計量方法與誤差理論CH3_3_電子計量

1、第第1節(jié)節(jié) 時間頻率計量測試時間頻率計量測試第第2節(jié)節(jié) 電磁學計量測試電磁學計量測試第第3節(jié)節(jié) 電子計量測試電子計量測試第第4節(jié)節(jié) 溫度計量測試溫度計量測試第第5節(jié)節(jié) 光學計量測試光學計量測試第第6節(jié)節(jié) 其他計量測試其他計量測試 （幾何、力學、聲學、電離輻射、物質的量）（幾何、力學、聲學、電離輻射、物質的量） 無線電計量、高頻計量、射頻和微波計量無線電計量、高頻計量、射頻和微波計量,電磁計量在頻率上的延電磁計量在頻率上的延伸（伸（電子計量現(xiàn)今國際通行的頻率覆蓋范圍為電子計量現(xiàn)今國際通行的頻率覆蓋范圍為10kHz3000GHz）。）。 無線電計量測試，在十大計量專業(yè)中，屬于參數(shù)（參量）最多的無線

2、電計量測試，在十大計量專業(yè)中，屬于參數(shù)（參量）最多的專業(yè)之一，其基本和比較重要的參數(shù)多達專業(yè)之一，其基本和比較重要的參數(shù)多達20多個。多個。 頻率范圍頻率范圍：幾十千赫以上（高頻、射頻、微波）：幾十千赫以上（高頻、射頻、微波） 參數(shù)及分類參數(shù)及分類 信號能量、信號特性、電磁特性、材料電磁特性、網絡特性等信號能量、信號特性、電磁特性、材料電磁特性、網絡特性等特點特點 頻率范圍寬、量程廣、波形多、傳輸系統(tǒng)復雜、分布參數(shù)影響頻率范圍寬、量程廣、波形多、傳輸系統(tǒng)復雜、分布參數(shù)影響 量值傳遞鏈較短、測試工作量大于檢定工作量量值傳遞鏈較短、測試工作量大于檢定工作量 信號強度計量：信號強度計量：功率、電壓、

3、電場強度功率、電壓、電場強度信號特性計量：信號特性計量：波形參數(shù)、脈沖參數(shù)、調制參數(shù)、噪聲、頻譜等波形參數(shù)、脈沖參數(shù)、調制參數(shù)、噪聲、頻譜等電路參量計量：電路參量計量：阻抗、電感、電容、品質因數(shù)等阻抗、電感、電容、品質因數(shù)等網絡特性計量：網絡特性計量：網絡反射參量（反射系數(shù)、駐波比等）和傳輸參網絡反射參量（反射系數(shù)、駐波比等）和傳輸參 量（衰減、相移、群延時等）量（衰減、相移、群延時等）材料特性計量：材料特性計量：介電常數(shù)、磁導率、損耗角正切等介電常數(shù)、磁導率、損耗角正切等電磁兼容性計量：電磁兼容性計量：EMC測試測試 國家基準或標準國家基準或標準主要是研制上述基本參量和部分二次導出參量的國家

4、主要是研制上述基本參量和部分二次導出參量的國家基準或標準；電子計量科學的最終目的是解決基準或標準；電子計量科學的最終目的是解決電子測量基準或標準的建立電子測量基準或標準的建立、量值傳遞和統(tǒng)一問題量值傳遞和統(tǒng)一問題。1.1.長度計量器具長度計量器具 2.2.熱學計量器具熱學計量器具 3.3.力學計量器具力學計量器具 4.4.電磁學計量器具電磁學計量器具5.5.無線電計量器具無線電計量器具 高頻電壓標準、同軸熱電轉換器、微電位計、高頻電壓表、高頻毫伏表、高頻微伏表、低頻電壓標準源、高頻電壓標準、同軸熱電轉換器、微電位計、高頻電壓表、高頻毫伏表、高頻微伏表、低頻電壓標準源、低頻電壓表、高頻電流表、校

5、準接收機、標準信號發(fā)生器、調幅度儀、頻偏儀、調制度儀、失真度儀檢定裝低頻電壓表、高頻電流表、校準接收機、標準信號發(fā)生器、調幅度儀、頻偏儀、調制度儀、失真度儀檢定裝置、失真度儀、低失真信號發(fā)生器、音頻分析儀、脈沖發(fā)生器、時標發(fā)生器、標準脈沖幅度發(fā)生器、脈沖電置、失真度儀、低失真信號發(fā)生器、音頻分析儀、脈沖發(fā)生器、時標發(fā)生器、標準脈沖幅度發(fā)生器、脈沖電壓表、高頻阻抗分析儀、高頻標準電阻、高頻標準電感、高頻標準電容、壓表、高頻阻抗分析儀、高頻標準電阻、高頻標準電感、高頻標準電容、Q Q表、高頻表、高頻Q Q值標準線圈、高頻介質值標準線圈、高頻介質標準樣片、高頻電容損耗標準、高頻零示電橋、諧振式阻抗儀

6、、矢量阻抗表、矢量阻抗分析儀、高頻電容損標準樣片、高頻電容損耗標準、高頻零示電橋、諧振式阻抗儀、矢量阻抗表、矢量阻抗分析儀、高頻電容損耗儀、高頻介質損耗儀、高頻微波功卒座、高頻微波功率計、高頻微波功率指示器、高頻微波功率計校準裝耗儀、高頻介質損耗儀、高頻微波功卒座、高頻微波功率計、高頻微波功率指示器、高頻微波功率計校準裝置、衰減器校準裝置、衰減器、相位標準、相位計、移相器、相位發(fā)生器、微波阻抗標準裝置、微波阻抗標置、衰減器校準裝置、衰減器、相位標準、相位計、移相器、相位發(fā)生器、微波阻抗標準裝置、微波阻抗標準負載、測量線、反射計、阻抗圖示儀、網絡分析儀、高頻微波噪聲發(fā)生器、高頻微波噪聲測量儀、標

