一种减小微波衰减量测量不确定度的方法

技术领域

本发明属于微波测量技术及仪器领域,涉及一种减小微波衰减量测量不确定度的方法。

背景技术

衰减器件是微波测量系统中的常用器件，系统中通常不止简单地包括一种衰减器件，甚至同一种衰减器件需要多个组合。在微波波段，不同元器件的端口连接不匹配产生的反射信号与入射信号的叠加不仅与电压的幅值有关，还与相位有关。对于多个衰减器件衰减量的标定，通常考虑多次连接会产生由于人为、环境等因素引入的不确定度，从而选择多个器件组合标定。但由于引入衰减器件不确定度的因素主要包括测量设备、标定系统失配、多个器件组合失配三部分，综合考虑几部分因素，多个衰减器件组合标定不能减小器件的不确定度，目前缺少适合的标定方法，来减小多个器件衰减量的不确定度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小微波衰减测量不确定度的方法。

为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种减小微波衰减量测量不确定度的方法，包括步骤：

S1、确定衰减器件的技术指标和衰减量大小，采用网络分析仪对衰减器件进行单个标定或组合连标

S11、网络分析仪根据衰减器件的使用条件进行参数设置和系统校准；

S12、系统校准后逐个连接待测衰减器件进行标定，标定包括衰减量及驻波参数测试；

S13、单个衰减器件测量后，对多个衰减器进行组合；

S2、对测量结果进行不确定度分析，根据不确定度分析，给出衰减器件在不同驻波下的标定不确定度；

根据标定不确定度判断不同衰减量和衰减器件特性，选择多个衰减器件组合连标或单个标定然后组合使用：

当衰减器件工作频率小于2GHz时，若多个衰减器件组成的系统衰减量大于60dB，对多个衰减器件进行单个标定，然后进行组合使用；若多个衰减器件组成的系统衰减量小于60dB时，将多个衰减器件进行组合标定；

当衰减器件工作频率大于2GHz时，若多个衰减器件组成的系统衰减量大于70dB、驻波小于1.2，对多个衰减器件进行单个标定，然后进行组合使用；若多个衰减器件组成的系统衰减量大于70dB、驻波大于1.2，将多个衰减器件进行组合标定；若多个衰减器件组成的系统衰减量小于70dB，将多个衰减器件进行组合标定。

进一步，步骤S2不确定度分析过程如下：

建立梅森公式

当传输系统的特性阻抗为Z₀时，网络分析仪内输出功率P₀为|e|²/Z₀，经过待测衰减器后接收功率Pi为|b₂|²/Z₀，接收机的反射功率P_R为|a₂|²/Z₀，则接收机接收功率为：

P_L＝P_i-P_R＝(|b₂|²/Z₀)-(|a₂|²/Z₀)

由a₂＝b₂Γ_L整理得：

由此网络分析仪得到的表征衰减的参数L为：

当衰减器和网络分析仪的连接端口完全匹配时，衰减参数的表达式为：

由此失配误差为

ΔA_m＝20lg(1±|Γ_G||S₁₁|)(1±|Γ_L||S₂₂|)+10lg(1±|Γ_L|²)

衰减器件在使用中的失配不确定度为：

其中，e为源输出电压，a₁为衰减器件一端口输入电压，b₁为衰减器件一端口输出电压，a₂为衰减器件二端口输入电压，b₂为衰减器件二端口输出电压，S₁₁为衰减器件一端口反射参数，无量纲，S₂₁为衰减器件正向传输参数，S₁₂为衰减器件反向传输参数，S₂₂为衰减器件二端口反射参数，Γ_L为负载反射，Γ_G为源反射参数。

本发明减小微波衰减量测量不确定度的方法通过不确定度分析，给出具体衰减量数值所对应的衰减器件单标或组合标定，减少实际工作时标定工作量的同时，亦减小多个器件衰减量的不确定度。

附图说明

图1为衰减器件标定示意图。

图2为标定结果不确定度分析信号流程图。

图3为衰减器件组合连标或单个标定然后组合使用判定示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进行一步详细说明。

一种减小微波衰减量测量不确定度的方法，包括步骤：

S1、确定衰减器件的技术指标和衰减量大小，采用网络分析仪对衰减器件进行单个标定或组合连标

S11、如图1所示，网络分析仪根据衰减器件的使用条件进行参数设置和系统校准；

S12、系统校准后逐个连接待测衰减器件进行标定，标定包括衰减量及驻波参数测试；

S13、单个衰减器件测量后，对多个衰减器进行组合；

S2、对测量结果进行不确定度分析，不确定度分析过程如下：

如图2所示，图中e为源输出电压，a₁为衰减器件一端口输入电压，b₁为衰减器件一端口输出电压，a₂为衰减器件二端口输入电压，b₂为衰减器件二端口输出电压，S₁₁为衰减器件一端口反射参数，无量纲，S₂₁为衰减器件正向传输参数，S₁₂为衰减器件反向传输参数，S₂₂为衰减器件二端口反射参数，Γ_L为负载反射，Γ_G为源反射参数，C为源与负载端的泄露参量，可以忽略。

建立梅森公式

当传输系统的特性阻抗为Z₀时，网络分析仪内输出功率P₀为|e|²/Z₀，经过待测衰减器后接收功率Pi为|b₂|²/Z₀，接收机的反射功率P_R为|a₂|²/Z₀，则接收机接收功率为：

P_L＝P_i-P_R＝(|b₂|²/Z₀)-(|a₂|²/Z₀)

由a₂＝b₂Γ_L整理得：

由此网络分析仪得到的表征衰减的参数L为：

当衰减器和网络分析仪的连接端口完全匹配时，衰减参数的表达式为：

由此失配误差为

ΔA_m＝20lg(1±|Γ_G||S₁₁|)(1±|Γ_L||S₂₂|)+10lg(1±|Γ_L|²)

衰减器件在使用中的失配不确定度为：

根据不确定度分析，给出衰减器件在不同驻波下的标定不确定度；

根据标定不确定度判断不同衰减量和衰减器件特性，选择多个衰减器件组合连标或单个标定然后组合使用：

如图3所示，当衰减器件工作频率小于2GHz时，若多个衰减器件组成的系统衰减量大于60dB，对多个衰减器件进行单个标定(即分段定标)，然后进行组合使用，可以减小系统不确定度；若多个衰减器件组成的系统衰减量小于60dB时，将多个衰减器件进行组合标定(即连标)；

当衰减器件工作频率大于2GHz时，若多个衰减器件组成的系统衰减量大于70dB、驻波小于1.2，对多个衰减器件进行单个标定，然后进行组合使用；若多个衰减器件组成的系统衰减量大于70dB、驻波大于1.2，将多个衰减器件进行组合标定；若多个衰减器件组成的系统衰减量小于70dB，将多个衰减器件进行组合标定。