衰減測量技術-copy

1、中國計量科學研究院1 衰減測量技術衰減測量技術 高秋來高秋來 中國計量科學研究院中國計量科學研究院 信息電子所信息電子所 中國計量科學研究院2 目錄目錄 第一章第一章 衰減的基本概念衰減的基本概念 第二章第二章 衰減器衰減器 第三章第三章 衰減測量方法衰減測量方法 第四章第四章 衰減測量不確定度分析衰減測量不確定度分析 第五章第五章 衰減校準實用技術衰減校準實用技術 中國計量科學研究院3 第一章第一章 衰減的基本概念衰減的基本概念 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 第二節(jié)第二節(jié) 衰減的名詞術語衰減的名詞術語 第三節(jié)第三節(jié) 國內(nèi)外衰減測量水平國內(nèi)外衰減測量水平 中國計量科學研究院4 第一節(jié)第一

2、節(jié) 衰減的定義衰減的定義 A=10log10 匹配信號源與匹配負載直接連接時，負載吸收的凈功率 二端口網(wǎng)絡插入到匹配信號源和負載之間時，負載吸收的凈功率 中國計量科學研究院5 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 2221212 2121111 aSaSb aSaSb S11和和S22分別是二端口網(wǎng)絡入射端口和輸出端口的反射系數(shù)分別是二端口網(wǎng)絡入射端口和輸出端口的反射系數(shù) S12、S21分別是二端口網(wǎng)絡傳輸系數(shù)分別是二端口網(wǎng)絡傳輸系數(shù)， 中國計量科學研究院6 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 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 中國計量科學研究院7 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 e gg ba bba aSaSb aSaSb 22 11 2221212 2121111 中國計量科學研究院8 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 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 ( 中國計量科學研究院9 第一節(jié)

4、第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 A=10log10 匹配信號源與匹配負載直接連接時，負載吸收的凈功率 二端口網(wǎng)絡插入到匹配信號源和負載之間時，負載吸收的凈功率 2 0g bP 02 22 21 )1 ( P D S P e e 21 10 0 1 log20 SP P A e 二端口網(wǎng)絡插入前 當二端口網(wǎng)絡插入后 中國計量科學研究院10 第一節(jié)第一節(jié) 衰減的定義衰減的定義 可以用可以用“Np”（奈培）表示（奈培）表示 衰減是一個無量綱的比值，單位常用衰減是一個無量綱的比值，單位常用“dB”（分貝）表示（分貝）表示 21 1 log 2 1 S A e A（dB）=8.6858896A（Np） 中

5、國計量科學研究院11 第二節(jié) 衰減的名詞術語 插入損耗 衰減 增量衰減 替代損耗 中國計量科學研究院12 第二節(jié) 衰減的名詞術語 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 插入損耗插入損耗 二端口網(wǎng)絡插入前 當二端口網(wǎng)絡插入后 衰減衰減 中國計量科學研究院13 第二節(jié) 衰減的名詞術語 衰減只表明二端口網(wǎng)絡的傳輸特性，插損衰減只表明二端口網(wǎng)絡的傳輸特性，插損 包含

6、了測試系統(tǒng)的失配項。包含了測試系統(tǒng)的失配項。 衰減與測量系統(tǒng)無關，插損與系統(tǒng)有關。衰減與測量系統(tǒng)無關，插損與系統(tǒng)有關。 衰減有可比性，插損沒有可比性。衰減有可比性，插損沒有可比性。 雖然測量名義值是衰減，但實際測量結果雖然測量名義值是衰減，但實際測量結果 是插損，失配作為了一項不確定度。是插損，失配作為了一項不確定度。 為了減小失配不確定度，測試端口需要調為了減小失配不確定度，測試端口需要調 配。配。 中國計量科學研究院14 第二節(jié) 衰減的名詞術語 替代衰減和增量衰減替代衰減和增量衰減 egb bbLgbLbg ib S SSSS L 1 )1)(1 ( log20 21 21122211 1