7、準場準負載、測量線、反射計、阻抗圖示儀、網絡分析儀、高頻微波噪聲發(fā)生器、高頻微波噪聲測量儀、標準場強發(fā)生器、高頻近區(qū)標準場裝置、微波標準天線、高頻場強計、微波漏能儀、測量接收機、干擾測量儀、脈強發(fā)生器、高頻近區(qū)標準場裝置、微波標準天線、高頻場強計、微波漏能儀、測量接收機、干擾測量儀、脈沖響應校準器、晶體管圖示儀、晶體管圖示儀校準裝置、晶體管參數(shù)測試儀、電子管參數(shù)測試儀、頻譜分析沖響應校準器、晶體管圖示儀、晶體管圖示儀校準裝置、晶體管參數(shù)測試儀、電子管參數(shù)測試儀、頻譜分析儀、波形分析儀、電視綜合測試儀，電視參數(shù)測試儀、示波器、示波器校準儀、抖晃儀、心電圖儀檢定裝置、儀、波形分析儀、電視綜合測試儀

8、，電視參數(shù)測試儀、示波器、示波器校準儀、抖晃儀、心電圖儀檢定裝置、腦電圖儀檢定裝置、心腦電圖儀、半導體材料工藝參數(shù)測量標準、半導體材料工藝參數(shù)測量儀、集成電路參腦電圖儀檢定裝置、心腦電圖儀、半導體材料工藝參數(shù)測量標準、半導體材料工藝參數(shù)測量儀、集成電路參數(shù)測量標準、集成電路參數(shù)測量儀。數(shù)測量標準、集成電路參數(shù)測量儀。 6.6.時間頻率計量器具時間頻率計量器具 7.7.聲學計量器具聲學計量器具 8.8.光學計量器具光學計量器具 9.9.電離輻射計量器具電離輻射計量器具 10.10.物物理化學計量器具理化學計量器具 11.11.標準物質標準物質中華人民共和國依法管理的計量器具中華人民共和國依法管理

9、的計量器具 中國計量科學研究院中國計量科學研究院無線電處負責建立、保存、和改進電子計量無線電處負責建立、保存、和改進電子計量國家基準國家基準或標準或標準，研究精密測量理論與技術，進行國際比對，開展量值傳遞與提供量，研究精密測量理論與技術，進行國際比對，開展量值傳遞與提供量值溯源，以保證全國電子計量單位的統(tǒng)一及量值的準確可靠。值溯源，以保證全國電子計量單位的統(tǒng)一及量值的準確可靠。1、高頻電壓的表征（、高頻電壓的表征（100KHz）瞬時值、峰值、平均值、有效值瞬時值、峰值、平均值、有效值 波形因數(shù)（有效值波形因數(shù)（有效值/平均值）平均值）波峰因數(shù)（峰值波峰因數(shù)（峰值/有效值）有效值）2、高頻電壓標

10、準、高頻電壓標準 基本原理：利用它們和直流電壓在熱電轉換元件上基本原理：利用它們和直流電壓在熱電轉換元件上產生相同熱效應以實現(xiàn)產生相同熱效應以實現(xiàn)直流替代直流替代。不同頻段采用不同的。不同頻段采用不同的熱電轉換元件和轉換方式。熱電轉換元件和轉換方式。小電壓（小電壓（1uV -0.1V）中電壓（中電壓（0.1-2V）大電壓（大電壓（2V以上）以上） 高頻中電壓標準高頻中電壓標準( (0.1-2V) ) 功率計法、測輻射熱器電橋法、補償式電子管電壓表功率計法、測輻射熱器電橋法、補償式電子管電壓表法、真空熱電偶法法、真空熱電偶法PRU U：同軸熱電轉換器輸出端面（功率計輸入端面）電壓P：功率計計量所

11、得到的高頻功率值R：功率計輸入阻抗優(yōu)點：借助于功率標準，較好的準確度優(yōu)點：借助于功率標準，較好的準確度缺點：必須知道各種頻率下精確的輸入阻抗缺點：必須知道各種頻率下精確的輸入阻抗 n功率計法功率計法（適合做國家計量標準）（適合做國家計量標準） 英國、加拿大建立國家標準的方法英國、加拿大建立國家標準的方法 熱電轉換器熱電轉換器功率計功率計Un測輻射熱器電橋法測輻射熱器電橋法（適合做國家計量標準）（適合做國家計量標準） 美、俄、日和我國建立國家標準的方法（美、俄、日和我國建立國家標準的方法（P178 F8.3.1P178 F8.3.1）（1 1）測輻射熱器電橋：）測輻射熱器電橋：測熱電阻（高頻電壓

12、計量敏感元件）測熱電阻（高頻電壓計量敏感元件）（2 2）直流平衡電橋：）直流平衡電橋： 高頻高頻和和直流功率直流功率替代的平衡裝置，判斷交直流引起的阻替代的平衡裝置，判斷交直流引起的阻值變化是否相等。值變化是否相等。 原理：原理：根據熱變電阻（測輻射熱器）在通過直流電流或射頻電流時，如果兩根據熱變電阻（測輻射熱器）在通過直流電流或射頻電流時，如果兩者所加的功率相同，則產生的熱效應也相同。如果用一電橋線路監(jiān)視熱變電阻，者所加的功率相同，則產生的熱效應也相同。如果用一電橋線路監(jiān)視熱變電阻，則可以通過直流量替代射頻量的方法計算出射頻電壓。則可以通過直流量替代射頻量的方法計算出射頻電壓。直流替代法直流

