JJF 2008-2022梳状谱发生器校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 0 82 0 2 2梳状谱发生器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC o m bG e n e r a t o r s 2 0 2 2-1 2-0 7发布2 0 2 3-0 6-0 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局梳状谱发生器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC o m bG e n e r a t o r sJ J F2 0 0 82 0 2 2 归 口 单 位:全国无线电计量技术委员会 起 草 单 位:中国航天科工集团二院2 0 3所 本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局本规范起草人:姜 河(中国航天科工集团二院2 0 3所)龚鹏伟(中国航天科工集团二院2 0 3所)马红梅(中国航天科工集团二院2 0 3所)J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)5 计量特性(1)5.1 谐波功率(1)5.2 最小谐波功率(1)5.3 脉冲宽度(1)5.4 幅度平坦度(2)5.5 幅度对输入功率敏感度(2)5.6 相位平坦度(2)5.7 输入回波损耗(2)5.8 输出回波损耗(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 外观及工作正常性检查(3)7.3 谐波功率(4)7.4 最小谐波功率(4)7.5 脉冲宽度(5)7.6 幅度平坦度(5)7.7 幅度对输入功率敏感度(5)7.8 相位平坦度(6)7.9 输入回波损耗(7)7.1 0 输出回波损耗(7)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(8)附录A 原始记录格式(9)附录B 校准证书内页格式(1 1)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(1 3)附录D 相位谱解缠绕与去斜率(2 1)附录E 脉冲宽度算法(2 5)附录F 基于蒙特卡洛方法的相位平坦度不确定度评定(2 9)J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局引 言J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局梳状谱发生器校准规范1 范围本规范适用于带宽为1 0MH z 5 0GH z的梳状谱发生器的校准。2 引用文件本规范无引用文件。3 术语3.1 最小谐波功率指定输入频率下,梳状谱发生器在带宽范围内提供的所有谐波的功率都应大于或等于某个特定的功率,该功率称为最小谐波功率。3.2 幅度平坦度指定输入频率下,梳状谱发生器带宽范围内最大谐波功率与最小谐波功率之差。3.3 幅度对输入功率敏感度梳状谱发生器输入功率在一定范围内变化时,指定谐波(通常为带宽内最高次谐波)处功率值变化的程度。3.4 相位平坦度指定输入频率下,梳状谱发生器带宽范围内各谐波处最大相位值与最小相位值之差。4 概述梳状谱发生器可将输入到其中的正弦或方波信号,转化为与输入信号频率相同的周期性窄脉冲输出信号。梳状谱发生器输出信号的频谱为一系列等间隔的谱线,形似梳齿,各个谱线功率幅度接近,可在很宽的频率范围内提供输入频率的各次谐波信号。梳状谱发生器可用于锁相放大电路测试、频谱分析仪校准、捷变频雷达设计、超宽带雷达干扰、电磁兼容检测等领域中。近年来,随着非线性测试技术的发展,梳状谱发生器作为非线性矢量网络分析仪的谐波相位标准,得到了更加广泛的应用。5 计量特性5.1 谐波功率谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;功率范围:-9 5d B m0d B m。5.2 最小谐波功率谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;最小谐波功率范围:-9 5d B m-1 0d B m。5.3 脉冲宽度脉冲宽度范围:1 0p s 1 0 0n s。1J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局5.4 幅度平坦度谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;幅度平坦度:0d B4 0d B。