频谱仪频率测量不确定度的评定

邹宇 甘文刚 贵州航天电子科技有限公司

1.引言

频谱分析仪是一种带有显示装置的超外差接收设备。由预选器、本振、混频、中频放大、中频滤波、检波、视频放大和显示等电路组成，具有灵敏度高、频带宽、动态范围大等特点。可方便地获得时域测量中不易得到的独特信息，如频谱纯度、信号失真、寄生、三阶交调、相位噪声等各种参数、频谱分析仪是科研、生产、试验、计量等必备的仪表，随着频谱分析仪的广泛应用，开展对频谱分析仪的检定是计量部门的重要工作之一，确保在科研、生产中使用的频谱分析仪是合格的。所以开展频谱分析仪的频率测量不确定度的评定，可以准确反映测量结果的可信程度。

2.频谱参数影响量

很多因素会影响测量结果，由测量得到的结果只能是被测值的近似值或估计值，正确评价测量结果是测试的重要任务之一。因此，在检定频谱分析仪时，除了出具检定结果外，还必须给出测量不确定度。由于频谱分析仪主要表征的是频率和功率电平参量，所以在此选择频率进行测量不确定度的评定。

3.频率测量不确定度的评定

3.1 测量方法

选择E8267D信号源作为被测对象，E4440A频谱分析仪作为测试仪。将信号源的输出端与频谱分析仪的输入端用射频电缆连接，信号源的频率为标称值，频谱分析仪的频率读数为测量值。

3.2 测量不确定度的评定(以频谱分析仪的中心频率10GHz，扫频宽度10MHz为例)

3.2.1 A类测量不确定度的评定

E8627D信号源和E4440A频谱分析仪通电开机预热30分钟后，E4440A频谱分析仪的中心频率设置为10GHz，扫频宽度为10MHz，打开频率计数功能。在短时间内重复测试十次，测量结果为：9.999999341、9.999999345、9.999999348、9.999999352、9.999999356、9.999999362、9.999999358、9.999999378、9.999999398、9.999999411。用实验标准差Sn（x）表征A类不确定度。

3.2.2 频率测量合成不确定度

不确定度分量主要有：测量重复性、频率读数准确度、计数器频率读数准确度和频率显示的分辩率。

由于各分量之间彼此独立不相关,所以合成标准不确定度uc为：

3.2.3 频率测量扩展不确定度

查t分布表，置信概率p=95%时，取k=2 ,则U为：

3.2.4 测量结果报告

频率为10GHz，扫频宽度为10MHz，测量结果为：

4.降低频谱仪测量不确定度的方法

对频谱分析仪进行校准，一般频谱仪都具备内部校准信号，在测量前，开机预热30分钟后可对仪器内部参数进行校准，提高测量的准确度。E4440A频谱分析仪具有自校程序，测量一段时间后，可自行对仪器内部各参数进行自校，使仪器处于最佳测量状态。自校程序可以确保整个测量过程的准确度，减少某些参数改变（如改变分辨率带宽）所带来的不确定性。

5.结束语

频谱分析仪被广泛的用于公司的科研和生产中，具有动态范围大，频带宽，测试精度高，测试速度快等特点。E4440A频谱分析仪的各项性能指标在同类产品中是比较高的，开展对频率测量不确定度的评定，掌握了测量结果的可信程度。

[1]电子测试与测量，安捷伦公司，2008/09。

[2]JJF1059-2012 测量不确定度评定与表示，中国标准出版社，2013年2月。

[3]频谱分析原理，罗德与施瓦茨公司出版，中文版第一版。

[4]JJG501-2000《频谱分析仪检定规程》，国家质量技术监督局，2005年8月。