线极化天线对间的极化失配引入的不确定度uapm在天线对实现极化匹配之后,通过使接收天线左右分别转动1°角,然后在(12.4~每个测量频点,取三组数据的最大偏差δmax-apm=0.08dB,其JJF1893—202120e)重复测量引入的不确pm/3≈0.05dB在(12.4~18)GHz频段,分别每隔0.01GHz测量场地插损,试验重复10次,应用式(C.3)处理测量的结果,按式(C.4)通过计算单次测量的实验标准偏差,得到urm,见表C.4。urm=式中:n—重复测量的次数;(S21-i-S21)2i=1n-1(C.4)S21-i—n次测量中的第i次测量的S21数据;S21—n次测量的S21的算数平均值。表C.4重复测量引入的不确定度分量频点GHz实验标准偏差dBurmdB测定次数18.00.10970.109710取三组数据的最大偏差0.11dB,则:f)测量S21AUC时引入的不确uA)dB依据公式(C.2),且各不确定度分量间正交不相关,则得到u1(S21AUT)为:u1(S21AUT)=u+u+u+upm+u≈0.16dBC.1.2.2.2用标准天线(STA)测量S21STA时引入的不确定度u2(S21STA)由于采用标准天线与用被测天线完成一样的过程,设置完全一致,所以这里省略分析,近似得到:u2(S21STA)=u1(S21AUT)=u+u+u+upm+u≈0.16dBC.1.2.2.3引用标准天线确定感应电压时引入的不确定度u3(y)确定感应电压引入的不确定度u3(y)包含的各个分量见表C.5,不确定度表达式为:u3(y)=u+u+u+u(C.5)表C.5u3(y)包含的不确定度分量分量来源uSTA标准天线的天线系数引入的不确定度分量uAP标准天线定位布置偏差导致感应电压差异引入的不确定度分量uAPC被校准天线和标准天线的相位中心的偏差引入的不确定度分量uAD标准天线与被校准天线的指向性差异引入的不确定度分量JJF1893—202121a)标准天线(STA)天线系数引入的不确定度分量uSTA根据使用的标准天线校准报告提供的不确定度参数,可得到:uSTA=0.025dBb)标准天线(STA)定位布置偏差导致感应电压差异引入的不确定度分量uAP标准天线在测量时由于安装布置、定位系统的离散性,导致测量到的感应电压的差异,通过对标准天线的多次安装,并测量S21STA,确认这种偏差最大为0.04dB,并设其符合矩形分布,得到:uAP=0.04dB/3≈0.023dBc)被校准天线和标准天线的相位中心的偏差引入的不确定度分量uAPC当使用口面距离作为天线距离时,会由相位中心的位置带来偏差:δphasecenter=20lg(C.6)●相位中心图C.1天线的相位中心与测量距离如图C.1所示,d1F和d2F分别是发射和接收天线的相位中心到天线口面的距离。d是两天线口面间距离,dphasecenter是两天线相位中心的间距,le是天线的斜高,E为在天线口面的电场强度。d1F和d2F可以通过测试的方法确定,也可以通过数字仿真的方法确定。根据国际上对双脊喇叭天线的实验和分析经验,在3m测试距离上,天线的相位中心带来的误差,假定相位中心d2F-STA=0m,d2F-AUT=0.1m,用一个误差为0.05m来确定。根据式(C.6),可以计算得到:.05=20lg3+≈0.14dB其分布为矩形分布,得到uAPC≈0.081dB。d)标准天线与被校准天线的指向性差异引入的不确定度分量uAD考虑到暗室对不同指向性天线的反射影响的差异,采用保持标准天线对和被校准天线对两组测量的相对位置、间距固定,在转台中轴线的视轴中心位置、左右偏10cm的位置,沿中轴线后延30cm的4个位置,取水平和垂直两个极化方式在(12.4~18)GHz频段每隔0.1GHz分别测量,比较测量结果的偏差,并取偏差最大的天线对的测量结果在表C.6中列出。