发射机测量不确定度评定

徐宗航，涂中保

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225000）

发射机测量不确定度评定

徐宗航，涂中保

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225000）

本文主要介绍了依据GB 12182-1990《空中交通管制二次监视雷达 通用技术条件》对空中交通管制二次监视雷达发射机发射频率和发射端口输出脉冲功率进行测量，并对测量结果开展不确定度评定。

发射频率；脉冲功率；不确定度评定

概述

空中交通管制二次监视雷达发射分系统发射中心频率1 030 MHz，规定的频率容差为±0.2 MHz。发射机输出脉冲功率65 dBm±1dB。测量设计值，并对其测量结果开展不确定度评定。

1 测量原理和数学模型

由于测量的频率是一个已知的量，其容差又是一个限定量。而该频率对应的输出脉冲功率必须是大于设计值，根据其特定样品和规定的试验方法（GB 12182-90[1]中的第6.3.2试验方法，6.3.2.1发射中心频率和6.3.2.3发射脉冲峰值功率）标准第6.3.1试验方框图：发射分系统试验方框图见图1。

测量的数学模型为：

u(f)—频率测量误差

f0—参考频率

fx—测量频率

测量功率的数学模型为：

u(p)—功率测量误差p0—功率参考值

px—功率测量值

2 测量不确定度的评定

2.1 频率的测量不确定度分析

图1 发射分系统试验方框图

测量仪器使用基础型频谱分析仪（型号N9344C），频率范围为9 KHz～3.0 GHz。扫描时间（＜3 GHz）为4 ms～4 000 s。分频率带宽100 Hz～5 MHz。相位噪声10 KHz为-93 dBc/Hz+20 lgN。测量范围为-130 dBm至+30 dBm。测量精度：频率精度±101 Hz，扫宽精度±0.5 %，幅度精度1.1 dB。

频谱仪进行频率测量时由其内部频率基准（晶体振荡）的频率稳定度、锁频锁相环路、测量时选用的分频。频率基准的频率稳定度±1×10-8（考虑电源变化和温度变化），锁频锁相环路的频率稳定度±1×10-6，相位噪声增加（20 lgN），测量精度为3δ（δ—测量时选用分辨率带宽），构成了频率测量的不确定度。

2.1.1 频率的测量不确定度评定

频谱仪进行频率测量时，由于相位噪声而引起的不确定度分量和测量精度引入的不确定度，设均为均匀分布，取

1）由于相位噪声而引起的不确定度

使用N9344C频谱仪，在偏离中心频率10 KHz处的相位噪声为-85 dBc/Hz。

2）由于频谱仪分辨率带宽而引起的不确定度

频谱仪分辨率带宽是在频率测量范围可以在100 Hz～5 MHz范围内选取，根据测量频率范围和要求的容差，是1 030 MHz和±0.2 MHz，为了保证测量成功，测量起始点设置，测量频率的停止点设置，参考中心频率为1 030 MHz，分辨率带宽设置为1 KHz，确保测量精度高于标准容差的2个数量级。

当测量1 030 MHz频率时测量精度为3δ（δ为分辨率带宽）：

3）B类标准不确定度：

4）频率测量A类不确定度评定：

用N9344C频谱仪测量空中交通管制二次监视雷达发射机频率，进行N=10次采样测量，测量结果如下：

f011 030.029 MHz f061 030.000 0 MHz

f021 030.097 MHz f071 030.000 0 MHz

f031 030.097 MHz f081 030.000 0 MHz

f041 030.097 MHz f091 030.000 0 MHz

f051 030.000 MHz f061 030.000 0 MHz

以算术平均值的测量结果，所以用统计方法来计算得到的平均值的实验标准差：

所以实验标准差就定为A类不确定度评定结果：

自由度 VA=n−1 =9

5）合成标准不确定度：

有效自由度：

2.1.2 扩展不确定度U

此次测量结果遵守正态分布的概率，当P=0.95时，k= 2。

2.2 功率测量的不确定度分析

对空中交通管制二次监视雷达发射机脉冲功率的测量依据测量方框图进行测量。测量原理是将发射机输出的脉冲大功率能量通过定向耦合器耦合很小部分功率进行测量，这种测量方法涉及到仪器和系统连接关系。

2.2.1 功率测量不确定度的评定

测量不确定度的来源：

①二次监视雷达发射机端口至定向耦合器输入端口的连结电缆的插入损耗引入的幅度响应和电压驻波系数引入测量不确定度分量。

②定向耦合器输入端口至输出端口（负载的输入端口）的电压驻波系数引入的不确定度分量。

③定向耦合器耦合端口至测量仪器的输入端口的插入损耗和电压驻波系数引入的不确定度分量。

④测量仪器误差（±0.02 dB）（N1911A功率计）

1） 发射机输出电缆插入损耗引入不确定度

电缆损耗频率响应的平坦度为0.3 dB。

2） 定向耦合器输入端口至负载输入端口的电压驻波比设为1.3，引入的失配损耗。[2]

因为测量的功率，所以功率失配的影响是电压的2倍，所以功率测量引入的不确定度

3） 定向耦合器耦合端口至测量仪器输入端口的插入损耗使频率响应平坦度的影响引入的不确定度。

4） 定向耦合器耦合端口至测量仪器输入端口的电压驻波比引入的失配损耗。（注：与本文（2）条相同）

5）测量仪器用频谱仪时测量精度引入的不确定度

功率计测量精度为±0.02 dB。

6）B类不确定度

7）A类不确定度评定

用N1911A功率计测量空中交通管制二次监视雷达发射机的脉冲峰值功率，进行N=10次测量，测量结果如下：当f0=1 030时

测量次数n=10时，其测量结果的算术平均值 为

测量次数n=10时，其测量结果的测量标准差为：

以算术平均值为测量结果，所以用统计方法计算得到的平均值的实验标准差

自由度VA=10-1=9

8）合成标准不确定度

2.2.2 扩展不确定度U

当测量遵守正态分布概率时

[1] GB/T 12182-1990空中交通管制二次监视雷达 通用技术条件[S].

[2]甘本祓,吴万春. 现代微波滤波器的结构与设计[M].北京:科学出版社, 1973-1974.

Uncertainty Evaluation of Transmitter Measurement

XU Zong-hang, TU Zhong-bao
(No.723 Research Institute of CSIC, Yangzhou 225000)

This paper evaluated transmitting frequency and pulse power in transmitting port of secondary surveillance radar transmitter based on the GB 12182-90 General specification of secondary surveillance radar for air traffic control, and made some assessments of its uncertainty.

transmitting frequency; pulse; uncertainty

O441.5

A

1004-7204（2017）05-0065-04

徐宗航，毕业于西安电子科技大学，本科学历。