7、0 參考位置的插入損耗為參考位置的插入損耗為 測量位置的插入損耗為測量位置的插入損耗為 ege ebLgeLeg ie S SSSS L 1 )1)(1 ( log20 21 21122211 10 中國計量科學研究院15 第二節(jié) 衰減的名詞術語 替代替代損耗損耗和增量衰減和增量衰減 定義替代損耗Ls為 ebLgeLege ebLgeLegb ibies SSSSS SSSSS LLL 2112221121 2112221121 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 增量衰減 ebe b inc SSS S A 21 10 21 10 21 21 10 1 log20 1 log2

8、0log20 中國計量科學研究院16 第二節(jié) 衰減的名詞術語 參考位置的“0”dB，實際不為0 ，總存在一 定的衰減，這個衰減量叫做剩余衰減 。 日常的衰減檢定中，視客戶要求，可以檢 定或不檢剩余衰減 中國計量科學研究院17 第二節(jié) 衰減的名詞術語 失配誤差失配誤差 插入衰減的失配誤差 eg LgLg iii SSSS ALM 1 )1)(1 ( log20 21122211 10 增量衰減的失配誤差 bbLgbLbg eeLgeLeg incsinc SSSS SSSS ALM 21122211 21122211 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中國計量科學研究院18 第二

9、節(jié) 衰減的名詞術語 為了減小失配誤差，測試端口應有調配裝 置，使測試端口的反射系數(shù)盡可能的小。 中國計量科學研究院19 第二節(jié) 衰減的名詞術語 在替代損耗的失配項中，（1-eS22 ）和 （1-gS11 ）遠大于 egS21 S12 。因此當S11 b = S11 e,S22 b = S22 e時，可大大減小失配項。 因此，當衰減器作為傳遞標準是，常常在 衰減器兩端各接10dB固定衰減器或隔離器， 實現(xiàn)S11 b S11 e,S22 b S22 e 。 中國計量科學研究院20 第二節(jié) 衰減的名詞術語 級聯(lián)二端口級聯(lián)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 中國計量科學研究院21 第二節(jié) 衰減的名詞術語 從總的入射端看進去，第二個二端口的反 射系數(shù)要減小約1/（m21m12）倍 。也就 是實現(xiàn)了S11 b S11 e,S22 b S22 e 。 中國計量科學研究院22 第三節(jié) 國內(nèi)外衰減測量水平 NPL：音頻替代：40GHz，調制副載波： 110GHz PTB：功率比：40GHz MNIA：中頻替代：18GHz NMIJ：音頻替代：40GHz，二次混頻的音 頻替代：75GHz NIM：音頻替代：40GHz 中國計

11、量科學研究院23 中國計量科學研究院24 第一章 小結 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 衰減衰減 插入損耗插入損耗 增量衰減增量衰減 替代損耗替代損耗 ebLgeLege ebLgeLegb s SSSSS SSSSS L 2112221121 2112221121 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中國計量科學研究院25 第一章 小結 eg LgLg i SSSS M 1 )1)(1 ( log

12、20 21122211 10 插入衰減的失配誤差插入衰減的失配誤差 增量衰減的失配誤差增量衰減的失配誤差 bbLgbLbg eeLgeLeg inc SSSS SSSS M 21122211 21122211 10 )1)(1 ( )1)(1 ( log20 中國計量科學研究院26 第二章第二章 衰減器衰減器 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 第三節(jié)第三節(jié) 波導截止衰減器波導截止衰減器 第四節(jié)第四節(jié) 感應分壓器感應分壓器 第五節(jié)第五節(jié) 定向耦合器衰減核查標準定向耦合器衰減核查標準 中國計量科學研究院27 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同

