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第一节第一节 衰减的定义

2、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22212122121111aSaSbaSaSbS11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021120222201221011111122aaaaabSabSabSabS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

3、eggbabbaaSaSbaSaSb221122212122121111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eggbabbaaSaSbaSaSb221122212122121111gebDSa2211geebDSSSSb211222221)1 (gebDSa212gbDSb212egegSSSSD21122211)1)(1 (中国计量科学研究院9第一节第一节 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 20gbP 022221)1 (PDSPee211001log20SP

4、PAe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 211log21SAeA（dB）=8.6858896A（Np） 中国计量科学研究院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 022111PPPPegeri022221)1 (PDSPeeegLgLgegiSSSSSSDL1)1)(1 (log201log202121122211102110

5、21101log20SA 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

6、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 egbbbLgbLbgibSSSSSL1)1)(1 (log20212112221110参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 egeebLgeLegieSSSSSL1)1)(1 (log20212112221110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 ebLgeLegeebLgeLegbibiesSSSSSSSSSSLLL2112221121211222112110)1)(1 ()1)(1

7、(log20增量衰减 ebebincSSSSA211021102121101log201log20log20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 egLgLgiiiSSSSALM1)1)(1 (log202112221110增量衰减的失配误差 bbLgbLbgeeLgeLegincsincSSSSSSSSALM211222112112221110)1)(1 ()1)(1

8、 (log20中国计量科学研究院18第二节 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 112212121211222221122222

9、1122212121112211211211111111nmnmSnmmnnnSnmnmSnmnmmmS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中国计量科学研究院23中国计量科学研究院24第一章 小

10、结21101log20SA egLgLgiSSSSSL1)1)(1 (log20212112221110ebincSSA211021101log201log20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ebLgeLegeebLgeLegbsSSSSSSSSSSL2112221121211222112110)1)(1 ()1)(1 (log20中国计量科学研究院25第一章 小结egLgLgiSSSSM1)1)(1 (log202112221110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 bbLgbLbgeeLgeLegincSSSSSSSSM2

11、11222112112221110)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 121121221NNZRNNZRcc11221221NNZRNNZRccN是衰减网络的

12、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（）15.769188869.54822.875056433.3366211.61493436.21165.731163215.2402423.8484220.971411.31368104.82891071.1512596.2475325.9746935.1364220247.561.1111140.9090910.10101402499.7551.010149.00991.0001中

13、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cossin|iiEEEE20coscosiEEEcoslog40c

14、os1log20log2010210010EEAi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010coslog40AA)cos(log40010A当三个衰减片不在同一平面时 0为自校零位中国计量科学研究院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

15、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210010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 - 18GHz8mm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Rc41. 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)(NpeAznm内处在截止区域的电磁场的幅值衰减为 Rkkk

16、knmnm/)2(12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

17、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

18、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

19、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

20、种螺于零。调配方法很多，较普遍的是一种螺钉调配器。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112222221122222112222211221111112211211211111111nmmnnmmnnnSnmnmnmnmmmS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通用衰减测量技术基础

21、双平衡混频器双平衡混频器 100sin)cos()cos(2niidsssdtUgtntnUngi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) 21 . 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

22、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

23、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14122211322321SSSRc cEacEaSaTcaccSE214132SccccRT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

24、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. 3HzNTfmw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

25、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

26、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(Attenuationstandard) DUT(Step attenuator)Receiving systemGLS11S22Power splitterPower levelcontrol unit6 dB attenuatorALCRF sourceThermistor mountKRISS 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

27、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 121110log10PPA 02101210log20UDUDA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

28、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

29、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

30、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2121log20log10UUPPA22112169. 869. 8UUUUUAUAA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

31、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-

32、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（dBm）衰减(dB)30MHz500MHz2GHz10GHz18GHz40GHz-109.9769.9709.98110.0029.99010.152-209.9769.9759.9819.9989.99110.144-309.9759.9719.97810.0019.99010.143中国计量科学研究院101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

33、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)30MHz500MHz2GHz10GHz18GHz40GHz变换变换前前9.9739.9729.98110.0009.99210.150变换变换后后9.9709.9759.98110.0029.99010.145中国计量科学研究院103第二节第二节 FSMR

34、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)0.01-135-1103.68-142-1520.1-135-110813-141-1511-142-1401318-140-15010-140-1531822-139-1490.022-142-1522226.5-138-14823.6-140

35、-15026.532-131-1413240-126-136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. 8dBppAsnn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

36、标准不确定度(dB) 0.1MHz18GHz26.5GHz40GHz500.00150.00090.0010.009600.0050.00270.0030.027700.0150.0090.010.09800.050.0270.030.27900.150.090.10.91000.50.270.32.7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

37、.1MHz18GHz26.5GHz40GHz500.00050.000030.00030.003600.00150.00090.0010.009700.0050.00270.0030.027800.0150.0090.010.09900.050.0270.030.271000.150.090.10.9中国计量科学研究院108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 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. 3HzNTfmb多次测量不确定度用式（多次测量不确定度用

38、式（4）计算）计算 ) 1()(12nnAAuniia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2/14214212222222222112112)()()(2686. 8ebLGebLebGMISssssssu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uUuuuuuumisnrdl22222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）u

39、d（dB）un（dB）U（dB）22GHz40GHz0.1MHz18GHz26.5GHz40GHz0.1MHz18GHz26.5GHz40GHz100.0050.0010000000.0100.0100.0100.010200.0070.0010000000.0140.0140.0140.014300.0090.0010.0020.00500000.0190.0190.0210.021400.0110.0010.0020.0050000.0010.0220.0220.0240.024500.0130.0010.0020.0050.00050.000030.00030.0030.0260.026

40、0.0280.029600.0150.0010.0020.0050.00150.00090.0010.0090.0300.0300.0320.036700.0170.0010.0020.0050.0050.00270.0030.0270.0360.0350.0360.065800.0190.0010.0020.0050.0150.0090.010.090.0490.0420.0440.184900.0210.0010.0020.0050.050.0270.030.270.1090.0690.0740.5421000.0230.0010.0020.0050.150.090.10.90.3040.