13、替代法 測輻射熱方法：測輻射熱方法：頻率范圍寬、準確度高、性能穩(wěn)定、結構簡單、加頻率范圍寬、準確度高、性能穩(wěn)定、結構簡單、加工方便，是現(xiàn)代高頻電壓計量的技術基礎。工方便，是現(xiàn)代高頻電壓計量的技術基礎。低頻替代法低頻替代法rfafUU 主要用于標準計量器具（傳遞標準和工作主要用于標準計量器具（傳遞標準和工作標準）。標準）。 補償式電子管電壓表法補償式電子管電壓表法 有了中電壓標推，小電壓標準利用有了中電壓標推，小電壓標準利用標準精密衰減器標準精密衰減器將將中電壓標準降中電壓標準降低至毫伏與微伏量級低至毫伏與微伏量級而得到小電壓標準。而得到小電壓標準。 在所有的高頻電壓標準裝置中，中電壓標準的精度

14、最高。世界各國的高頻電壓國家標準都是中電壓標準，中電壓標準的水平反映了高頻電壓的計量水平。n 補償式電子管電壓表法補償式電子管電壓表法和和真空熱電偶法真空熱電偶法高頻小電壓標準高頻小電壓標準 使用使用標準精密衰減器標準精密衰減器將將中電壓標準降低至毫伏與微中電壓標準降低至毫伏與微伏量級得到小電壓標準伏量級得到小電壓標準。用于確定接收機的靈敏度和本機用于確定接收機的靈敏度和本機噪聲等指標。噪聲等指標。 作為作為工作標準工作標準的主要有的主要有校準接收機校準接收機和和高頻微伏標準高頻微伏標準兩兩種形式。種形式。n 校準接收機（校準接收機（P178 F8.3.1） 校準校準高頻信號發(fā)生器（高頻信號發(fā)

15、生器（100KHz30MHz的高頻、的高頻、30300MHz的的甚高頻信號發(fā)生器）甚高頻信號發(fā)生器）的的小電壓輸出和高頻衰減器小電壓輸出和高頻衰減器射頻振蕩器+測熱輻射器電橋信號源信號源濾波器濾波器校準接收機校準接收機n 高頻微伏標準高頻微伏標準 電流小電阻方式，提供精確的高頻小電壓，可直接校電流小電阻方式，提供精確的高頻小電壓，可直接校準電壓表。適合做成工作標準和比對用的傳遞標準準電壓表。適合做成工作標準和比對用的傳遞標準3. 高頻電壓的檢定高頻電壓的檢定 標準源給出標準源給出不同頻率范圍內不同頻率范圍內各量程的準確度指標，各量程的準確度指標，檢定亦應在檢定亦應在相應的頻率和量程上相應的頻率

16、和量程上進行。將各檢定結果進進行。將各檢定結果進行誤差（不確定度）合成，求出不同頻率范圍內的準確行誤差（不確定度）合成，求出不同頻率范圍內的準確定指標。定指標。計量標準源計量標準源被檢校準源被檢校準源a、電壓基本誤差檢定、電壓基本誤差檢定 基本誤差檢定頻率通常選擇基本誤差檢定頻率通常選擇1kHz，電壓按量程選擇，電壓按量程選擇，例如，例如，0.1V量程的量程的0.1V點；點；1V量程的量程的0.2V、0.4V、0.6V、0.8V、1V，也可按用戶要求選擇。，也可按用戶要求選擇。誤差計算如下：誤差計算如下：%10000UUUxv0UUxv ：基本誤差：基本誤差 ：被檢校準源輸出電壓：被檢校準源輸

17、出電壓 ：標準源示值：標準源示值 思考：誤差類型？不確定度？思考：誤差類型？不確定度？b、頻率附加誤差檢定、頻率附加誤差檢定 如：用微電位計在如：用微電位計在mV量程上進行檢定量程上進行檢定 方法：方法： 從以上檢定過程可以看出，這是從以上檢定過程可以看出，這是“固定標準讀被檢固定標準讀被檢”的的頻率附加誤差檢定方法，其頻率附加誤差按下式計算：頻率附加誤差檢定方法，其頻率附加誤差按下式計算：%10000ffffUUUxmvxmvfffUU0 ：毫伏量程的頻率附加誤差：毫伏量程的頻率附加誤差 ：參考頻率點時各毫伏量程上被檢源輸出示值：參考頻率點時各毫伏量程上被檢源輸出示值 ：不同頻率點時各毫伏量

18、程上標準源示值：不同頻率點時各毫伏量程上標準源示值 （各頻率點誤差合成）（各頻率點誤差合成）c、輸出穩(wěn)定度檢定、輸出穩(wěn)定度檢定 輸出電壓穩(wěn)定度的高低是衡量計量儀器性能的重要指標，只有高穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定度的高低是衡量計量儀器性能的重要指標，只有高穩(wěn)定度才能為高準確定提供保障度才能為高準確定提供保障 輸出電壓穩(wěn)定度的檢定可采用高分辨力標準源在規(guī)定時間（國產儀輸出電壓穩(wěn)定度的檢定可采用高分辨力標準源在規(guī)定時間（國產儀器短期穩(wěn)定度的規(guī)定時間為器短期穩(wěn)定度的規(guī)定時間為15min）觀察各選定頻率點上輸出電壓的相）觀察各選定頻率點上輸出電壓的相對變化。對變化。 如測量如測量15min短期穩(wěn)定度，可取短期穩(wěn)定

