頻譜儀頻率測(cè)量不確定度的評(píng)定

鄒宇 甘文剛 貴州航天電子科技有限公司

1.引言

頻譜分析儀是一種帶有顯示裝置的超外差接收設(shè)備。由預(yù)選器、本振、混頻、中頻放大、中頻濾波、檢波、視頻放大和顯示等電路組成，具有靈敏度高、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)?？煞奖愕孬@得時(shí)域測(cè)量中不易得到的獨(dú)特信息，如頻譜純度、信號(hào)失真、寄生、三階交調(diào)、相位噪聲等各種參數(shù)、頻譜分析儀是科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)、計(jì)量等必備的儀表，隨著頻譜分析儀的廣泛應(yīng)用，開(kāi)展對(duì)頻譜分析儀的檢定是計(jì)量部門的重要工作之一，確保在科研、生產(chǎn)中使用的頻譜分析儀是合格的。所以開(kāi)展頻譜分析儀的頻率測(cè)量不確定度的評(píng)定，可以準(zhǔn)確反映測(cè)量結(jié)果的可信程度。

2.頻譜參數(shù)影響量

很多因素會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，由測(cè)量得到的結(jié)果只能是被測(cè)值的近似值或估計(jì)值，正確評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果是測(cè)試的重要任務(wù)之一。因此，在檢定頻譜分析儀時(shí)，除了出具檢定結(jié)果外，還必須給出測(cè)量不確定度。由于頻譜分析儀主要表征的是頻率和功率電平參量，所以在此選擇頻率進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定。

3.頻率測(cè)量不確定度的評(píng)定

3.1 測(cè)量方法

選擇E8267D信號(hào)源作為被測(cè)對(duì)象，E4440A頻譜分析儀作為測(cè)試儀。將信號(hào)源的輸出端與頻譜分析儀的輸入端用射頻電纜連接，信號(hào)源的頻率為標(biāo)稱值，頻譜分析儀的頻率讀數(shù)為測(cè)量值。

3.2 測(cè)量不確定度的評(píng)定(以頻譜分析儀的中心頻率10GHz，掃頻寬度10MHz為例)

3.2.1 A類測(cè)量不確定度的評(píng)定

E8627D信號(hào)源和E4440A頻譜分析儀通電開(kāi)機(jī)預(yù)熱30分鐘后，E4440A頻譜分析儀的中心頻率設(shè)置為10GHz，掃頻寬度為10MHz，打開(kāi)頻率計(jì)數(shù)功能。在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測(cè)試十次，測(cè)量結(jié)果為：9.999999341、9.999999345、9.999999348、9.999999352、9.999999356、9.999999362、9.999999358、9.999999378、9.999999398、9.999999411。用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差Sn（x）表征A類不確定度。

3.2.2 頻率測(cè)量合成不確定度

不確定度分量主要有：測(cè)量重復(fù)性、頻率讀數(shù)準(zhǔn)確度、計(jì)數(shù)器頻率讀數(shù)準(zhǔn)確度和頻率顯示的分辯率。

由于各分量之間彼此獨(dú)立不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為：

3.2.3 頻率測(cè)量擴(kuò)展不確定度

查t分布表，置信概率p=95%時(shí)，取k=2 ,則U為：

3.2.4 測(cè)量結(jié)果報(bào)告

頻率為10GHz，掃頻寬度為10MHz，測(cè)量結(jié)果為：

4.降低頻譜儀測(cè)量不確定度的方法

對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，一般頻譜儀都具備內(nèi)部校準(zhǔn)信號(hào)，在測(cè)量前，開(kāi)機(jī)預(yù)熱30分鐘后可對(duì)儀器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。E4440A頻譜分析儀具有自校程序，測(cè)量一段時(shí)間后，可自行對(duì)儀器內(nèi)部各參數(shù)進(jìn)行自校，使儀器處于最佳測(cè)量狀態(tài)。自校程序可以確保整個(gè)測(cè)量過(guò)程的準(zhǔn)確度，減少某些參數(shù)改變（如改變分辨率帶寬）所帶來(lái)的不確定性。

5.結(jié)束語(yǔ)

頻譜分析儀被廣泛的用于公司的科研和生產(chǎn)中，具有動(dòng)態(tài)范圍大，頻帶寬，測(cè)試精度高，測(cè)試速度快等特點(diǎn)。E4440A頻譜分析儀的各項(xiàng)性能指標(biāo)在同類產(chǎn)品中是比較高的，開(kāi)展對(duì)頻率測(cè)量不確定度的評(píng)定，掌握了測(cè)量結(jié)果的可信程度。

[1]電子測(cè)試與測(cè)量，安捷倫公司，2008/09。

[2]JJF1059-2012 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013年2月。

[3]頻譜分析原理，羅德與施瓦茨公司出版，中文版第一版。

[4]JJG501-2000《頻譜分析儀檢定規(guī)程》，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2005年8月。