JJF1893—202122表C.6标准天线与被校准天线的指向性差异测量结果的变化极化方式(12.4~18)GHz频段上的不同位置的最大偏差dB前移10cm后移10cm左右各移10cm水平极化0.1140.112垂直极化0.1200.118由表(C.6)可知δmax-AD=0.12dB,其分布为矩形分布,则:uAD=δmax-AD/3≈0.069dBf)标准天线确认产生的感应电压引入的不确定度分量u3(y)根据公式(C.5)得到:u3(y)=u+u+u+u≈0.11dBC.1.3合成标准不确定度和扩展不确定度依据实际不确定度分量的来源,上述三个分量彼此独立不相关,其合成标准不确定度为:uc=u(S21AUT)+u(S21STA)+u(y)表C.7标准天线法校准EMC微波喇叭天线不确定度汇总表取包含因子k=2,则扩展不确定度为表C.7标准天线法校准EMC微波喇叭天线不确定度汇总表(示例用Ku波段标准天线)不确定度来源区间半宽度±dB概率分布包含因子标准不确定度dB网络分析仪测量不准0.078正态20.04天线端口失配0.13反正弦形 20.10天线对正偏差0.05矩形 30.03天线极化失配0.08矩形 30.05重复性0.11正态1.000.11测量被校准天线的场地插入损耗S21AUT时引入的u1(S21AUT)0.16测量标准天线场地插入损耗S21STA时引入的u2(S21STA)0.16标准天线定位、布置误差0.04矩形 30.023标准天线天线系数引入不确定度0.05正态2.00.02523表C.7(续)不确定度来源区间半宽度±dB概率分布包含因子标准不确定度dB标准天线和被校准天线相位中心的偏差引入0.14矩形 30.081标准天线与被校准天线的指向性差异引入0.12矩形 30.069u3(y)0.11合成标准不确定度uc0.24扩展不确定度UAF(k=2)0.50C.2三天线法校准电磁兼容喇叭天线的天线系数不确定度评定C.2.1测量模型及不确定度传播律C.2.1.1测量模型测量模型为:AF1=(L12+L13-L23)-(K012+K013-K023)(C.7)其中在全电波暗室中(近似自由空间中):K0ij=20lg·-20lg式中:L12、L13、L23———被校准天线对的空间插入损耗,dB;f—对应的信号频率,MHz;R—被校准的天线对口面的距离,m;AF—被校天线的天线系数,dB/m;Z0—测量设备的特性阻抗,Ω;η—自由空间的固有阻抗(约376.7Ω)。C.2.1.2不确定度传播律2u2(xi)2u2(xi)=[ciu(xi)]2灵敏系数为: c1=c2=c3=c4=c5=c6=c7=c8=c9=c11=c10=4.3C.2.2不确定度来源及标准不确定度评定C.2.2.1不确定度来源根据公式(C.7),影响天线系数AF测量结果的不确定度分量为:—网络分析仪测量S21引入的不确定度分量u1;(C.8)(C.9)JJF1893—202124—校准用适配器引入的不确定度分量u2;—天线的相位中心与天线口面的距离差引入的不确定度分量u3;—由于线极化天线对间的极化失配引入的不确定度分量u4;—天线间的耦合引入的不确定度分量u5;—天线端口的失配修正引入的不确定度分量u6;—由于暗室的反射引入的不确定度分量u7;—天线对正引入的不确定度分量u8;—天线近场效应引入的不确定度分量u9;—距离测量引入的不确定度分量u10;—重复测量引入的不确定度分量u11。C.2.2.2标准不确定度的评定C.2.2.2.1网络分析仪测量S21引入的不确定度分量u1由于校准标准的不完善性导致串扰残余、负载匹配残差、源匹配残差、传输跟踪残差等,均引入一定的系统误差;而机器内部的噪声、连接器的重复性和连接电缆的稳定性等也引入一定的随机误差。因此使用网络分析仪必然引入一定的误差。