19、度，可取1min作為一個間隔，每分鐘測量一作為一個間隔，每分鐘測量一次，記下校準源輸出電壓示值，則被檢校準源短期穩(wěn)定度次，記下校準源輸出電壓示值，則被檢校準源短期穩(wěn)定度Su計算如下：計算如下：%1000minmaxUUUsuminmax0UUU ：預調電壓的實測值：預調電壓的實測值 ：規(guī)定時間內輸出電壓最大值：規(guī)定時間內輸出電壓最大值 ：規(guī)定時間內輸出電壓最小值：規(guī)定時間內輸出電壓最小值標準電壓表標準電壓表被檢校準源被檢校準源d、電壓不確定度的合成、電壓不確定度的合成 將基本誤差、頻率附加誤差、穩(wěn)定度進行不確定度合成得將基本誤差、頻率附加誤差、穩(wěn)定度進行不確定度合成得到儀器的電壓參數(shù)的不確定度

20、。到儀器的電壓參數(shù)的不確定度。e、其它指標的檢定和不確定度合成、其它指標的檢定和不確定度合成 除檢定上述項目外，還應檢定頻率誤差、波形失真等指標，除檢定上述項目外，還應檢定頻率誤差、波形失真等指標，這些檢定項目的檢定方法同電壓檢定相類似。這些檢定項目的檢定方法同電壓檢定相類似。以上項目需按照檢定規(guī)程完成以上項目需按照檢定規(guī)程完成4、其它高頻電壓計量方法、其它高頻電壓計量方法 測力法測力法 利用與電流或電磁場相關的一些物理現(xiàn)象，根據測力利用與電流或電磁場相關的一些物理現(xiàn)象，根據測力原理實現(xiàn)電壓計量原理實現(xiàn)電壓計量。 檢波法檢波法 檢波后用直流電壓表進行測量檢波后用直流電壓表進行測量 檢波檢波-

21、-放大式、放大放大式、放大- -檢波式檢波式 峰值檢波、均值檢波、有效值檢波峰值檢波、均值檢波、有效值檢波 補償法補償法 將高頻電壓通過檢波轉換成直流電壓，并與已知的直流補將高頻電壓通過檢波轉換成直流電壓，并與已知的直流補償電壓相比較，從而得出相應的高頻電壓。償電壓相比較，從而得出相應的高頻電壓。 與檢波法略有區(qū)別。與檢波法略有區(qū)別。 DVM補償計量法：補償計量法： 補償式電壓表是測量或檢定補償式電壓表是測量或檢定信號發(fā)生器信號發(fā)生器的輸出電壓或的輸出電壓或電電子電壓表子電壓表測量誤差的主要標準儀器。補償式電壓表由測量誤差的主要標準儀器。補償式電壓表由高頻檢高頻檢波探頭、直流補償電路和檢流計波

22、探頭、直流補償電路和檢流計等部分組成。等部分組成。 測量交流電壓時，調節(jié)補償電路的直流電壓使通過檢波二極管的測量交流電壓時，調節(jié)補償電路的直流電壓使通過檢波二極管的平平均電流不變均電流不變，或調節(jié)檢波二極管陰極電阻使，或調節(jié)檢波二極管陰極電阻使陰極偏壓固定不變陰極偏壓固定不變，從而用，從而用直流電壓或電阻確定相應的被測交流電壓。直流電壓或電阻確定相應的被測交流電壓。 在直流和低頻場合，用電壓和電流的概念便可方便表在直流和低頻場合，用電壓和電流的概念便可方便表征傳輸能量的大小，征傳輸能量的大小，但在高頻和微波頻段，由于工作波長但在高頻和微波頻段，由于工作波長可以和被測裝置尺寸相比，因此電流和電壓

23、缺乏唯一性定可以和被測裝置尺寸相比，因此電流和電壓缺乏唯一性定義，義，用電壓來表示信號是沒有實際意義的。而功率參量可用電壓來表示信號是沒有實際意義的。而功率參量可以直接表征高頻和微波能量的傳輸特性，并可以用各種不以直接表征高頻和微波能量的傳輸特性，并可以用各種不同的方法進行測量。同的方法進行測量。在波導傳輸?shù)奈⒉ㄏ到y(tǒng)中，不能計量電壓在波導傳輸?shù)奈⒉ㄏ到y(tǒng)中，不能計量電壓小功率、中功率小功率、中功率（10mV10W）、）、大功率大功率功率計量原理：高頻或微波能量轉化成熱、力、直流或低頻電量等能功率計量原理：高頻或微波能量轉化成熱、力、直流或低頻電量等能量形式。量形式。熱效應功率計、力效應功率計、霍

24、爾效應功率計等熱效應功率計、力效應功率計、霍爾效應功率計等功率探頭（功率探頭（功率傳感器，功率傳感器，把高頻電信號通過能量轉換為可以直接檢測把高頻電信號通過能量轉換為可以直接檢測的電信號的電信號） + + 功率指示器（功率指示器（信號放大、變換和顯示器信號放大、變換和顯示器）1.1.雙負載量熱式功率計雙負載量熱式功率計（中小功率的國家計量標準）（中小功率的國家計量標準） 熱電堆熱電堆 + 量熱體量熱體A、B 熱電勢熱電勢量熱體內有吸收微波功率的全匹量熱體內有吸收微波功率的全匹配配（無反射）（無反射）負載負載量熱體量熱體A交替加直流和微波功率，交替加直流和微波功率，產生相同的熱電勢產生相同的熱電