13、軸電阻式衰減器 R1/2 R2 R1 2 R2 圖 2-1. T 型和 電阻衰減網(wǎng)絡 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是衰減網(wǎng)絡的傳輸系數(shù)的倒數(shù)是衰減網(wǎng)絡的傳輸系數(shù)的倒數(shù) 中國計量科學研究院28 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 衰減量 （dB） 電阻衰減網(wǎng)絡的電 阻值 T型電阻衰減網(wǎng)絡的 電阻值 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 中國計量科學研究院29 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 10dB以下：用T型電阻衰減網(wǎng)絡 10dB-30dB：用型電阻衰減網(wǎng)絡 40dB：用雙型電阻衰減網(wǎng)絡 中國計量科學研究院30 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 中國計量科學研究院31 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器

15、同軸電阻式衰減器 Agilent：8496H， 中國計量科學研究院32 第一節(jié)第一節(jié) 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 中國計量科學研究院33 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 中國計量科學研究院34 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 cos sin | i i EE EE 2 0 coscos i EEE coslog40 cos 1 log20log20 10 2 10 0 10 E E A i 中國計量科學研究院35 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 010 coslog40AA )cos(log40 010 A 當三個衰減片不在同一平面時 0為自校零位 中

16、國計量科學研究院36 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 國產(chǎn)波導極化衰減器：S2-1，S3-1等，進 口波導極化衰減器：FLANN公司產(chǎn)品等 國產(chǎn)：以角度為刻度，進口：直接以衰減 為刻度 國產(chǎn)：校準衰減量，校準自校零位，進口： 校準衰減另和起始衰減 中國計量科學研究院37 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 自校零位的校準： 自校零位的校準方法是：在80位置得到一 個功率或電壓值，將角度在100附近調整， 使功率或電壓值讀數(shù)還為在80位置的讀數(shù)， 并記錄下當前的角度值1，自校零位0為 2 100 1 0 中國計量科學研究院38 第二節(jié)第二節(jié) 波導極化衰減器波導極化衰減器 中國

17、計量科學研究院39 第三節(jié)第三節(jié) 波導截止衰減器波導截止衰減器 波導： 3cm波導：WR，8.2GHz - 12.4GHz 2cm波導：WR，12.4GHz - 18GHz 8mm波導：WR28，25.6GHz - 40GHz 中國計量科學研究院40 第三節(jié)第三節(jié) 波導截止衰減器波導截止衰減器 R c 41. 3 中國計量科學研究院41 第三節(jié)第三節(jié) 波導截止衰減器波導截止衰減器 )(NpeA z nm 內(nèi)處在截止區(qū)域的電磁場的幅值衰減為 Rk k k k nm nm / ) 2 (1 2 對于TM11（H11）波，11=1.84118 中國計量科學研究院42 第三節(jié)第三節(jié) 波導截止衰減器波導

18、截止衰減器 常見的： 30MHz圓波導截止衰減器 較少的： 60MHz圓波導截止衰減器， 微波圓波導截止衰減器 中國計量科學研究院43 第四節(jié)第四節(jié) 感應分壓器感應分壓器 開爾文-華萊士電阻衰減器 中國計量科學研究院44 第四節(jié)第四節(jié) 感應分壓器感應分壓器 感應分壓器 中國計量科學研究院45 第四節(jié)第四節(jié) 感應分壓器感應分壓器 感應分壓器 中國計量科學研究院46 第四節(jié)第四節(jié) 感應分壓器感應分壓器 可以是十進制，也可以是二進制 可以用坡莫合金，也可以用微晶或非晶材 料 可以是手動（波段開關），也可以是自動 的（繼電器） 有1kHz或10kHz，甚至50kHz感應分壓器 感應分壓器溯源交流比值標