5.5 幅度对输入功率敏感度输入功率范围:-1 5d B m3 0d B m(频率范围:1 0MH z 6GH z);敏感度范围:0d B2 0d B。5.6 相位平坦度谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;相位平坦度范围:0 7 0。5.7 输入回波损耗谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;输入回波损耗范围:0d B3 0d B。5.8 输出回波损耗谐波频率范围:1 0MH z 5 0GH z;输出回波损耗范围:0d B3 0d B。注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。6 校准条件6.1 环境条件1)环境温度:2 35;2)相对湿度:8 0%;3)电源要求:电压(2 2 0V1 1V),频率(5 0H z 1H z);4)其他:周围无影响校准正常工作的机械振动和电磁干扰。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 信号发生器1)频率范围:1 0MH z 6GH z;2)频率最大允许误差:11 0-7;3)输出电平:-1 5d B m3 0d B m。6.2.2 示波器带宽:5 0GH z;6.2.3 频谱分析仪1)频率范围:1 0MH z 5 0GH z;2)频率最大允许误差:11 0-6;3)幅度范围:-1 0 0d B m3 0d B m;4)频率响应不确定度:(0.2d B1d B)(k=2)。6.2.4 矢量网络分析仪1)频率范围:1 0MH z 5 0GH z;2)电压驻波比测量范围:1;3)动态范围:4 0d B;2J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局4)电压驻波比测量不确定度:1%4.6%(k=2)。6.2.5 隔直模块1)带宽:5 0GH z;2)插入损耗:3d B。6.2.6 衰减器1)带宽:5 0GH z;2)衰减范围:0d B3 0d B;3)衰减不确定度:0.0 1d B0.6d B(k=2)。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目梳状谱发生器校准项目见表1。表1 梳状谱发生器校准项目表序号校准项目名称条款1外观及工作正常性检查6.22谐波功率6.33最小谐波功率6.44脉冲宽度6.55幅度平坦度6.66幅度对输入功率敏感度6.77相位平坦度6.88输入回波损耗6.99输出回波损耗6.1 07.2 外观及工作正常性检查a)梳状谱发生器的各开关、按键等调节正常,应无影响仪器正常工作的机械损伤;各种必要的附件和文件应齐全;b)对梳状谱发生器进行通电检查;有自检功能的,应能通过自检;c)按图1连接仪器,对梳状谱发生器的输出波形进行检查;图1 输出波形检查连接图d)信号发生器为梳状谱发生器提供功率为0d B m、频率为1 0MH z(或被校梳状谱发生器输入功率、频率范围内的任意值)的正弦信号,梳状谱发生器的输出连接到示波器通道1;e)用示波器观察输出,波形应为重复频率为1 0MH z的窄脉冲,此时梳状谱发生器工作正常,将检查结果记入表A.1中。f)按说明书要求对校准所用仪器进行预热。3J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局7.3 谐波功率a)按图2连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1GH z),使其输出方波或正弦激励信号,将信号发生器的输出端连接到梳状谱发生器激励信号输入端,梳状谱发生器的输出端经隔直电容连接到频谱分析仪的输入端,如果需要,可在校准系统中加入衰减器,保证频谱分析仪的使用安全;图2 谐波功率校准框图b)设置频谱分析仪中心频率为1GH z;c)根据实际情况,对频谱分析仪扫频宽度、分辨力带宽、参考电平值、衰减值等进行设置,使频率1GH z处峰值功率值稳定显示,打开峰值标记功能,读取峰值功率值并记录在表A.2中;d)改变频谱分析仪中心频率至2GH z,3GH z,nGH z,nGH z应等于梳状谱发生器输出频谱范围值或为小于输出频谱范围的最大值,重复步骤c),直至完成所有谐波功率的校准。e)使用网络分 析 仪 测 量 隔 直 电 容 在 各 谐 波 频 率 处 的 插 入 损 耗Lc,记 录 在 表A.2中;f)若校准中使用了衰减器,使用网络分析仪测量衰减器在各谐波功率处的衰减值La,并记录在表A.2中;g)梳状谱发生器各次谐波处功率可按公式(1)计算:P=P0+Lc+La(1)式中:P 梳状谱发生器被测谐波处实际功率值,d B m;P0 频谱仪在被测谐波处的读数,d B m;Lc 隔直电容在被测谐波处的插入损耗,d B;La 衰减器在被测谐波处的衰减值,d B。