使用校准件在(18~40)GHz使用N4692A2.92mm电子校准套件,结合实际测量频点处给定的S21幅度范围,从矢量网络分析仪不确定度计算器(VectorNetworkAnalyzerUncertaintyCalculator)2.6.1版本计算得到在使用对应校准套件的情况下S21的幅度测量结果的不确定度,见表C.8。表C.8网络分析仪测量S21引入的不确定度测量频率范围S21dB扩展不确定度dB标准不确定度u1dB包含因子(26.5~40)GHz-300.280.14k=2C.2.2.2.2校准用适配器引入的不确定度分量u2在网络分析仪的直通连接校准测量时,应使用一个双阴直通连接器,但在实际的天线校准线路中,却不再使用这个双阴直通连接器,由此会给天线校准带来不确定度。双阴直通连接器失配带来的误差可以简单表示为:δVadaptor=20lg[1±(ΓTS11+ΓRS22+ΓTΓRS)](C.10)式中:ΓT和ΓR———发射和接收端口的反射系数;S11,S12,S21和S22———双阴直通连接器的四个S参数。一般情况下,一个良好的双阴直通连接(<0.05),而插入损耗都会小于0.1dB(>0.99)。在这种情况下,通过式(C.10)可以计算得到:δVadaptor=20lg[1±(0.1×0.1+0.1×0.1+0.1×0.1×0.992)]=0.06dBC.2.为o入的不确定度分量u3JJF1893—202125对于双脊喇叭天线来说,以喇叭天线的前端口面间的距离为两个相位中心的距离而引入的天线系数的误差是足够小的,忽略的这一项可以添加到不确定度项中,因而对于双脊喇叭天线,两个天线的距离就用口面间的距离来代替。图C.2天线的相位中心与测量距离当使用口面距离作为天线距离时,由相位中心的位置带来的误差为:δphasecenter=20lg(C.11)如图C.2所示,d1F和d2F分别是发射和接收天线的相位中心到天线口面的距离。d为两天线口面间距离,le是天线的斜高,E为在天线口面的电场强度,dphasecenter为两天线相位中心的间距,δphasecenter是由相位中心按照天线口面计算时引入的偏差。d1F和d2F可以通过测试的方法确定,也可以通过数字仿真的方法确定。根据国际上对双脊喇叭天线的实验和分析经验,对于(18~40)GHz的双脊喇叭天线,由于天线尺寸相应缩小,,可2F=0.03m,在1m距离测δphasecenter=20lgd+d+d2F=20lg105=0.25dBC.2.为p定度分量u4线极化天线对间的极化匹配是天线校准中一个非常重要的问题,为了确认失配影响,在进行不确定度评定时,假设极化匹配的偏差接收和发射天线各为1°。这样沿着主轴轴线的电场分量将是偏离角度的余弦函数,所带来的偏差为:δpolarization=20lg=0.02dBC.2.2.2.5喇叭天线间的耦合引入的不确定度分量u5其分布为矩形分布,则u4=δpolarizationC.2.2.2.5喇叭天线间的耦合引入的不确定度分量u5被测量的喇叭天线对之间会出现多次的反射,这种反射还包括相应的其他支撑设备的影响。当只用一个单值距离来确认自由空间的AF时,由于喇叭间的反射将会产生很大的影响。这种影响将直接影响到测量值的准确性。从18GHz到40GHz的驻波曲线见图C.3和图C.4可以看到,曲线以半个波长为周期振荡变化,主要显示了天线之间的耦合影响。将曲线的波峰值和波谷值相减,可以得到由天线间相互耦合和多路径耦合引入的不确定度。JJF1893—202126图C.318GHz空间驻波曲线由图可获得最大偏差δmax=0.6dB,其半宽为δamc=0.3dB,其分布为矩形分布,则u5=δamc/3≈0.17dB。