19、準 用作衰減參考標準時，主要影響是零位電 勢 中國計量科學研究院47 第五節(jié)第五節(jié) 定向耦合器衰減核查標準定向耦合器衰減核查標準 中國計量科學研究院48 第五節(jié)第五節(jié) 定向耦合器衰減核查標準定向耦合器衰減核查標準 中國計量科學研究院49 第五節(jié)第五節(jié) 定向耦合器衰減核查標準定向耦合器衰減核查標準 關鍵在于開關的重復性 溫度的影響較小 中國計量科學研究院50 第五節(jié)第五節(jié) 定向耦合器衰減核查標準定向耦合器衰減核查標準 中國計量科學研究院51 第二章 小結 同軸電阻式衰減器同軸電阻式衰減器 波導極化衰減器波導極化衰減器 波導截止衰減器波導截止衰減器 感應分壓器感應分壓器 定向耦合器衰減核查標準定向

20、耦合器衰減核查標準 中國計量科學研究院52 第三章第三章 衰減測量方法衰減測量方法 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 第二節(jié)第二節(jié) 衰減測量方法概述衰減測量方法概述 第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 第五節(jié)第五節(jié)功率比法功率比法 第六節(jié)第六節(jié)中頻并聯(lián)替代法中頻并聯(lián)替代法 第七節(jié)第七節(jié)低中頻串聯(lián)替代法低中頻串聯(lián)替代法 第八節(jié)第八節(jié)調制副載波法調制副載波法 第九節(jié)第九節(jié)毫米波衰減測量的新發(fā)展毫米波衰減測量的新發(fā)展 中國計量科學研究院53 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 信號源 調配器 混頻器 檢波器 中國計量科學研

21、究院54 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 倍頻信號源倍頻信號源 中國計量科學研究院55 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 自動調配器自動調配器 中國計量科學研究院56 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 螺釘調配其原理螺釘調配其原理 調配的原理是基于利用調配器自身產(chǎn)生的調配的原理是基于利用調配器自身產(chǎn)生的 反射系數(shù)與測試端口的反射系數(shù)相等，但反射系數(shù)與測試端口的反射系數(shù)相等，但 是相位相差是相位相差180，使合成的反射系數(shù)接近，使合成的反射系數(shù)接近 于零。調配方法很多，較普遍的是一種螺于零。調配方法很多，較普遍的是一種螺 釘調配

22、器。釘調配器。 中國計量科學研究院57 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 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 中國計量科學研究院58 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 自動調配器自動調配器 中國計量科學研究院59 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 頻率:0.5GHz-110GHz 范圍：00.9 反射系數(shù)：0.005 中國計量科學研究院60 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎

23、通用衰減測量技術基礎 雙平衡混頻器雙平衡混頻器 1 00 sin)cos()cos( 2 n iidsssd tUgtntnU n gi 中國計量科學研究院61 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 雙平衡混頻器輸出中頻（0-s），還有 （n0s）等項（n為奇數(shù)） 非線性： (dB) 2 1 . 1 rAMIXER 中國計量科學研究院62 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 檢波器 平方律檢波器，線性檢波器，相敏檢波器 中國計量科學研究院63 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 鎖定放大器 中國計量科學研究院64 第一節(jié)第一節(jié) 通用衰減

24、測量技術基礎通用衰減測量技術基礎 相敏檢波器 頻帶窄，信噪比高 線性度好 中國計量科學研究院65 第二節(jié)第二節(jié) 衰減測量方法概述衰減測量方法概述 1、DC 替代 2、音頻替代 3、中頻替代 4、射頻替代（直接替代） 5、沒有衰減參考標準的測量方法 6、其它方法 中國計量科學研究院66 第二節(jié)第二節(jié) 衰減測量方法概述衰減測量方法概述 方法方法頻率范圍頻率范圍量程量程不確定度不確定度系統(tǒng)復雜系統(tǒng)復雜 功率比功率比寬寬小小大大簡單簡單 音頻替代音頻替代寬寬大大小小較簡單較簡單 中頻替代中頻替代寬寬大大較小較小較簡單較簡單 射頻替代射頻替代寬寬大大大大較簡單較簡單 調制副載波調制副載波寬寬小小大大復雜