25、勢 目前能獲得最高準確度的方法之一，建立中、小目前能獲得最高準確度的方法之一，建立中、小功率的國家計量標準（我國波導測熱標準即是采用功率的國家計量標準（我國波導測熱標準即是采用該方式的功率計）該方式的功率計）2.2.測熱電阻電橋功率計測熱電阻電橋功率計 功率敏感元件：測熱電阻RT（接入傳輸線內吸收微波功率）第1次不加高頻功率調平衡：I1第2次加高頻功率再調平衡：I2 )(42221IIRPrf對溫度敏感，對溫度敏感，uW或或mW功率測量功率測量 該電橋雖能進行功率測量，但是由于兩次平衡都是手該電橋雖能進行功率測量，但是由于兩次平衡都是手動操作，因此費時費力。動操作，因此費時費力。自動平衡測輻射

26、熱器電橋自動平衡測輻射熱器電橋 a是橋臂比，電橋的失衡電壓e1用作伺服反饋放大器的輸入。放大器A的輸出電壓E0用于激勵測輻射熱器電橋。當放大器的增益足夠高時，電橋將接近于理想的平衡狀態(tài)。3.3.微量熱計微量熱計 量熱式準確度高，但測量時間長，對環(huán)境條件要求高量熱式準確度高，但測量時間長，對環(huán)境條件要求高測熱電阻式功率計響應快、長期穩(wěn)定性好測熱電阻式功率計響應快、長期穩(wěn)定性好結合二者優(yōu)點結合二者優(yōu)點 微量熱計微量熱計微波功率微波功率 = = 測熱電阻消耗功率測熱電阻消耗功率 + + 量熱體量熱體A A吸收功率吸收功率測量測量10mW以下的功率，具有以下的功率，具有0.5%的精度，頻率范圍可達的精

27、度，頻率范圍可達6GHz左右左右功率傳遞標準功率傳遞標準 建立微波功率的目的，是為了保證功率量值的準確和一致。因此，要把最高功率標準的量值傳遞到各級計量部門使用的功率計上，這是計量工作的一個重要任務。 “功率傳遞標準”是功率量值傳遞的重要工具。其準確度高于用于實驗室的“參考功率標準”的準確度?！皡⒖脊β蕵藴省本哂辛己玫挠嬃啃阅芎烷L期穩(wěn)定性，并能承受頻繁的重復測量和長途運輸。功率傳遞標準功率傳遞標準 功率指示器功率指示器功率座功率座 定向耦合器定向耦合器 （功分器）（功分器）校準過程（確定校準因子）校準過程（確定校準因子） 信號源信號源 穩(wěn)幅穩(wěn)幅放大器放大器 電源電源衰減器衰減器 功率功率指示器

28、指示器 功率座功率座 定向耦合器定向耦合器或功分器或功分器 標準標準功率座功率座 標準功率標準功率指示器指示器 傳遞標準 PbcPbsKsKcsGSGbsbcscPPKK11 表征高頻和微波器件傳輸特性的參量包括表征高頻和微波器件傳輸特性的參量包括衰減量、效率、電壓傳衰減量、效率、電壓傳輸系數(shù)、損耗輸系數(shù)、損耗等。等。衰減計量衰減計量是是無線電計量的基本參數(shù)之一，它表征了無線電計量的基本參數(shù)之一，它表征了無線電信號的幅度在傳輸過程中減弱的程度，是各種傳輸線、電子元無線電信號的幅度在傳輸過程中減弱的程度，是各種傳輸線、電子元器件、電子設備及系統(tǒng)的傳輸特性。器件、電子設備及系統(tǒng)的傳輸特性。 衰減是

29、指在理想匹配的系統(tǒng)衰減是指在理想匹配的系統(tǒng)中插入被測件中插入被測件(傳輸網絡傳輸網絡)時，被時，被測件的入射功率與出射功率之比，測件的入射功率與出射功率之比，常用對數(shù)表示，單位常用對數(shù)表示，單位dB。衰減器衰減器 耦合度、方向性、插入損耗、衰減量、增益、變頻損耗等都屬于耦合度、方向性、插入損耗、衰減量、增益、變頻損耗等都屬于衰減的測量范疇。衰減的測量范疇。 電阻式衰減器（電阻式）電阻式衰減器（電阻式） T型電阻式衰減器、型電阻式衰減器、型電阻式衰減器、平衡式電阻衰減器、型電阻式衰減器、平衡式電阻衰減器、 薄薄膜電阻式衰減器、步進式電阻衰減器膜電阻式衰減器、步進式電阻衰減器 波導截止式衰減器（截

30、止式）波導截止式衰減器（截止式） 感應分壓式衰減器（電感式）感應分壓式衰減器（電感式） 回轉式衰減器（回轉式）回轉式衰減器（回轉式） 波導吸收式衰減器（吸收式）波導吸收式衰減器（吸收式） PIN電調衰減器（電調式）電調衰減器（電調式） 射頻（高頻）替代法射頻（高頻）替代法 串聯(lián)射頻替代法、并聯(lián)射頻替代法串聯(lián)射頻替代法、并聯(lián)射頻替代法 中頻替代法中頻替代法 低頻替代法低頻替代法 功率比法功率比法 掃頻法掃頻法 信號幅度倍增法信號幅度倍增法 時間間隔比法時間間隔比法射頻替代法（高頻替代法）射頻替代法（高頻替代法） 將將被測衰減量被測衰減量在同頻率上的在同頻率上的標準衰減器標準衰減器的衰減量進行比的