7.4 最小谐波功率a)按图2连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1 0MH z),使其输出方波或正弦激励信号;b)将信号发生器的输出端连接到梳状谱发生器激励信号输入端,梳状谱发生器的输出端经隔直电容连接到频谱分析仪的输入端,连接信号发生器1 0MH z参考输出端与频谱分析仪1 0MH z参考输入端,保证两者同步;c)设置频谱分析仪的扫频宽度为梳状谱发生器带宽,适当设置频谱分析仪扫频宽度、分辨力带宽、参考电平值、衰减值等参数,使频谱分析仪稳定显示所有谐波谱线;d)打开峰值标记功能,找出所有谐波中功率最小的一个,并将对应功率值记录在表A.3相应表格内。4J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局7.5 脉冲宽度a)按图1连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1GH z),使其输出方波或正弦激励信号,梳状谱发生器的输出连接到示波器通道1;b)调节示波器触发方式、触发电平、垂直挡位、水平挡位以及水平延时等设置,使波形稳定显示且脉冲居于屏幕中间位置,脉冲信号显示高度应约为屏幕的8 0%,宽度约为屏幕的3 0%左右;c)使用示波器测量信号的脉冲宽度,或采集波形数据,使用附录E中算法计算脉冲宽度;d)将测量结果记录在表A.4相应的表格内。7.6 幅度平坦度a)按图2连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1 0MH z),使其输出方波或正弦激励信号;b)将信号发生器的输出端连接到梳状谱发生器激励信号输入端,梳状谱发生器的输出端经隔直电容连接到频谱分析仪的输入端;c)设置频谱分析仪的扫频宽度为输出频谱范围值,适当设置频谱分析仪扫频宽度、分辨力带宽、参考电平值、衰减值等参数,使频谱分析仪稳定显示带宽范围内所有谐波谱线;d)打开峰值标记功能,找出所有谐波谱线中功率最大的一个,并将对应功率值Pm a x记录在表A.5中;e)找出所有谐波谱线中功率最小的一个,并将对应功率值Pm i n记录在表A.5中;f)按照公式(2)计算幅度平坦度Ff,并记录到表A.5相应的表格内:Ff=Pm a x-Pm i n(2)式中:Ff 梳状谱发生器幅度平坦度,d B;Pm a x 谐波功率最大值,d B m;Pm i n 谐波功率最小值,d B m。7.7 幅度对输入功率敏感度a)按图2连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1GH z),使其输出方波或正弦激励信号;b)将信号发生器的输出端连接到梳状谱发生器激励信号输入端,梳状谱发生器的输出端经隔直电容连接到频谱分析仪的输入端;c)设置频谱分析仪的中心频率为ft,ft=if(i为整数且fm a x-fftfm a x,fm a x为输出频谱范围的最大值);d)根据梳状谱发生器技术指标,得到输入功率的最大值Pi n,m a x与最小值Pi n,m i n;e)设置信号发生器的输出功率为Pi n,m i n(例如-5d B m);f)适当设置频谱分析仪扫频宽度、分辨力带宽、参考电平值、衰减值等参数,直到ft处谱线稳定显示,读取此时峰值功率值P1并记录在表A.6中;5J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局g)改变信号源的输出功率为Pi n,m i n+P(例如-4d B m),Pi n,m i n+2 P(例如-3d B m),Pi n,m i n+kP(例如5d B m),其中k为整数(此处k=1 0),且一般k1 0,P=(Pi n,m a x-Pi n,m i n)/k,(此处P=1d B m);h)重复步骤f)g),得到ft处功率值P2,P3,Pk+1;i)按照公式(3)计算幅度对输入功率敏感度FP,并记录到表A.6相应的表格内:FP=m a xP1,P2,Pk+1-m i nP1,P2,Pk+1(3)式中:FP 梳状谱发生器幅度对输入功率敏感度,d B;P1,P2,Pk+1 各输入功率对应ft处谐波功率值,d B m。