25、復雜 測量接收機測量接收機寬寬大大較大較大簡單簡單 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀寬寬小小大大簡單簡單 中國計量科學研究院67 第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀 中國計量科學研究院68 第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀 14 12 2211 322321 S S S Rc cE acE aSa TcaccSE 21 41 32 S cc cc R T 中國計量科學研究院69 第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀 優(yōu)點 不用考慮失配問題 測量速度快 固定的小衰減測量不確定度小 缺點 不確定度大（尤其對于大衰減） 中國計量科學研究院70 第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀 其誤差項有六項， 源匹配 負載匹

26、配 反射掃跡噪聲 傳輸掃跡噪聲 方向性 泄漏 線性度 中國計量科學研究院71 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 FSMR的原理的原理 中國計量科學研究院72 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 射頻部分的原理 中國計量科學研究院73 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 中頻濾波器及放大部分中頻濾波器及放大部分 中國計量科學研究院74 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 信號處理部分信號處理部分 中國計量科學研究院75 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 衰減測量的操作衰減測量的操作 中國計量科學研究院76 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 衰減測量的操作衰減測量的操作 FSMR測量起始電平

27、應為-10dBm 中國計量科學研究院77 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接收機 衰減測量的操作衰減測量的操作 )( 86. 3 Hz NT f m w 設置平均次數(shù)和測量時間 由于信號源頻率與由于信號源頻率與FSMR接收機的頻率不可能實現(xiàn)接收機的頻率不可能實現(xiàn) 相位相關，在不同頻段，相位相關，在不同頻段，F(xiàn)SMR的設置也應不同。的設置也應不同。 在較低頻段（在較低頻段（10GHz）FSMR的測量時間應設置在的測量時間應設置在100ms，并，并 相應增加平均次數(shù)，以解決相應增加平均次數(shù)，以解決FSMR測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)的測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)的 問題。問題。 中國計量科學研究院78 第四節(jié)第四節(jié) 測量接收機測量接

28、收機 優(yōu)點 量程大 測量速度快 系統(tǒng)簡單 缺點 不確定度較大（尤其對于大衰減） 中國計量科學研究院79 第五節(jié)第五節(jié) 功率比法功率比法 單通道功率比法單通道功率比法 中國計量科學研究院80 第五節(jié)第五節(jié) 功率比法功率比法 雙通道功率比法雙通道功率比法 中國計量科學研究院81 第五節(jié)第五節(jié) 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 中國計量科學研究院82 第五節(jié)第五節(jié) 功率比法功率比法 功率比法的主要不確定度來源有，功率計的線性、 信號幅度穩(wěn)定度、泄露以及噪聲，功率計的線性在 小衰減量程范圍，該項不確定度在幾個mdB范圍； 當采用雙通道功率比時，信號幅度穩(wěn)定度的影響在 1-2個mdB范圍；泄露則完全依賴于系統(tǒng)連接的好壞， 連接良好時，此項不確定度是一個可忽略的小量； 噪聲也是一個可忽略的小量。 中國計量科學研究院83 第六節(jié) 中頻并聯(lián)替代法 中國計量科學研究院84 第六節(jié) 中頻并聯(lián)替代法 中國計量科學研究院85 第六節(jié) 中頻并聯(lián)替代法 中國計量科學研究

30、院86 不確定度 參考衰減器 線性度 泄露 失配 噪聲 中國計量科學研究院87 第七節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法 12 11 10 log10 P P A 021 012 10 log20 UD UD A 單通道低中頻串聯(lián)替代法單通道低中頻串聯(lián)替代法 中國計量科學研究院88 第七節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法 優(yōu)點 量程大 不確定度最小 系統(tǒng)叫簡單 缺點 測量速度慢 中國計量科學研究院89 第七節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法 雙通道低中頻串聯(lián)替代法雙通道低中頻串聯(lián)替代法 中國計量科學研究院90 第八節(jié) 調制副載波法 中國計量科學研究院91 第八節(jié) 調制副載波法 優(yōu)點 一個信號源，適合40GHz頻段 缺點 系統(tǒng)復雜 測量速

