射頻中功率量值準確測量的研究

3.不確定度分析

考慮到衰減器的衰減量會(huì )隨輸入功率的變化而變化，用衰減基準對其定標時(shí)，是在小功率信號輸入時(shí)進(jìn)行測量的，而在實(shí)際測量中輸入的是大功率信號，因此必須考慮它給測量結果帶來(lái)的不確定度。

Weinschel公司給出了大功率衰減器40-40-43在使用時(shí)功率對衰減量值的影響關(guān)系，如下式所示：

ΔA0.0001A·P ( dB) ( 8)

式中ΔA是衰減器的衰減變化量： A是衰減器的衰減量： P衰減器的輸入功率的大小，由公式計算可得，在40dB，50W的使用情況下，衰減變化量小于0.2dB.

考慮到廠(chǎng)家給出的衰減量變化比較保守，同時(shí)衰減量變化隨著(zhù)通過(guò)功率的增大而增大，我們對衰減器在常溫下和長(cháng)時(shí)間通過(guò)50W功率信號后的衰減量分別進(jìn)行了測量。

表3是應用網(wǎng)絡(luò )分析儀測量在常溫下和通過(guò)50W功率后衰減器的衰減值。表中UA′T是由于50W輸入功率引起的A′標準不確定度，假定其服從均勻分布。

由前面分析可得， PG0測量不確定度用式(7)計算式中：

uP為PG0測量結果的標準不確定度;UA′M為高功率衰減器定標值的標準不確定度; UA′T為高功率衰減器測量大功率信號時(shí)衰減變化的標準不確定度;uS為PS測量值的標準不確定度; uM為系統失配的標準不確定度。

對于NRVS小功率計，其PS測量值的標準不確定度由式( 10)表示，具體數值見(jiàn)表2.

式中： uPbs為小功率座直流替代功率的標準不確定度，對NRVS小功率計0.3%; uK為小功率座校準因子的標準不確定度。

衰減器的標準不確定度包括兩部分，一部分是衰減器在常溫下的標準不確定度，見(jiàn)表1中所示;另一部分是在進(jìn)行大功率測量時(shí)，衰減器由于輸入大功率信號后溫度上升引起的衰減量的不確定度，這部分數據見(jiàn)表3中所示。

失配引起的不確定度由式(11)計算

式中：ΓG = 0.3為被測信號反射系數; ΓS = 0.02為小功率座輸入端的反射系數; S110. 0050為輸入反射系數; S12 ≈0.01為反向傳輸系數; S21 ≈0.01為正向傳輸系數; S220.005為輸出反射系數。

按式(11)計算可得： UM 0. 32%對于UA′M ，由于(k= 2) ，則uA′M =UA′M/ 2.詳細數據見(jiàn)表1.對于US ，由于(k= 2) ，則uS = US / 2.詳細數據見(jiàn)表2.對于uA′T，詳細數據見(jiàn)表3.對于UM ，由于( k= √2) ，則uM = UM / 2.

按式( 9)計算，可得功率測量的標準不確定度up見(jiàn)表4所示。取k= 2，置信水準95%，其擴展不確定度UP見(jiàn)表4所示。

三、結論

經(jīng)測量和不確定度分析，該裝置測量不確定度小于5%.是一種比較好的解決射頻中功率量值準確測量的方法。