7.8 相位平坦度a)按图3连接仪器,按照说明书要求,设置信号发生器的输出功率与输出频率(例如输出功率为0d B m、输出频率为1GH z),使其输出方波或正弦激励信号,梳状谱发生器的输出连接到示波器通道1,计算机通过G P I B-U S B转接线与示波器连接;图3 相位平坦度校准框图b)调节示波器触发方式、触发电平、垂直挡位、水平挡位以及水平延时等设置,使示波器显示一个完整周期的稳定波形且脉冲居于屏幕中间位置,信号脉冲部分显示高度应为屏幕的8 0%左右;图4 相位平坦度计算示意图c)通过计算机控制示波器采集波形数据,对采集到的数据进行傅里叶变换得到信号相位谱数据;6J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局d)对相位数据进行解缠绕处理;e)对解缠绕后的相位数据补偿一个线性分量,进行去斜率处理,去斜率后相位数据的方差应最小;f)去斜率后梳状谱发生器的典型相位谱与图4类似;g)找出相位谱的最大值m a x与最小值m i n并记录到表A.7相应的表格内;h)按照公式(4)计算相位平坦度F,并记录到表A.7相应的表格内:F=m a x-m i n(4)式中:F 梳状谱发生器相位平坦度,();m a x 相位谱最大值,();m i n 相位谱最小值,()。注:1 某些梳状谱发生器平坦度指标以+1 0/-1 0 的形式给出,此时,+1 0 与-1 0 是相对D C处相位或相位数据均值给出的,具体根据技术说明书确定。2 若仪器说明书中相位平坦度指标分段给出,则在各频段内,分别求相位谱的最大值及最小值,进而求出每个频段对应的相位平坦度。7.9 输入回波损耗a)复位矢量网络分析仪,设置适当的中频带宽,在梳状谱发生器的输出频率范围内选择矢量网络分析仪的测试频率范围和测量点数k,一般k1 0 0;b)设置矢量网络分析仪测量参数为【S 1 1】,对矢量网络分析仪进行单端口校准;c)设置矢量网络分析仪显示格式为对数幅度;d)如图5所示,将梳状谱发生器输入端口接于矢量网络分析仪的校准端口上;图5 输入回波损耗校准框图e)使用频标(【m a r k e r】)读取各校准频率上的测量结果,找出反射系数的最大值,取其绝对值得到输入回波损耗的最小值,并将结果记录在表A.8相应的表格内。7.1 0 输出回波损耗a)复位矢量网络分析仪,设置适当的中频带宽,在梳状谱发生器的输出频率范围内选择矢量网络分析仪的测试频率范围和测量点数k,一般k1 0 0;图6 输出回波损耗校准框图b)设置矢量网络分析仪测量参数为【S 1 1】,对矢量网络分析仪进行单端口校准;c)设置矢量网络分析仪显示格式为对数幅度;d)如图6所示,将梳状谱发生器输出端口接于矢量网络分析仪的校准端口上;7J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局e)使用频标(【m a r k e r】)读取各校准频率上的测量结果,找出反射系数的最大值,取其绝对值得到输出回波损耗的最小值,并将结果记录在表A.9相应的表格内。8 校准结果表达梳状谱发生器校准后,出具校准证书。校准证书应至少包含以下信息: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或应用有关时,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)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;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。8J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录A原始记录格式表A.1 外观及工作正常性检查检查项目结果外观输出波形表A.2 谐波功率信号发生器频率谐波次数频谱仪读数d B m隔直电容插损/d B衰减器衰减/d B输出谐波功率/d B mU(k=2)f12n-1n表A.3 最小谐波功率频率:指标/d B m测得值/d B mU(k=2)表A.4 脉冲宽度指标/p s测得值/p sU(k=2)表A.5 幅度平坦度频率:Pm a x/d B mPm i n/d B m指标/d B测得值/d BU(k=2)表A.6 幅度对输入功率敏感度频率:输入功率/d B m谐波功率值/d B m指标/d B测得值/d BU(k=2)Pi n,m i nP1Pi n,m i n+PP2Pi n,m i n+kPPk+19J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局表A.7 相位平坦度频率:频率范围/GH z指标/()测得值/()U(k=2)表A.8 输入回波损耗频率范围/GH z指标/d B测得值/d BU(k=2)表A.9 输出回波损耗频率范围/GH z指标/d B测得值/d BU(k=2)01J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录B校准证书内页格式B.1 外观及工作正常性检查检查项目结果外观输出波形B.2 谐波功率信号发生器频率谐波次数频谱仪读数/d B m隔直电容插损/d B衰减器衰减/d B输出谐波功率/d