31、衰減量進行比較的方法。可分為較的方法。可分為串聯(lián)射頻替代法串聯(lián)射頻替代法和和并聯(lián)射頻替代法并聯(lián)射頻替代法兩種。兩種。串聯(lián)射頻替代法串聯(lián)射頻替代法并聯(lián)射頻替代法并聯(lián)射頻替代法由于被測衰減器與標準由于被測衰減器與標準衰減器并聯(lián)，只要每次衰減器并聯(lián)，只要每次調到指示不變，則被測調到指示不變，則被測衰減增量可由標準衰減衰減增量可由標準衰減器增量代替。器增量代替。中國計量院的中國計量院的30MHz截止式衰減器國家標截止式衰減器國家標準。量值傳遞量程準。量值傳遞量程100dB，在，在100dB不確不確定度定度210-4，80dB不不確定度確定度110-4。兩種方法優(yōu)缺點：兩種方法優(yōu)缺點： 優(yōu)點：量程大，可

32、達優(yōu)點：量程大，可達130140dB。 缺點：必須具有與被測件同頻率的標準衰減器。缺點：必須具有與被測件同頻率的標準衰減器。 射頻替代法沒有現(xiàn)成的校準裝置，必須自己組建校射頻替代法沒有現(xiàn)成的校準裝置，必須自己組建校準系統(tǒng)準系統(tǒng)中頻替代法中頻替代法 將將微波頻率微波頻率與與本振本振混頻后降到中頻，用混頻后降到中頻，用中頻衰減器中頻衰減器替代替代 串聯(lián)中頻替代法串聯(lián)中頻替代法并聯(lián)中頻替代法并聯(lián)中頻替代法低頻替代法低頻替代法 將微波頻率降到低頻范圍進行測量將微波頻率降到低頻范圍進行測量功率比法功率比法 衰減是以功率比定義的，一種最基本的方法。衰減是以功率比定義的，一種最基本的方法。被測件未插入時被測

33、件未插入時P1被測件插入后被測件插入后P2衰減：衰減：A=10lg(P1/P2)信號源信號源隔離器隔離器被測件被測件隔離器隔離器功率計功率計單功率計法單功率計法優(yōu)點：優(yōu)點：簡單、方便、易實現(xiàn)簡單、方便、易實現(xiàn)缺點：缺點：易受信號源幅度不穩(wěn)定的影響，同時對功率計準確度要求較高，易受信號源幅度不穩(wěn)定的影響，同時對功率計準確度要求較高， 要保證功率計非線性誤差要保證功率計非線性誤差0.02dB，則測量范圍只有，則測量范圍只有1520dB雙通道功率計法雙通道功率計法信號源信號源隔離器隔離器被測件被測件直流零值檢測器直流零值檢測器定向耦合器定向耦合器定向耦合器定向耦合器負載負載功率計功率計1功率計功率計

34、2感應分壓器感應分壓器被測件未插入時被測件未插入時功率計功率計2輸入功率輸入功率P1被測件插入后被測件插入后功率計功率計2輸入功率輸入功率P2前后兩次調節(jié)感應分壓器前后兩次調節(jié)感應分壓器平衡指示平衡指示若兩次分壓比若兩次分壓比D1、D2，則，則A=10lg(P1/P2)=10lg(D1/D2)減小了信號源幅度不穩(wěn)定的影響，分辨率高，適合小衰減測量減小了信號源幅度不穩(wěn)定的影響，分辨率高，適合小衰減測量掃頻法掃頻法 可連續(xù)展示被測件在寬頻帶上的衰減頻率特性，快速直觀，是一可連續(xù)展示被測件在寬頻帶上的衰減頻率特性，快速直觀，是一種重要的測量方法。種重要的測量方法?？刹捎酶哳l替代、低頻替代等，通過掃頻

35、觀察衰減隨頻率的變化可采用高頻替代、低頻替代等，通過掃頻觀察衰減隨頻率的變化缺點：缺點：不確定度比點頻大，測量范圍較?。ú淮_定度比點頻大，測量范圍較?。?030dB）。）。穩(wěn)幅電路：減小信號源輸出功率的變化穩(wěn)幅電路：減小信號源輸出功率的變化直流對數(shù)放大器：保證可直接在示波器上觀察衰減直流對數(shù)放大器：保證可直接在示波器上觀察衰減 信號幅度倍增法信號幅度倍增法 優(yōu)點：優(yōu)點：不需要標準衰減器；不需要標準衰減器；缺點：缺點：不能校準任意衰減量，步進不能校準任意衰減量，步進6.0206dB時間間隔比法時間間隔比法 國內還未見應用國內還未見應用PIN調制器：調制信號為脈沖寬度不變、脈沖頻率可變的脈沖信號調

36、制器：調制信號為脈沖寬度不變、脈沖頻率可變的脈沖信號微波信號微波信號PIN調制器調制器功率計功率計脈沖頻率越高，微波信號加到功率座上的時間越長，功率也越大脈沖頻率越高，微波信號加到功率座上的時間越長，功率也越大則則A=10lg(P1/P2)=10lg(f1/f2)雙通道方式減小信號源不穩(wěn)定性雙通道方式減小信號源不穩(wěn)定性優(yōu)點：優(yōu)點：準確度高；準確度高；缺點：缺點：功率座非線性，量程不大，功率座非線性，量程不大，30dB內誤差內誤差0.001dB/10dB阻抗的有源和無源定義阻抗的有源和無源定義有源定義：電壓對電流的比值。適合實際計量。有源定義：電壓對電流的比值。適合實際計量。無源定義：根據元件的