41、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定-验证验证2GHzAFSMRPAS-1Berror109.9259.91540.00962019.9919.98180.00823029.91429.90840.00564040.00240.00080.00125049.93149.92720.00386059.98759.991-0.0047069.92169.9216-0.00068080.11480.1202-0.00629090.05190.0672-0.0162100100.135100.1858-0.

42、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定不确定度评定-验证验证20GHzAFSMRPAS-1Berror1010.0710.0744-0.00442019.82419.81930.00473030.13830.11880.01924040.2140.20860.00145049.95349.94160.01146060.2960.28160.00847070.36670.3772-0.01128080.11380.10750.00559090.18590.1989-0.0139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

43、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 衰减测量计算公式衰减测量计算公式 不确定度计算公式不确定度计算公式 02101210log20UDUDA)(69.8221222112211ppppmmmmsggggkkkkUUUUDDDDA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，主要来源于电压测量分辨率

44、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 )(69.81122112211ppmmsggkkUUUUDDDDA中国计量科学研究院117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

45、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)(69.82211DDDDADS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(34. 422DDDDeAEEDzero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

46、，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-IVD22DzeroDRDuuu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

47、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）100.400.4200.400.4300.400.4400.400.4500.40.20.4600.40.40.6700.41.41.5800.444.0900.41414.01000.44040.0中国计量科学研究院122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

48、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）900000009.92509000009.924198800000009.92488000009.92427700000009.92617000009.924763600000009.92576000009.924026500000009.92525000009.924107400000009.92484000009.923942300000009.92463000009.923989200

49、000009.92572000009.924745100000009.92541000009.92385390000009.9248900009.92192780000009.9248800009.92557870000009.9248700009.92416460000009.9246600009.92327950000009.9254500009.92392940000009.9249400009.92723630000009.9252300009.92682820000009.9256200009.92486810000009.9259100009.924653中国计量科学研究院124第

50、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线性的非线性是可忽略的小量中国计量科学研究院12610kHz，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.

51、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-03-879.90087.46E-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21 . 1 rAMIXERr2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

52、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12930MHz，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-0409.92202.26E-04-109.92414.34E-04-209.92432.13E-04-309.92511.

53、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 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

54、 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 )(69.82211UUUUAUL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

55、，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 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snppAty1)(0A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snnppA69. 8中国计量科学研究院135第三

56、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：系统的白噪声功率普密度为：k是普朗克常数；是普朗克常数；T300K为室温为室温27；R50为为50 HzmWRTkpKnf/10841650300中国计量科学研究院136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 通过噪声系数计算噪声功率通过噪声系数计算噪声功率考虑相敏检波器考虑相敏检波器混频器输入端的信号功率为混频器输入端的信号功率为

57、: BFppnnfnAisAApp0中国计量科学研究院137噪声引入的误差（噪声引入的误差（f 18GHz） 衰减量程（dBm）信号源功率（dBm）输入电平（dBm）带宽（Hz）噪声功率（dBm）衰减误差（mdB）不确定度（dBm）10（+20）0-300.1-1400020（+20）0-400.1-1400.1030（+20）0-500.1-1400.30.140（+20）0-600.1-14010.350（+20）0-700.1-1403160（+20）0-800.1-1409370（+20）0-900.1-14028980（+20）0-1000.03-145491790（+20）+10-

58、1000.03-1454917100（+20）+10-1100.03-14515451中国计量科学研究院139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,整机稳定度误差,噪声误差 222nSHUSUuuuu中国计量科学研究院140由电压测量误差引入的衰减测量不确定度（由电压测量误差引入的衰减测量不确定度（f 18GHz） 衰减量程（dB）uUS（mdB）uSH（mdB）un（mdB）uU（mdB）100.60.300.7200.60.300.7300.60.30.10.7400.60.30.30.7500

59、.60.311.2600.60.333.1700.60.399.0800.60.31717.0900.60.31717.01000.60.35151.0中国计量科学研究院142整机的不确定度合成整机的不确定度合成 如前面所述，PAS-1B衰减测量接收机的不确定度分项包括感应分压器不确定度uD、非线性不确定度uN-L以及电压测量不确定度uU。222ULNDSuuuu中国计量科学研究院143整机合成不确定度（整机合成不确定度（f 18GHz） 衰减量程（dB）uD（mdB）uN-L（mdB）un（mdB）US（mdB）100.410.71.3200.410.71.3300.410.71.3400.

60、410.71.3500.411.21.6600.613.13.3701.519.09.2804.0117.017.59014.01017.024.210040.01051.065.6中国计量科学研究院145衰减测量不确定度分析及实验测试衰减测量不确定度分析及实验测试 上述不确定度是对衰减基准的标准装置的不确定度进行了评定，并给出了具体不确定度的数值。对于衰减测量不确定度的评定还应考虑测量通道的泄漏不确定度、失配不确定度及被测衰减器的重复性不确定度。 中国计量科学研究院146衰减测量不确定度分析及实验测试衰减测量不确定度分析及实验测试 泄露不确定度泄露不确定度泄露是指信号没有经过测量通道而是经过