B mU(k=2)f12n-1nB.3 最小谐波功率频率:指标/d B m测得值/d B mU(k=2)B.4 脉冲宽度指标/p s测得值/p sU(k=2)B.5 幅度平坦度频率:Pm a x/d B mPm i n/d B m指标/d B测得值/d BU(k=2)B.6 幅度对输入功率敏感度频率:输入功率/d B m谐波功率值/d B m指标/d B测得值/d BU(k=2)Pi n,m i nP1Pi n,m i n+PP2Pi n,m i n+kPPk+111J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局B.7 相位平坦度频率范围/GH z指标/()测得值/()U(k=2)B.8 输入回波损耗频率范围/GH z指标/d B测得值/d BU(k=2)B.9 输出回波损耗频率范围/GH z指标/d B测得值/d BU(k=2)21J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录C主要项目校准不确定度评定示例C.1 谐波功率不确定度评定C.1.1 测量方法谐波功率采用直接测量方法,校准框图见图C.1。图C.1 谐波功率校准框图C.1.2 测量模型谐波功率校准的测量模型为P=P0+Lc+La(C.1)式中:P 梳状谱发生器被测谐波处实际功率值,d B m;P0 频谱仪在被测谐波处的读数,d B m;Lc 隔直电容在被测谐波处的插入损耗,d B;La 衰减器在被测谐波处的衰减值,d B。灵敏系数为:c1=PP0=1,c2=PLc=1,c3=PLa=1。C.1.3 不确定度来源1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度u1;2)隔直电容插入损耗测量不准引入的不确定度u2;3)测量重复性引入的不确定度u3。C.1.4 标准不确定度评定以频谱分析仪校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对谐波功率测量不确定度进行分析,信号发生器输出频率为1GH z,功率为0d B m的正弦信号,被测谐波次数为5 0次,即测量5 0GH z处的谐波功率。本示例中未使用衰减器,因此不存在衰减器引入的不确定度分量。1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度在5 0GH z处,频谱分析仪校准证书中频率响应的扩展不确定度为1.0d B,由此引入的不确定度按照B类方法评定,包含因子k=2,则:u1=1d B/k=1d B/2=0.5d B(C.2)2)隔直电容插入损耗测量不准引入的不确定度隔直电容的插入损耗使用矢量网络分析仪进行测量,由此引入的不确定度为0.5d B,包含因子k=2,则:31J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局u2=0.5d B/k=0.5d B/2=0.2 5d B(C.3)3)测量重复性引入的不确定度测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。对梳状谱发生器5 0GH z处谐波功率独立测量n次(n=1 0),重复性测量数据见表C.1,按贝塞尔公式(C.4)计算其实验标准偏差。sn(P)=1n-1ni=1(Pi-P)2(C.4)表C.1 重复性测量数据单位:d B m次数1234567891 0测量值-5 1.3 4-5 1.7 3-5 1.8 6-5 1.1 4-5 1.7 8-5 1.1 2-5 1.9 9-5 2.1 2-5 2.2 4-5 2.3 8实验标准偏差:sn(P)=0.4 5 由此引入的标准不确定度为u3=sn(P)=0.4 5d B(C.5)C.1.5 标准不确定度分量表各标准不确定度分量见表C.2。表C.2 标准不确定度分量一览表不确定度来源评定方法分布k值标准不确定度符号数值灵敏系数标准不确定度分量频谱分析仪频响引入B正态2u10.5d B10.5d B隔直电容插入损耗引入B正态2u20.2 5d B10.2 5d B测量重复性A u30.4 5d B10.4 5d BC.1.6 合成标准不确定度根据表C.2,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为uc(P)=u21+u22+u23=0.7 2d B(C.6)C.1.7 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度U(P)=kuc(P)=1.5d B。C.2 脉冲宽度C.2.1 测量方法脉冲宽度采用直接测量方法,校准框图见图C.2。