31、度慢 不確定度大 量程小 中國計量科學研究院92 第三章小結第三章小結 方法方法頻率范圍頻率范圍量程量程不確定度不確定度系統(tǒng)復雜系統(tǒng)復雜 功率比功率比寬寬小小大大簡單簡單 音頻替代音頻替代寬寬大大小小較簡單較簡單 中頻替代中頻替代寬寬大大較小較小較簡單較簡單 射頻替代射頻替代寬寬大大大大較簡單較簡單 調制副載波調制副載波寬寬小小大大復雜復雜 測量接收機測量接收機寬寬大大較大較大簡單簡單 網(wǎng)絡分析儀網(wǎng)絡分析儀寬寬小小大大簡單簡單 中國計量科學研究院93 第四章第四章 衰減測量不確定度分析衰減測量不確定度分析 第一節(jié)第一節(jié) 衰減測量不確定度概述衰減測量不確定度概述 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機

32、衰減測量不確定測量接收機衰減測量不確定 度評定度評定 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量不確定低中頻串聯(lián)替代法衰減測量不確定 度評定度評定 中國計量科學研究院94 第一節(jié)第一節(jié) 衰減測量不確定度概述衰減測量不確定度概述 寧大勿?。幋笪鹦?！ 避免重復！避免重復！ 中國計量科學研究院95 第一節(jié)第一節(jié) 衰減測量不確定度概述衰減測量不確定度概述 -參考標準的不確定度參考標準的不確定度 -失配不確定度失配不確定度 -泄露不確定度泄露不確定度 -非線性不確定度非線性不確定度 -噪聲不確定度噪聲不確定度 -分辨率不確定度分辨率不確定度 -A類統(tǒng)計不確定度類統(tǒng)計不確定度 中國計量科學研究院96 第二節(jié)

33、第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定 FSMR測量衰減 不確定度 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 中國計量科學研究院97 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定 由于是U1較大的電壓，因此對測量U1有影響的因 素有調諧電平測量非線性，分辨率不確定度和失 配；由于是U2較小的電壓，因此對測量U2有影響 的因素有量程變換（可能），分辨率不確定度， 泄漏，噪聲和失配。 因此綜上所述，測量接收機測量衰減有如下不

34、確 定度來源：調諧電平測量非線性不確定度，量程 變換的校準不確定度，分辨率不確定度，由噪聲 引入的不確定度、失配不確定度，泄漏不確定度 以及A類統(tǒng)計不確定度。 中國計量科學研究院98 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 非線性不確定度評定非線性不確定度評定 非線性指標為0.01dB0.005dB/10dB 中國計量科學研究院99 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 驗證試驗 分別在信號源點評-10dBm至40dBm測量 10dB衰減量。 中國計量科學研究院100 第二

35、節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 信 號 （ d B m ） 衰減(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 中國計量科學研究院101 第二節(jié)第

36、二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-量程變換量程變換 FSMR的量程變換誤差指標分頻段給出 0.005dB（100kHz22GHz） 0.015dB（22GHz40GHz） 0.045dB（40GHz50GHz）。 中國計量科學研究院102 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-量程變換量程變換 量程量程 變換變換 前前 后后 衰減衰減(dB) 30M H z 500M H z 2GHz10GH z 18GH z 40GH z 變換變換 前前 9.9739.9729.98110.00 0 9.99210.