37、電磁特性、幾何形狀及周圍電磁特性計量出來。無源定義：根據元件的電磁特性、幾何形狀及周圍電磁特性計量出來。適用于建立計量標準。適用于建立計量標準。集總參數(shù)和分布參數(shù)阻抗集總參數(shù)和分布參數(shù)阻抗頻率低，電路元件尺寸與波長相比很小。元件阻抗、頻率低，電路元件尺寸與波長相比很小。元件阻抗、Q Q值、介電常數(shù)、值、介電常數(shù)、介質損耗角正切等參量稱為集總參數(shù)阻抗參量。介質損耗角正切等參量稱為集總參數(shù)阻抗參量。頻率高，電路元件尺寸接近波長的頻率高，電路元件尺寸接近波長的1/41/4時，所有元件必須看成均勻分布時，所有元件必須看成均勻分布于電路各點，用分布參數(shù)的概念描述于電路各點，用分布參數(shù)的概念描述 特性阻抗

38、特性阻抗 定義：定義：在分布參數(shù)電路中，傳輸線上在分布參數(shù)電路中，傳輸線上入射波電壓入射波電壓與與入射波電流入射波電流之比，或之比，或反射波電壓反射波電壓與與反射波電流反射波電流之比的負值之比的負值0irirVVZII 將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗阻抗將信號隨時遇到的及時阻抗稱為將信號隨時遇到的及時阻抗稱為瞬時阻抗瞬時阻抗如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗，就稱之為傳輸線的如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗特性阻抗 反射系數(shù)反射系數(shù) 定義：定義：傳輸線上任一點的反射系數(shù)定義為該點傳輸線上任一點的反射系數(shù)定義為該點反射波電壓反射波電壓與與入入

39、射波電壓射波電壓之比。之比。riVV 集總參數(shù)阻抗標準集總參數(shù)阻抗標準容抗容抗作為參考量，由容器幾何尺寸和空氣介電常數(shù)計算。作為參考量，由容器幾何尺寸和空氣介電常數(shù)計算。通過通過直接比較直接比較和和校準技術校準技術，可把量值傳遞到集總參數(shù)阻抗的各種工，可把量值傳遞到集總參數(shù)阻抗的各種工作標準器上。作標準器上?？諝饨橘|活塞式電容器（同軸空氣介質傳輸線）空氣介質活塞式電容器（同軸空氣介質傳輸線）容量：容量： 圓筒電極集總參數(shù)阻抗標準和計量集總參數(shù)阻抗計量集總參數(shù)阻抗計量 伏安法、電橋法、諧振法、矢量阻抗法。伏安法、電橋法、諧振法、矢量阻抗法。伏安法伏安法適合低頻與音頻，精度低。適合低頻與音頻，精度

40、低。電橋法電橋法適合音頻、高頻甚至超高頻，精度高。適合音頻、高頻甚至超高頻，精度高。諧振法諧振法利用被測阻抗與已知元件組成諧振回路的諧振特性，適合利用被測阻抗與已知元件組成諧振回路的諧振特性，適合高頻和超高頻高頻和超高頻（精度不高，結構簡單）（精度不高，結構簡單）。計量儀器計量儀器：Q表（諧振法）、表（諧振法）、LRC表、高頻阻抗分析儀等表、高頻阻抗分析儀等 微波阻抗標準微波阻抗標準微波阻抗標準和計量 微波頻段的測量中，不是直接測量阻抗，而是微波頻段的測量中，不是直接測量阻抗，而是反射系數(shù)反射系數(shù)或或駐波駐波比比，微波阻抗標準器實質為，微波阻抗標準器實質為反射系數(shù)反射系數(shù)或或駐波標準器駐波標準

41、器。 反射系數(shù)和駐波比是無量綱的量，只有對于給定的特性阻抗，反射系數(shù)和駐波比是無量綱的量，只有對于給定的特性阻抗，才能代表某一特定的阻抗值。才能代表某一特定的阻抗值。 主要指主要指同軸線同軸線和和標準波導。標準波導。特性阻抗標準特性阻抗標準：同軸系統(tǒng)中無介：同軸系統(tǒng)中無介質支撐的剛性空氣介質質支撐的剛性空氣介質標準同軸標準同軸線線（一段標準空氣線，由填充空（一段標準空氣線，由填充空氣介質的一段同軸傳輸線構成）氣介質的一段同軸傳輸線構成） /4短路器（反射系數(shù)標短路器（反射系數(shù)標準器）準器）：短路板和：短路板和1/4波長波長傳輸線構成。由于其反射系傳輸線構成。由于其反射系數(shù)可根據幾何尺寸和電導率

42、數(shù)可根據幾何尺寸和電導率計算并直接測定，在微波阻計算并直接測定，在微波阻抗計量中常作為抗計量中常作為阻抗標準阻抗標準（一級標準）（一級標準）。 標準負載（反射系數(shù)標準器）標準負載（反射系數(shù)標準器） ：在給定的同軸或波導中產生確定的：在給定的同軸或波導中產生確定的反射系數(shù)。無反射標準負載、失配標準負載、大反射標準負載。作為反射系數(shù)。無反射標準負載、失配標準負載、大反射標準負載。作為傳傳遞或工作標準遞或工作標準。微波阻抗計量微波阻抗計量 開槽線、反射計（測反射系數(shù)）、標量網絡分析儀（反射系數(shù)和開槽線、反射計（測反射系數(shù)）、標量網絡分析儀（反射系數(shù)和S參數(shù)幅參數(shù)幅值）、矢量網絡分析儀（值）、矢量網絡