图C.2 脉冲宽度校准框图41J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局C.2.2 不确定度来源1)示波器分辨力引入的不确定度u1;2)示波器时基误差引入的不确定度u2;3)示波器幅度测量不准引入不确定度u3;4)测量重复性引入的不确定度u4。C.2.3 标准不确定度评定以示波器校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对脉冲宽度测量不确定度进行分析。1)示波器分辨力引入的不确定度示波器在1 0p s/d i v挡位下进行测量,示波器显示格数为1 0格,采样点数为10 2 4,对应的读数分辨力约为0.1p s,半宽度为0.0 5p s,由此引入的不确定度按B类方法评定,设其变化为均匀分布,包含因子k=3,则u1=0.0 5p s/k=0.0 5p s/3=0.0 3p s(C.7)2)示波器时基误差引入的不确定度依据说明书指标,示波器时基误差(包括时基失真与时基抖动等)为1.4p s,其变化大致服从均匀分布,取k=3,因此由示波器时基误差引入的不确定度为u2=1.4p s/k=1.4p s/3=0.8 0 8p s(C.8)3)示波器幅度测量不准引入不确定度依据说明书指标,示波器幅度测量最大允许误差为1%,幅度测量不准等同于在时间上引入误差量,引入的误差量约为被测脉冲宽度的1%,包含因子k=3,因实际测得脉冲宽度为1 3.4p s,则u3=1%1 3.4p s/k=0.1 3 4p s/3=0.0 7 7p s(C.9)4)测量重复性引入的不确定度测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。对梳状谱发生器输出信号的脉冲宽度独立测量1 0次,重复性测量数据见表C.3,按公式(C.4)计算其实验标准偏差。表C.3 重复性测量数据单位:p s次数1234567891 0测量值1 3.4 1 1 3.3 8 1 3.4 3 1 3.4 4 1 3.3 5 1 3.4 4 1 3.4 1 1 3.3 0 1 3.4 5 1 3.3 5实验标准偏差:sn(t)=0.0 4 由此引入的标准不确定度为u4=0.0 4p s(C.1 0)C.2.4 标准不确定度分量表各标准不确定度分量见下表C.4。51J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局表C.4 脉冲宽度测量的标准不确定度分量一览表来源评定方法分布k值标准不确定度符号数值/p s灵敏系数标准不确定度分量/p s取样示波器分辨力引入B均匀3u10.0 310.0 3取样示波器时基误差引入B均匀3u20.8 0 810.8 0 8取样示波器幅度测量不准引入B正态2u30.0 7 710.0 7 7测量重复性A u40.0 410.0 4C.2.5 合成标准不确定度根据表C.4,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为uc(t)=u21+u22+u23+u24=0.8 2p s(C.1 1)C.2.6 扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度为U(t)=kuc(t)=1.7p s。C.3 幅度平坦度C.3.1 幅度平坦度测量方法幅度平坦度的校准框图见图C.1。C.3.2 不确定度来源1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度u1;2)插入损耗测量不准引入的不确定度u2;3)测量重复性引入的不确定度u3。C.3.3 标准不确定度评定以频谱分析仪校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对幅度平坦度测量不确定度进行分析,依据技术指标,信号发生器输出频率为1 0MH z,功率为0d B m的正弦信号,寻找5 0GH z频率范围内功率值最大与最小的谐波。因本示例中未使用衰减器,此衰减器未引入不确定度分量。1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度频谱分析仪校准证书中频响扩展不确定度最大为1d B,由此引入的不确定度按照B类方法评定,包含因子k=2,则:u1=1d B/k=1d B/2=0.5d B(C.1 2)2)隔直电容插入损耗测量不准引入的不确定度依据校准证书,隔直电容的插入损耗引入的不确定度约为0.5d B,包含因k=2,则:u2=0.5d B/k=0.5d B/2=0.2 5d B(C.1 3)3)测量重复性引入的不确定度61J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。