37、15 0 變換變換 后后 9.9709.9759.98110.00 2 9.99010.14 5 中國計量科學研究院103 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-分辨率分辨率 FSMR的分辨率誤差小于0.002dB 中國計量科學研究院104 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-噪聲噪聲 頻率 (MHz) 噪聲底電平 (dBm) 噪聲普密度 (dBm/Hz) 頻率 (MHz) 噪聲底電平 (dBm) 噪聲普密度 (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 中國計量科學研究院105 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-噪聲噪聲 噪聲引入的不確定度噪聲引入的不確定度 )(69. 8dB p p A s n n 噪聲功率為噪聲功率為pn=pnf B ， （pnf為噪聲普密度）為噪聲普密度） 中國計量科學研究院106 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測

39、量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-噪聲噪聲 信號源：信號源：10dBm，衰減器兩端各有，衰減器兩端各有10dB固定衰固定衰 減器作隔離，噪聲帶寬減器作隔離，噪聲帶寬10Hz 衰減衰減 (dB) 標準不確定度標準不確定度(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 中國計量科學研究院107 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減

40、測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-噪聲噪聲 信號源：信號源：10dBm，衰減器兩端各有，衰減器兩端各有10dB固定衰固定衰 減器作隔離，噪聲帶寬減器作隔離，噪聲帶寬1Hz 衰衰 減減 (dB) 標準不確定度標準不確定度(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 中國計量科學研究院108 第二節(jié)

41、第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-噪聲噪聲 增加測量次數(shù)增加測量次數(shù) 檢波帶寬檢波帶寬fb與測量時間與測量時間Tm以及平均次數(shù)以及平均次數(shù)N的關系為的關系為 )( 86. 3 Hz NT f m b 多次測量不確定度用式（多次測量不確定度用式（4）計算）計算 ) 1( )( 1 2 nn AA u n i i a 中國計量科學研究院109 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-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 中國計量科學研究院110 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-合成合成 uU uuuuuu misnrdl 2 2222 中國計量科學研究院111 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評定-合成合成 衰減量 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 中國計量科學研究院112 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評定不確定度評

45、定-驗證驗證 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 中國計量科學研究院113 第二節(jié)第二節(jié) FSMR測量接收機衰減測量測量接收機衰減測量 不確定度評

46、定不確定度評定-驗證驗證 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 中國計量科學研究院114 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定 衰減測量計算公式

47、衰減測量計算公式 不確定度計算公式不確定度計算公式 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 中國計量科學研究院115 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定 D1和和D2是感應分壓器的誤差項，主要來源于是感應分壓器的誤差項，主要來源于 比值誤差、負載效應誤差和零位電勢誤差；比值誤差、負載效應誤差和零位電勢誤差； U1和和U2是電壓測量誤差項，主要來源于電壓是電壓測量誤差項，主要來

48、源于電壓 測量分辨率和噪聲引入的誤差；測量分辨率和噪聲引入的誤差；km來源于混頻來源于混頻 器的非線性；器的非線性；gp來源于預放的非線性。由于非來源于預放的非線性。由于非 線性主要來自大信號（衰減量程為零），小信號線性主要來自大信號（衰減量程為零），小信號 （大衰減）時，此項誤差為一小量，可忽略。（大衰減）時，此項誤差為一小量，可忽略。 中國計量科學研究院116 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定 )(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 中國計量科學研究院1

49、17 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD 分壓比值誤差 負載效應誤差 零位電勢誤差。 中國計量科學研究院118 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD 單盤分壓比值誤差一般為小于610-6 組合誤差小于210-5 )(69.8 2 2 1 1 D D D D ADS 標準不確定度標準不確定度uDR為為0.4mdB 中國計量科學研究院119 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD 零位電勢誤差小于 810-8 )cos2

50、(34. 4 2 2 D D D D eA EE Dzero 衰減量程為衰減量程為100 dB時，時，D約為約為10-5，計算可得衰減測量誤差，計算可得衰減測量誤差 0.07dB。 考慮到角度問題，實際的誤差會更小些（實際的測量數(shù)據(jù)證考慮到角度問題，實際的誤差會更小些（實際的測量數(shù)據(jù)證 明），因此該項誤差的標準不確定度應小于明），因此該項誤差的標準不確定度應小于0.04dB，衰減量，衰減量 程每減小程每減小10 dB，該項不確定度就減小，該項不確定度就減小3.16倍。倍。 中國計量科學研究院120 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD

51、 22 DzeroDRD uuu 中國計量科學研究院121 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD 衰減量程衰減量程 （dB） 分壓比值不確定度分壓比值不確定度 uDR（mdB） 零位電勢不確定度零位電勢不確定度 uDzero（mdB） 感應分壓器不確定度感應分壓器不確定度 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 中國計量科學研究院122 第

52、三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-IVD 驗證試驗驗證試驗 通過試驗可驗證感應分壓器不確定度的分析，實通過試驗可驗證感應分壓器不確定度的分析，實 驗方法為通過在不同的感應分壓器位置測量同一個衰減驗方法為通過在不同的感應分壓器位置測量同一個衰減 值值 中國計量科學研究院123 感應分壓器感應分壓器測量結果（測量結果（dB）感應分壓器感應分壓器測量結果（測量結果（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 中國計量科學研究院124 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 混頻器非線性和預放非線性混頻器非線性和預放非線性 中國計量科學研究院125 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 預放非線性預放非線性 預放非線性的非線性是可忽略的小量預放非

55、線性的非線性是可忽略的小量 中國計量科學研究院126 10kHz，衰減標稱值：，衰減標稱值：10dB，測量次數(shù)：，測量次數(shù)：5次，被測衰減器的兩端各接次，被測衰減器的兩端各接10dB固定衰減器固定衰減器 信號源的輸出功率 (dBm) 平均值（dB）不確定度（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 中國計量科學研究院127 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 混頻器非線性混頻器非線性 2 1 . 1 rAMIXER r2是信號功率與本振功率之比是信號功率與本振功率之比 中國計量科學研究院128 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-非線性非線性 大信號時，uN-L為10mdB； 小信號時，uN-L為1mdB。 中國計量科學研究院129 30MHz，衰減標稱值：，衰減標稱值：10dB，測量次數(shù)：，測量次數(shù)：5次，被

57、測衰減器的兩端各接次，被測衰減器的兩端各接10dB固定衰減器固定衰減器 信號源的信號源的 輸出功率輸出功率 (dBm) 平均值（平均值（dB）不確定度不確定度 （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 中國計量科學研究院130 第三節(jié)第三節(jié)

58、 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 分辨率誤差 整機穩(wěn)定度誤差 噪聲誤差 中國計量科學研究院131 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 分辨率誤差分辨率誤差 鎖定放大器用鎖定放大器用16bit A/D，滿量程時的分辨，滿量程時的分辨 率為率為16bit，考慮到實際情況以，考慮到實際情況以14bit計算計算 )(69.8 2 2 1 1 U U U U AUL 衰減測量誤差小于衰減測量誤差小于0.001 dB，該項誤差服從均勻分布，故

59、標，該項誤差服從均勻分布，故標 準不確定度準不確定度uUS小于小于0.6mdB 中國計量科學研究院132 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 整機穩(wěn)定度誤差 當衰減測量接收機充分預熱（1小時）后， 實驗得出該項誤差小于0.001 dB（該實驗 結果實際上包含了被測衰減器的重復性）。 這項誤差服從正態(tài)分布，故標準不確定度 uSH為0.3mdB。 中國計量科學研究院133 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 噪聲誤差噪聲誤差

60、 當輸入為信號和噪聲時，鎖定放大器輸出當輸入為信號和噪聲時，鎖定放大器輸出 為為 s n p p Aty1)( 0 A是信號的幅度是信號的幅度 中國計量科學研究院134 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 噪聲誤差噪聲誤差 衰減器測量由噪聲引入的誤差為衰減器測量由噪聲引入的誤差為 s n n p p A69. 8 中國計量科學研究院135 第三節(jié)第三節(jié) 低中頻串聯(lián)替代法衰減測量低中頻串聯(lián)替代法衰減測量 不確定度評定不確定度評定-電壓測量不確定度電壓測量不確定度 噪聲誤差噪聲誤差 50系統(tǒng)的白噪聲功率普密度為