43、分析儀（S參數(shù)幅值和相位）。參數(shù)幅值和相位）。原理：探針在波導原理：探針在波導槽內滑動，測量電槽內滑動，測量電場，計算反射系數(shù)場，計算反射系數(shù)和電壓駐波比等特和電壓駐波比等特性參數(shù)性參數(shù)11LLSGGb3a3b2A2B2a2b測量原理：測量原理：優(yōu)點：設備簡單，使用方便優(yōu)點：設備簡單，使用方便缺點：受到開槽線本身、探針加載等固有缺陷的制約，使其測量準確缺點：受到開槽線本身、探針加載等固有缺陷的制約，使其測量準確度受到限制。適用于測量度受到限制。適用于測量10以下的中小駐波比的測量以下的中小駐波比的測量通過通過直接比較直接比較和和校準技術校準技術，可把，可把量值傳遞到集總量值傳遞到集總參數(shù)阻抗的

44、各種參數(shù)阻抗的各種工作標準器上。工作標準器上。噪聲特性是決定噪聲特性是決定接收系統(tǒng)靈敏度接收系統(tǒng)靈敏度和和測試分辨率測試分辨率的重要指標的重要指標噪聲計量本質是極其微弱的電波能量的計量噪聲計量本質是極其微弱的電波能量的計量噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度 隨機性隨機性 功率按頻率的譜分布連續(xù)功率按頻率的譜分布連續(xù) 噪聲功率譜密度表示單位帶寬內的噪聲功率（噪聲功率譜密度表示單位帶寬內的噪聲功率（W/Hz）噪聲溫度噪聲溫度 電子器件和設備實際噪聲功率按電子器件和設備實際噪聲功率按W/Hz表示通常在表示通常在10-18-10-23量級，使用不方量級，使用不方便，引入噪聲溫度等效單位。便，引入噪聲溫度等效

45、單位。 表示噪聲源表示噪聲源(熱源熱源噪聲管噪聲管射電源射電源接收機系統(tǒng)或其他有源多端網絡接收機系統(tǒng)或其他有源多端網絡)所發(fā)所發(fā)出的噪聲功率的量度。等效于電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內出的噪聲功率的量度。等效于電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內給出相同的給出相同的功率時功率時所具有的絕對溫度。所具有的絕對溫度。 某有源二端網絡的噪聲功率譜密度為某有源二端網絡的噪聲功率譜密度為Wn，用一個等效電阻在溫度，用一個等效電阻在溫度Te時所產時所產生的噪聲功率譜密度表示：生的噪聲功率譜密度表示：Wn=kTe 或或Te= Wn /k k波爾茲曼常數(shù)，波爾茲曼常數(shù)，1.3810-23J/K Te=290K時稱為

46、標準噪聲溫度時稱為標準噪聲溫度 超噪比（超噪比（ENR） 指噪聲發(fā)生器的等效輸出噪聲溫度相對于標準室溫指噪聲發(fā)生器的等效輸出噪聲溫度相對于標準室溫（T0=290K）的關系）的關系。 0000lg10)(TTTdBENRTTTENRee噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 表示有源多端口網絡輸出信噪比表示有源多端口網絡輸出信噪比S0/N0比其輸入信噪比比其輸入信噪比Si/Ni減小或變壞的倍數(shù)。減小或變壞的倍數(shù)。 ooiiNSNSF/標準噪聲源標準噪聲源在一定頻率范圍產生確定功率譜密度噪聲信號的儀器。在一定頻率范圍產生確定功率譜密度噪聲信號的儀器。 處于絕對零度以上的某一熱平衡狀態(tài)下的有耗元件都能輻射的熱噪處于絕對零

47、度以上的某一熱平衡狀態(tài)下的有耗元件都能輻射的熱噪聲，在整個無限電頻譜范圍具有均勻的功率譜密度。聲，在整個無限電頻譜范圍具有均勻的功率譜密度。長度足夠的理想無損耗傳輸線，終端接匹配負載時可以模擬理想噪聲源。長度足夠的理想無損耗傳輸線，終端接匹配負載時可以模擬理想噪聲源。終端匹配負載所輻射的噪聲功率：終端匹配負載所輻射的噪聲功率： P=k T B （T熱力學溫度、熱力學溫度、B接收系統(tǒng)帶寬）接收系統(tǒng)帶寬） 標準高溫噪聲源、標準低溫噪聲源、標準室溫噪聲源。標準高溫噪聲源、標準低溫噪聲源、標準室溫噪聲源。常用噪聲計量儀器常用噪聲計量儀器：高頻場效應管噪聲測量儀高頻場效應管噪聲測量儀和和電阻噪聲測量儀電阻噪聲測量儀。 噪聲測量方法噪聲測量方法(Y系數(shù)法系數(shù)法):高溫噪聲源高溫噪聲源Th低溫噪聲源低溫噪聲源Tc被測件被測件功率計功率計01(1)hcTYTFT Y1.高頻場強的表示高頻場強的表示： 電場強度電場強度E（V/m） 磁場強度磁場強度H（A/m） 功率通量密度功率通量密度S（W/m2）：）：在單位面積上通過的功率。在單位面積上通過的功率。