图C.440GHz空间驻波曲线C.2.2.2.6天线测量时天线端口的失配修正引入的不确定度分量u6在进行天线间的场地插入损耗测量时,两只天线的可看成一个双端口网络的两个端口,根据微波衰减测量的理论,失配引起的极端偏差为:δM+-δM-=[1+(ΓeS11[1+(ΓeS11+ΓrS22+ΓeS11ΓrS22+S212ΓeΓr)][1-(ΓeS11+ΓrS22+ΓeS11ΓrS22+S212ΓeΓr)]式中:Γe—网络分析仪源端的端口反射系数;Γr—网络分析仪分接收端的端口反射系数;S11、S12、S21、S22、———二端口网络的4个S参数。JJF1893—202127依据实际校准天线的频段,在(18~40)GHz的范围内测量4个S参数,以及向C.2.2.2.7由于暗室的反射引入的不确定度分量u7发射端和接收端的反射系数,然后针对对应的频点依据式(C.12)计算,得到δmax=0.02dB,可以取最大值0.02dB,其分布为反正弦分布,则u6=δmax/C.2.2.2.7由于暗室的反射引入的不确定度分量u7为了找出暗室反射对天线对插损测量的影响,采用保持天线对的相对位置、间距固定,在转台中轴线的常用位置、左右10cm的位置,沿中轴线后延30cm的4个位置,取水平和垂直两个极化方式在(18~40)GHz频段每隔0.1GHz分别测量,其测量结果见表C.9。表C.9暗室不同区域由于反射引起的测量结果的变化极化方式(18~40)GHz频段上不同位置的最大偏差/dB前移10cm后移30cm左右各移10cm水平极化0.3640.377垂直极化0.3620.369C.2.2.2.8天线对正引入的不确定度分量u8由表C.9可知δmax≈0.38dB,其半宽为δma=0.19dB,其分布为矩形分布,则u7=δmcC.2.2.2.8天线对正引入的不确定度分量u8由于双脊喇叭天线是方向性天线,因此如果天线对不正,将会测量不到主轴方向上的最大值,其测量结果将会引入误差。根据经验,对于双脊喇叭天线在主瓣的半宽度一般为10°左右的情况下,波瓣图的主瓣幅度(AMP)可以用式(C.13)近似表达:式中:式中:在(18~40)GHz频段,测试距离为1m。如果偏差1°,就相当于水平偏差达到17mm。在天线的实际校准中使用激光水平仪调整天线沿轴线的对正,通常情况下,水平偏差达到5mm就已经非常明显了。对应5mm的水平偏差,(18~40)GHz频段对应的方位角偏差仅为0.3°。因此与天线平移对正偏差相比,天线方向角的偏差的影响要大得多。假设发射和接收天线各偏离1°,则得到由天线对正引入的偏差为:δAlignment=20lg[cos2(45°×1°/10°)]=0.05dBC.2.2.2.9天线近场效应引入的测量不确定度分量u9其分布为矩形分布,则u8=δC.2.2.2.9天线近场效应引入的测量不确定度分量u9通常在(18~40)GHz的EMC喇叭天线,要在3m或1m距离上校准测量。由于在该位置上均为非理想远场的平面波,这种近场效应导致测量的场地插入损耗时会产生偏差,借鉴(1~18)GHz频段天线分析这种影响的方法,采用实验比对的方式,确认在(18~40)GHz频段,这种近场效应产生约0.3dB的偏差,即:δnf=0.3dB,并JJF1893—202128C.2.2.2.10距离测量引入的不确定度分量u10假设为矩形分布,则u9=δnf/3C.2.2.2.10距离测量引入的不确定度分量u10a)频率分量对天线系数的贡献分量为:uF=·uf=·uf=4.3×uf对于本测量系统,使用的PNX5245A矢量网络分析仪,参考PNX5245A矢量网络分析仪手册,uf≈0dB,即由PNX5245A矢量网络分析仪频率读出精度引入的不确定度可以忽略不计,即uf≈0。b)测量距离引入的不确定度uR天线口面间距对天线系数的贡献分量为:DR=10lg这里R是口面距离,DR为距离为天线系数的贡献分量,则与距离相关的不确定度分量为:uR·ur·ur;对于最坏的情况R=1m,则uR·ur·ur≈4.3ur由此引起的天线系数的不确定度uR=4.3ur,其中R为实际的距离,ur是距离的偏差引入的不确定度贡献。