对梳状谱发生器幅度平坦度独立测量n次(n=1 0),重复性测量数据见表C.5,按贝塞尔公式(C.4)计算其实验标准偏差。表C.5 重复性测量数据单位:d B次数1234567891 0测量值1 8.2 3 1 8.2 6 1 8.3 4 1 8.2 9 1 7.9 6 1 7.8 9 1 8.3 4 1 8.3 6 1 7.9 81 8.3 9实验标准偏差:sn(Ff)=0.1 9 由此引入的标准不确定度为u3=sn(Ff)=0.1 9d B(C.1 4)C.3.4 标准不确定度分量表各标准不确定度分量见表C.6。表C.6 幅度平坦度测量标准不确定度分量一览表来源评定方法分布k值标准不确定度符号数值/d B灵敏系数标准不确定度分量/d B频谱分析仪频响引入B正态2u10.510.5隔直电容插入损耗引入B正态2u20.2 510.2 5重复性引入A u30.1 910.1 9C.3.5 合成标准不确定度根据表C.6,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为uc(Ff)=u21+u22+u23=0.6 0d B(C.1 5)C.3.6 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度U(P)=kuc(Ff)=1.2d B。C.4 幅度对输入功率敏感度C.4.1 测量方法幅度对输入功率敏感度的校准框图见图C.1。C.4.2 不确定度来源1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度u1;2)测量重复性引入的不确定度u2。C.4.3 标准不确定度评定以频谱分析仪校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对幅度对输入功率敏感度测量不确定度进行分析,选择测量谐信号发生器输出频率为1GH z,功率分别为-5d B m,-4d B m,0d B m,1d B m,5d B m的正弦信号,并记录对应的5 0GH z处谐波功率。本示例中未使用衰减器,因此衰减器未引入不确定度分量。71J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局1)频谱分析仪频响不确定度引入的不确定度频谱分析仪校准证书中给出的测量频响的扩展不确定度为1d B,由此引入的不确定度按照B类方法评定,包含因子k=2,则:u1=1d B/k=1d B/2=0.5d B(C.1 6)2)测量重复性引入的不确定度测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。对梳状谱发生器幅度平坦度独立测量n次(n=1 0),重复性测量数据见表C.7,按贝塞尔公式(C.4)计算其实验标准偏差。表C.7 重复性测量数据单位:d B次数1234567891 0测量值0.3 30.3 70.4 00.3 50.4 10.4 20.3 90.4 40.4 30.4 5 实验标准偏差:sn(FP)=0.0 4 由此引入的标准不确定度为u2=sn(FP)=0.0 4d B(C.1 7)C.4.4 标准不确定度分量表各标准不确定度分量见表C.8。表C.8 幅度对输入功率敏感度测量标准不确定度分量一览表来源评定方法分布k值标准不确定度符号数值/d B灵敏系数标准不确定度分量/d B频谱分析仪频响引入B正态2u10.510.5重复性A u20.0 410.0 4C.4.5 合成标准不确定度根据表C.8,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为uc(FP)=u21+u22=0.5 0d B(C.1 8)C.4.6 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度U(P)=kuc(FP)=1.0d B。C.5 相位平坦度C.5.1 测量方法相位平坦度校准框图见图C.3。图C.3 相位平坦度校准框图81J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局C.5.2 不确定度来源1)示波器时基抖动引入的不确定度分量u1;2)示波器时基失真引入的不确定度分量u2;3)测量重复性引入的不确定度u3。C.5.3 扩展不确定度本节以示波器校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对相位平坦度测量不确定度进行分析,信号发生器输出频率为1GH z,功率为0d B m的正弦信号。因相位平坦度评定方法涉及时域频域数据变换、解缠绕、去斜率等处理,因此使用传统方法很难对其进行不确定度评定。本规范采用了蒙特卡洛法对不确定度进行评估,具体过程详见附录F,最终包含概率9 5%时对应的最短包含区间为 1 3.3 1 7.1,概率密度函数近似高斯分布,对应标准不确定度uc为1.9。