中國(guó)航天科工集團(tuán)三十五研究所  賈旭  胡同祥  常冬梅  王成遠(yuǎn)

　　一、測(cè)量原理

　　1.檢定裝置的組成
　　公司的微波衰減檢定裝置由S_3-1型三厘米標(biāo)準(zhǔn)衰減器、信號(hào)源、檢波器、駐波計(jì)、隔離器等組成，其中S_3-1型標(biāo)準(zhǔn)衰減器為主標(biāo)準(zhǔn)器，其余儀器屬于配套設(shè)備。測(cè)試連接圖如圖1所示。
    

    圖1  測(cè)試原理框圖

　　2.測(cè)量原理
　　采用高頻串聯(lián)替代法(同頻率比較法)的原理對(duì)被測(cè)衰減器進(jìn)行檢定:改變被測(cè)衰減器和標(biāo)準(zhǔn)衰減器的衰減量時(shí)，保持駐波計(jì)指示器的示值不變，由標(biāo)準(zhǔn)衰減器直接替代被檢衰減器的衰減量。    

　　二、測(cè)量不確定度的來源與評(píng)定

　　1.隨機(jī)因素所引入的不確定度的評(píng)定
　　由于信號(hào)源輸出頻率和功率不穩(wěn)定，環(huán)境條件、操作人員讀數(shù)視差等隨機(jī)因素的影響引入的不確定度，按A類方法評(píng)定。
　　選用TS7型精密極化衰減器作為被檢衰減器，在f₀頻率點(diǎn)分別于10、20、30、40、50dB量程點(diǎn)上，各測(cè)量10次。
    (1)按照公式，計(jì)算出測(cè)量列的平均值；
    (2)按照貝塞爾公式
    
    計(jì)算出單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S(x_i)，測(cè)量和計(jì)算結(jié)果見表1。
    

    注:表中的刻度值依次表示10、20、30、40、50dB量程點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極化面轉(zhuǎn)角。
    (3)選用上表中標(biāo)準(zhǔn)差的最大值S_max(x_i)=0.0420dB參與不確定度的評(píng)定，以10次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果,故而采用平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S()表示A類方法評(píng)定的不確定度值:
    
    自由度:ν₁₁=n-1=10-1=9

　　2.由標(biāo)準(zhǔn)衰減器衰減量的極限誤差引入的不確定度的評(píng)定
　　(1)由標(biāo)準(zhǔn)衰減器的極限誤差引入的不確定度按B類方法評(píng)定。S_3-1型標(biāo)準(zhǔn)衰減器說明書中給出的極限誤差為±0.02dB/10dB，由此可知其置信區(qū)間的半寬度a₁=0.02dB/10dB，分布類型屬于均勻分布，取包含因子k₁=，各量程點(diǎn)上標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量:
    
    其具體計(jì)算結(jié)果見表2。
    

    (2)自由度的計(jì)算:
    
    故自由度ν_B1=∞

　　3.駐波計(jì)靈敏閾引入的不確定度的評(píng)定
　　駐波計(jì)靈敏閾引入的不確定度按B類方法評(píng)定。根據(jù)駐波計(jì)指示器刻度，靈敏閾置信區(qū)間的半寬度a₂=0.02dB，分布類型屬于均勻分布，取k₂=。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量:
    
    取=0.10(可信度取90%)，
    則自由度ν_B2=50

　　4.失配引入的不確定度
　　失配誤差引入的不確定度與被檢衰減器的反射系數(shù)有關(guān)，一般可不將其列入裝置不確定度分量參與評(píng)定，而由具體計(jì)量測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)根據(jù)被測(cè)衰減器兩端的駐波系數(shù)估算，并列入測(cè)量結(jié)果的不確定度。但在該標(biāo)準(zhǔn)裝置中，標(biāo)準(zhǔn)衰減器與被檢衰減器兩端加入了3個(gè)隔離器，總隔離度在60dB以上，反射系數(shù)主要取決于去耦元件隔離器，而與被測(cè)衰減器關(guān)系不大，故此處按去耦元件的反射系數(shù)參與不確定度的評(píng)定。
    根據(jù)JJG321-1983《串聯(lián)高頻替代法檢定衰減器》檢定規(guī)程的要求，選擇駐波系數(shù)小于或等于1.1的隔離器接入測(cè)量系統(tǒng)，且認(rèn)為源端反射系數(shù)Г_g與負(fù)載端反射系數(shù)Г_L相同，其模值如下:
    
    失配誤差屬于反正弦分布，k₃=，按下式計(jì)算失配誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
    
    估計(jì)=0.10(可信度取90%)，
    則自由度ν_B3=50

　　5.標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表(見表3)
    

　　6.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
　　(1)標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量互相獨(dú)立，按下式合成:
    
    按不同量程計(jì)算的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的結(jié)果見表4。
    

    (2)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度按下式計(jì)算:
    
    在不同量程上的計(jì)算結(jié)果見表5。
    

　　7.擴(kuò)展不確定度的計(jì)算
　　擴(kuò)展不確定度U_p的計(jì)算公式為
　　U_p=k_pu_c
　　式中k_p為置信因子。
　　查t_p(ν)分布表，在95%置信概率下，有效自由度74～447，對(duì)應(yīng)的置信因子k_p=1.99～1.96，為計(jì)算方便，統(tǒng)一取k_p=2。U_p值的具體計(jì)算結(jié)果見表6。
    

　　取U_p=0.15dB作為三厘米微波衰減檢定裝置全量程的擴(kuò)展不確定度，也就是三厘米微波衰減檢定裝置的測(cè)量不確定度。