天线间的间隔距离使用高精度激光测距仪,依据使用的测距仪的测量准确度以及使用情况,设距离测量偏差在±0.005m,当距离出现偏差时,其分布为矩形分布,则:ur=0.005m/1.73≈0.003m实际测试距离为3m,则转化为dB表示为ur=20lg[(3+0.003)/3]=0.009dB则由距离偏差引入的AF的标准不确定度为:其中uf和ur完全不相关,则:u10=u+u则由距离偏差引入的AF的标准不确定度为:uR=4.3×u10=4.3×0.009dB=0.04dBC.2.2.2.11重复测量引入的不确定度分量u11天线对间的插入损耗测量的重复性不确定度由A类统计不确定度给出,因此这部分的不确定度数值用A类统计不确定度计算式来给出,即 u11=(21iS21)(C.14)式中:S21i—第i次测量的S21值; S21—n次测量S21的平均值。在(18~40)GHz频段,分别每隔50MHz测量场地插损S21i。这样的试验重复10次。由处理的测量结果得到单次测量的标准差。取在整个频段最大的标准差值作为JJF1893—202129不确定度,得到u11=0.1dB。C.2.2.3合成标准不确定度和扩展不确定度根据上述分析,(18~40)GHzEMC宽带喇叭天线系数测量结果的不确定度见表,0.。标.不k不确定度为U=不确定度分量不确定度来源值dB分布类型系数标准不确定度dB灵敏系数ci贡献量dBu1网络分析仪测量精度0.28—20.14 3/20.12u2校准用适配器0.06U形分布 20.04 3/20.03u3天线的相位中心与天线口面的距离差0.25矩形分布 30.14 3/20.13u4线权化天线对间的极化失配0.02矩形分布 30.01 3/20.01u5天线间的耦合0.3矩形分布 30.17 3/20.15u6天线端口的失配修正0.02反正弦分布 20.01 3/20.01u7暗室反射0.19矩形分布 30.11 3/20.10u8天线对正0.05矩形分布 30.03 3/20.03u9天线近场效应0.3矩形分布 30.17 3/20.15u10距离测量0.005矩形分布 30.0094.30.04u11重复测量0.1 10.1 3/20.09合成标准不确定度uc0.313扩展不确定度U(k=2)0.63C.3天线半功率波束宽度(HPBW)校准不确定度评定C.3.1测量模型和标准不确定度公式测量模型为:y=θHPBW(C.15)式中:θHPBW—天线半功率波束宽度测量值(°)。依据实际测量过程,由于测量引入的半功率波束宽度的不确定度分量为:—方向图相对幅度测量引入的不确定度分量u1;—方向角度测量误差引入的不确定度分量u2;—重复测量半功率波束宽度引入的不确定度分量u3;上述三个分量彼此独立不相关,依据不确定度传播律公式,得到半功率波束宽度测JJF1893—202130量的合成标准不确定度表达式:uc=u+u+u(C.16)C.3.2标准不确定度的评定C.3.2.1方向图相对幅度测量的变化引入的标准不确定度分量u1a)测试环境反射引起的方向图幅度的变化uΓAm测试场地内总是存在反射波,电磁波是按场叠加而不是按功率相加,所以很小的反射波就可以引起较大的测量误差。一项很小的反射通过主瓣耦合到待测天线,可以完全掩盖住耦合到旁瓣的直射波。暗室反射模型见图C.5。图C.5暗室反射模型设直射波为Ed,反射波为ER,则直射波与反射波同相和反相时可表示为:Emax=Ed+EREmin=Ed-ER测量得到的叠加场E的范围为:Emin<E<Emax(C.17)(C.18)(C.19)测量旁瓣时,如果相耦合的直射波和反射波强度相等,那么测出的旁瓣电平可能会高出6dB,也有可能在测得的波瓣图中成为零点。