C.6 输入回波损耗不确定度评定C.6.1 测量方法输入回波损耗采用直接测量方法,校准框图见图C.4。图C.4 输入回波损耗校准框图C.6.2 不确定度来源1)矢量网络分析仪测量反射系数不准引入的不确定度分量u1;2)测量重复性引入的不确定度u2。C.6.3 标准不确定度分量评定本节以矢量网络分析仪校准5 0GH z梳状谱发生器为例,对输入回波损耗测量不确定度进行分析。1)矢量网络分析仪测量反射系数不准引入的不确定度分量矢量网络分析仪校准证书中给出的测量输入回波损耗的扩展不确定度约为0.5d B,由此引入的不确定度分量按照B类方法评定,包含因子k=2,则:u1=0.5d B/k=0.5d B/2=0.2 5d B(C.1 9)2)测量重复性引入的不确定度测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。对梳状谱发生器输入回波损耗独立测量1 0次,重复性测量数据见表C.9,按公式(C.4)计算其实验标准偏差。表C.9 重复性测量数据单位:d B次数1234567891 0测量值1 3.41 3.81 3.71 4.01 3.91 3.51 3.61 3.81 3.71 4.0 实验标准偏差:sn(FP)=0.2 0 由此引入的标准不确定度为u2=0.2d B(C.2 0)91J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局C.6.4 标准不确定度分量表各标准不确定度分量见表C.1 0。表C.1 0 回波损耗测量标准不确定度分量一览表来源评定方法分布k值标准不确定度符号数值/d B灵敏系数标准不确定度分量/d B矢量网络分析仪测输入回波损耗引入B正态2u10.2 510.2 5测量重复性A u20.210.2C.6.5 合成标准不确定度评定根据表C.1 0,假设各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为uc(Li)=u21+u22=0.2 6d B(C.2 1)C.6.6 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度U(L)=kuc(Li)=0.6d B。02J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录D相位谱解缠绕与去斜率在梳状谱发生器的校准过程中,需要从信号的时域信息中提取相位信息,以完成梳状谱发生器相位平坦度的校准。本节从傅里叶变换出发,探究了信号相位谱的提取算法,对由傅里叶变换直接得到的相位谱进行解缠绕与去斜率等处理,以保证不同校准人员对同一个梳状谱发生器相位平坦度校准得到相同的校准结果。考虑一个N点的离散时间序列,经过离散傅里叶变换(D F T)变换后会得到同样为N点的频域序列。频域信息与时域信息之间的关系如下式所示:R eX(k)=N-1i=0 xic o s(2 k i/N)I mX(k)=-N-1i=0 xis i n(2 k i/N)(D.1)式(D.1)中关系是在直角坐标系下得到的,在实际的工程应用中更关心的却是幅度与相位的信息,因此需要将频域信息用极坐标的形式表达。极坐标下的频域信息与直角坐标下的频域信息关系如式(D.2)所示:M a gXk=(R eXk2+I mXk2)P h a s eXk=a r c t a nI mXkR eXk (D.2)由式(D.2),可以由离散时间序列得到其幅度谱、相位谱等频域信息。图D.1 梳状谱发生器典型输出信号对一个如图D.1中所示的时域信号进行离散傅里叶变换,得到的信号相位谱如图D.2所示。12J J F2 0 0 82 0 2 2市场监管总局市场监管总局图D.2 梳状谱发生器相位谱由于反正切函数获得相位值只能在1 8 0 间分布,相位谱存在缠绕现象,需要对相位谱首先进行解缠绕处理。此外,由D F T变换的性质可知,如果一个数列xn通过D F T变换得到其相位谱P h a s eXk,将该数列在时间轴上向右平移s个单位得到数列xn+s,那么对xn+s 进行D F T变换得到的相位谱为P h a s eXk+2 s f,这意味着波形在时域上平移时,其相位谱会增加一个斜率和平移量有关的线性分量2 s f,导致信号相位谱的倾斜程度发生变化。傅里叶变换的这种性质会使同一信号在不同延时下测量结果变换所得的相位谱完全不同,因此,需要去斜率算法来调节信号相位谱的倾斜程度,使调整后的相位谱满足特定的条件,以便于不同延时下测量得到的相位谱之间进行比较。此处,我们参考国外文献,将该特定条件定为去斜率后信号相位谱的方差应最小。根据以上原则,相位谱去斜率的处理可通过最小二乘法实现,核心思想是先对反正切变换得