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摘要 簡要介紹了HP8902A功率電平校準裝置的基本功能和主要用途。著重分析了該校準裝置的各個測量不確定度分量，合成標準不確定度和擴展不確定度。解決了采用HP8902A來校準信號發(fā)生器的不確定度分析評定的問題。
HP8902A測量接收機基本功能有三個方面：RF頻率和頻率誤差測量、調(diào)制和音頻測量和RF電平和調(diào)諧RF電平測量。由于HP8902A采用功率計與中頻替代技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，因此具有寬動態(tài)范圍的絕對電平精確測量，可精測至-127 dBm，成為校準信號發(fā)生器功率電平的主要設(shè)備。國內(nèi)大多數(shù)計量技術(shù)機構(gòu)把HP8902A作為信號發(fā)生器的功率電平測量的標準。
由于信號發(fā)生器的頻率較高，一般會到26.5 GHz，有的到40GHz甚至更高，因此輸出功率電平動態(tài)范圍大。要保證信號發(fā)生器檢定的可靠性，就必須全面準確地對校準裝置的不確定度進行分析計算，從而使信號發(fā)生器的檢定工作科學(xué)、準確、可靠地進行。
HP8902A測量接收機的技術(shù)性能如下：
頻率范圍：2.5～26 500 MHz
電平量程：0～-127 dBm(2.5～1 300 MHz)
0～-110 dBm(1 300～26 500 MHz)
相對電平準確度為以下參數(shù)之和：檢波器線性、混頻器線性、中頻量程轉(zhuǎn)換誤差、射頻量程轉(zhuǎn)換誤差、頻率漂移、噪聲誤差、1個字誤差。
一、基本原理
HP8902A校準裝置主要由測量接收機、11793變頻器、本地振蕩器和被測源組成。當被測頻率為2.5～1 300 MHz時直接用8902A測試接收機進行測量，高于1.3 GHz時則采用外接本地振蕩器和微波變頻器與測量接收機組成的測試系統(tǒng)，先將被測信號變頻到1.3 GHz以下再進行測試。其原理圖如圖1所示。
二、不確定度的來源
根據(jù)實驗分析不確定度的來源包括以下幾個方面：檢波器線性、混頻器線性、量程轉(zhuǎn)換、失配影響、噪聲影響、頻率漂移、±1個字影響、測量重復(fù)性。
三、不確定度分析
1.檢波器線性引入的標準不確定度
檢波器線性有兩個指標，當我們所用的信號發(fā)生器及本地振蕩器為說明書中建議的型號時，檢波器為同步檢波，其線性誤差為±0.02 dB。按均勻分布，取包含因子
，則標準不確定度UB1=0.012 dB。此分量為B類。 2.混頻器線性引入的標準不確定度
當被測信號超過1.3 GHz時必須外接本地振蕩器和微波變頻器，將被測信號變成1.3 GHz以下再輸入到HP8902A接收機進行測試，此時將引入變頻誤差。當電平＞0 dBm時，變頻誤差為±O.18 dB。根據(jù)說明書規(guī)定要求混頻器本振信號電平為8 dBm，按均勻分布，取包含因子
，則標準不確定度UB2=0.10 dB。此分量為B類。 3.量程轉(zhuǎn)換引入的不確定度
量程轉(zhuǎn)換分中頻量程轉(zhuǎn)換和射頻量程轉(zhuǎn)換，IF量程轉(zhuǎn)換時量程(1～5)誤差為±0.02 dB/量程，量程(6～7)±0.05 dB/量程；RF量程轉(zhuǎn)換誤差為±0.057 dB。設(shè)測量值落在該區(qū)間內(nèi)的概率分布為均勻分布，取包含因子
，則標準不確定度UB3=0.088 dB。此分量為B類。 4.失配引入的不確定度
失配引入的不確定度UB4通常服從反正弦分布，取包含因子
。假設(shè)被測信號源駐波系數(shù)1.5(Γs=0.2)，功率探頭駐波系數(shù)實測1.13(Γu=0.06)，則標準不確定度UB4=0.074 dB。此分量為B類。 5.噪聲引入的不確定度
根據(jù)HP8902A技術(shù)說明書給出的，當輸入信號電平小于-120 dBm時引入噪聲誤差為±0.18 dB，按均勻分布，取包含因子
，則標準不確定度UB5=0.10 dB。此分量為B類。 6.頻率漂移引入的不確定度
根據(jù)HP8902A技術(shù)說明書給出的頻率漂移允許誤差極限值為±0.05 dB/kHz，假設(shè)在整個測試過程中頻率漂移1 kHz，設(shè)測量值落在該區(qū)間內(nèi)的概率分布為均勻分布，取包含因子
，則標準不確定度UB6=0.029 dB。此分量為B類。 7.±1個字引入的不確定度
儀器的最小分辨力為0.01 dB，設(shè)測量值落在該區(qū)間內(nèi)的概率分布為均勻分布，取包含因子
，則UB7=0.0029 dB。此分量為B類。 8.測量重復(fù)性引入的不確定度
測量重復(fù)性采用A類評定，用得到的實驗標準偏差表征，通過對頻率為1000 MHz，電平-50dBm的Agilent公司的8257D進行10次獨立重復(fù)測量得到的試驗標準偏差：s(x)=0.00483 dB，用算術(shù)平均值表示A類評定的標準不確定度。
合成標準不確定度為：
取置信概率95%時，k=2，故擴展不確定度為U0.95=kuc=0.36 dB。
四、結(jié)語
在對信號發(fā)生器功率電平測量進行不確定度評定時，失配誤差是主要考慮的因素，因為在測試中我們所用儀表的阻抗一般為50 Ω，但實際使用的設(shè)備一般都會有誤差，造成阻抗失配，形成駐波。部分功率在節(jié)點處形成反射，使功率計不能完全吸收信號源輸出的功率，產(chǎn)生失配誤差。此項誤差較大，應(yīng)認真對待。筆者建議在進行信號源功率電平評定時，必須考慮失配誤差的影響，對被測信號源的駐波比進行實際測量后。再進行不確定度評定。