相对误差σ(单位为dB)可表示为:σ=20lg(Emax/Emin)=20lg(Ed+ER)-20lg(Ed-ER)(C.20)计算结果如图C.6所示,在测量主瓣宽度时,关心反射电平对测试结果的影响,即对主瓣宽度的影响,利用图C.6分析方向图电平为-3dB时,在微波暗室中(1~40)GHz频率范围内,静区反射率电平估值为-42dB时,可以估算相对方向图幅度不确定度小于0.2dB。图C.6给定方向图电平和反射电平时的相对测量误差JJF1893—202131设定δuΓ=0.2dB,它为反射引起的幅度的正负偏差最大值。根据上述分析可知,设其半宽为矩形分布,则环境反射引起的方向图相对幅度的标准不确定度为:uΓAm=/3≈0.058dB由于反射引起的电场强度的误差而引入的方向图的偏差见图C.7。图C.7由于反射引起的电场强度的误差而引入的方向图的偏差b)有限距离测量引入的方向图幅度测量的不确定度分量udAm在有限距离的场地上进行方向图测量,源天线的相位波前面在待测天线口径上是一个球面,此时在待测天线口径边缘产生一个随测量距离不同而变化的最大相位偏差,如图C.8所示。图C.8有限距离的影响R0—源点到待测天线口径的距离;R—源点到待测天线口径上任一点的距离;θ—天线测量时转动的方位角有限距离造成的相位误差主要指由它产生的平方律相位误差,实际测量中,将对半功率角的测量问题,转化为方向图的相对幅度的测量问题,参考相关资料对于-3dB的相对幅度的影响分析,有限距离导致的相位差引起的方向图的-3dB幅度的误差可以忽略不计,但有限距离导致的相对幅度本身的测量误差还是存在的,参考相关资料对于相对幅度测量引入的偏差见C.11。JJF1893—202132表C.11有限距离导致的相对幅度偏差ΔΦπ/16π/32R4D2λ8D2λ幅度/dB均匀分布0.010.03余弦分布0.0380.01这里为简便起见,不妨设由有限距离引起的相对幅的偏差为0.038dB,设δdAm=0.038dB,则有:udAm=0.0219dB。由于上述两种影响方向图幅度的分量彼此独立不相关,则共同影响方向图幅度的标+d,将导致引入的角度偏差的变化,这里选取如下几个频点为代表,同时依据仿真方向图在-3dB位置点的斜率kHPBW,最终得到幅度偏差引入的θHPBW的不确定度u1,见表C.12。表C.12方向图幅度偏差引入的θHPBW的不确定度u1频率GHz测试面kHPBW(°)/dB幅度测量引入的幅度的不确定度uAmdB幅度测量引起θHPBW的不确定度u1(°)3.2E面9.090.0691.254H面5.260.0690.7264.0E面7.410.0691.023H面6.670.0690.9208.0E面8.330.0691.150H面4.880.0690.67312.0E面10.50.0691.449H面4.760.0690.65717.5E面8.330.0691.150H面5.130.0690.70822.0E面11.10.0691.532H面5.260.0690.726C.3.2.2方向角度测量误差引入的半功率波束宽度的不确定度u2a)由角度测量装置(转台)产生的角度误差:轴位指示误差,用δθ1表示。测量天线位置控制器的轴定位角通常用的是同步发送机、结算装置或数字编码器。JJF1893—202133其中轴位误差是真实轴位角和编码器或同步机指示轴位角之间的差别。典型的位置控制器的测角设备包含对于每一个轴比为1∶1和36∶1齿轮传动同步发送机,根据不同设备型号,转轴指示误差在360°范围内通常小于0.05°~0.01°。由转台产生的角度误差θ1由转台的生产商提供,一般是已知的,本系统中转轴指示误差为δθ1=0.05°。b)待测天线相位中心与转台转轴不重合而产生的角度误差,用δθ2表示。θ2是系统的偏差,所以总的误差角度为:θ2按以下方法计算。θ2=(2-sinα1)≈cos+α1sin(C.22)式中:d———天线相位中心偏离器旋转轴的距离;1———转台测试的起始角度,在相位中心位置上转台测试的角度;2———转台测试的中止角度,在测试某一电平时转台测试的角度;θ———真实的测试角度:R为源天线与被测天线间的距离:R为源天线与被测天线间的距离:当R≫d时,可得θ≫δθ2。