HP8902A功率电平校准装置的不确定度分析

摘要　简要介绍了HP8902A功率电平校准装置的基本功能和主要用途。着重分析了该校准装置的各个测量不确定度分量，合成标准不确定度和扩展不确定度。解决了采用HP8902A来校准信号发生器的不确定度分析评定的问题。

　　HP8902A测量接收机基本功能有三个方面：RF频率和频率误差测量、调制和音频测量和RF电平和调谐RF电平测量。由于HP8902A采用功率计与中频替代技术相结合的技术，因此具有宽动态范围的绝对电平精确测量，可精测至-127 dBm，成为校准信号发生器功率电平的主要设备。国内大多数计量技术机构把HP8902A作为信号发生器的功率电平测量的标准。

　　由于信号发生器的频率较高，一般会到26.5 GHz，有的到40GHz甚至更高，因此输出功率电平动态范围大。要保证信号发生器检定的可靠性，就必须全面准确地对校准装置的不确定度进行分析计算，从而使信号发生器的检定工作科学、准确、可靠地进行。

　　HP8902A测量接收机的技术性能如下：

　　频率范围：2.5～26 500 MHz

　　电平量程：0～-127 dBm(2.5～1 300 MHz)

　　0～-110 dBm(1 300～26 500 MHz)

　　相对电平准确度为以下参数之和：检波器线性、混频器线性、中频量程转换误差、射频量程转换误差、频率漂移、噪声误差、1个字误差。

一、基本原理

　　HP8902A校准装置主要由测量接收机、11793变频器、本地振荡器和被测源组成。当被测频率为2.5～1 300 MHz时直接用8902A测试接收机进行测量，高于1.3 GHz时则采用外接本地振荡器和微波变频器与测量接收机组成的测试系统，先将被测信号变频到1.3 GHz以下再进行测试。其原理图如图1所示。


图1　HP8902A测量接收机基本原理

二、不确定度的来源

　　根据实验分析不确定度的来源包括以下几个方面：检波器线性、混频器线性、量程转换、失配影响、噪声影响、频率漂移、±1个字影响、测量重复性。

三、不确定度分析

　　1.检波器线性引入的标准不确定度

　　检波器线性有两个指标，当我们所用的信号发生器及本地振荡器为说明书中建议的型号时，检波器为同步检波，其线性误差为±0.02 dB。按均匀分布，取包含因子，则标准不确定度UB1=0.012 dB。此分量为B类。

　　2.混频器线性引入的标准不确定度

　　当被测信号超过1.3 GHz时必须外接本地振荡器和微波变频器，将被测信号变成1.3 GHz以下再输入到HP8902A接收机进行测试，此时将引入变频误差。当电平＞0 dBm时，变频误差为±O.18 dB。根据说明书规定要求混频器本振信号电平为8 dBm，按均匀分布，取包含因子，则标准不确定度UB2=0.10 dB。此分量为B类。

　　3.量程转换引入的不确定度

　　量程转换分中频量程转换和射频量程转换，IF量程转换时量程(1～5)误差为±0.02 dB/量程，量程(6～7)±0.05 dB/量程；RF量程转换误差为±0.057 dB。设测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布，取包含因子，则标准不确定度UB3=0.088 dB。此分量为B类。

　　4.失配引入的不确定度

　　失配引入的不确定度UB4通常服从反正弦分布，取包含因子。假设被测信号源驻波系数1.5(Γs=0.2)，功率探头驻波系数实测1.13(Γu=0.06)，则标准不确定度UB4=0.074 dB。此分量为B类。

　　5.噪声引入的不确定度

　　根据HP8902A技术说明书给出的，当输入信号电平小于-120 dBm时引入噪声误差为±0.18 dB，按均匀分布，取包含因子，则标准不确定度UB5=0.10 dB。此分量为B类。

　　6.频率漂移引入的不确定度

　　根据HP8902A技术说明书给出的频率漂移允许误差极限值为±0.05 dB/kHz，假设在整个测试过程中频率漂移1 kHz，设测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布，取包含因子，则标准不确定度UB6=0.029 dB。此分量为B类。

　　7.±1个字引入的不确定度

　　仪器的最小分辨力为0.01 dB，设测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布，取包含因子，则UB7=0.0029 dB。此分量为B类。

　　8.测量重复性引入的不确定度

　　测量重复性采用A类评定，用得到的实验标准偏差表征，通过对频率为1000 MHz，电平-50dBm的Agilent公司的8257D进行10次独立重复测量得到的试验标准偏差：s(x)=0.00483 dB，用算术平均值表示A类评定的标准不确定度。

　　

　　合成标准不确定度为：

　　

　　取置信概率95%时，k=2，故扩展不确定度为U0.95=kuc=0.36 dB。

四、结语

　　在对信号发生器功率电平测量进行不确定度评定时，失配误差是主要考虑的因素，因为在测试中我们所用仪表的阻抗一般为50 Ω，但实际使用的设备一般都会有误差，造成阻抗失配，形成驻波。部分功率在节点处形成反射，使功率计不能完全吸收信号源输出的功率，产生失配误差。此项误差较大，应认真对待。笔者建议在进行信号源功率电平评定时，必须考虑失配误差的影响，对被测信号源的驻波比进行实际测量后。再进行不确定度评定。
作者：韩桂芬   来源：现代电信科技