从公式(C.22)可看出,误差最大值将发生在+α1=nπ时(n=0,1,2,3…)。因此,最大误差为:θ2≈sin(C.23)天线相位中心偏离转轴距离为d时,引起的角度误差原理图如图(C.9)所示。图C.9相位中心偏离转轴中心引入的方向图误差实际测试中天线相位中心在口面前后位置估算在4cm之内,而测试距离R在4mθ2≈sin=0.01sin(C.24)θmax=δθ1+δθ2=0.05+0.01sin=0.06°取最大偏差为不确定度分量,则得到:u2=δθmax=0.06°C.3.2.3重复测量引入的方向图半功率波束宽度的不确定度u3JJF1893—202134针对EMC天线喇叭进行方向图测量,10次重复测量半功率角的结果见表C.13。表C.1310次重复测量引入的θHPBW的不确定度频率GHz测试面CST仿真值(°)10次均值θHPBW-Ave(°)不确定度u3(°)3.2E面113.9111.150.17H面62.262.190.144.0E面125.1124.800.06H面67.267.850.148.0E面100.9100.120.14H面58.358.750.4312.0E面101.6102.530.15H面58.559.130.0617.5E面91.690.090.39H面59.259.330.3422.0E面117.4118.380.42H面62.362.460.25C.3.3θHPBW的合成标准不确定度和扩展不确定度θHPBW的合成标准不确定度见表C.14。表C.14天线半功率波束宽度(HPBW)标准不确定度汇总表频率GHz测试面相对幅度测量引起θHPBW的不确定度u1(°)转角测量引入的θHPBW不确定度u2(°)重复测量引入的方向图半功率波束宽度的不确定度u3(°)合成标准不确定度uc(°)3.2E面1.2540.060.171.267H面0.7260.060.140.7414.0E面1.0230.060.061.025H面0.9200.060.140.9328.0E面1.1500.060.141.159H面0.6730.060.430.80212.0E面1.4490.060.151.458H面0.6570.060.060.66235表C.14(续)频率GHz测试面相对幅度测量引起θHPBW的不确定度u1(°)转角测量引入的θHPBW不确定度u2(°)重复测量引入的方向图半功率波束宽度的不确定度u3(°)合成标准不确定度uc(°)17.5E面1.1500.060.391.214H面0.7080.060.340.78722.0E面1.5320.060.421.588H面0.7260.060.250.770最后给出θHPBW相对标准不确定度见表C.15。表C.15天线半功率波束宽度(HPBW)标准不确定度汇总表频率GHz测试面CST仿真值(°)合成标准不确定度uc(°)相对合成标准不确定度ucr%相对扩展不确定度Ur%3.2E面113.91.2671.1122.224H面62.20.7411.1912.3824.0E面125.11.0250.8201.639H面67.20.9321.3872.7738.0E面100.91.1591.1492.298H面58.30.8021.3762.75212.0E面101.61.4581.4352.870H面58.50.6621.1312.26317.5E面91.61.2141.3252.651H面59.20.7871.3302.66022.0E面117.41.5881.3532.706H面62.30.7701.2362.472C.4(0.2~2.0)GHz双脊宽带天线1m法天线系数校准不确定度评定示例C.4