電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1886—20201電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于頻率范圍10MHz~18GHz電場(chǎng)探頭的校準(zhǔn)。2引用文件IEEEStd1309—20139kHz~40GHz電磁場(chǎng)探頭和傳感器(天線(xiàn)除外)校準(zhǔn)[CalibrationofElectromagneticFieldSensorsandProbes(ExcludingAntennas)from9kHzto40GHz]。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語(yǔ)和定義3.1微橫電磁波小室μtransverseelectromagneticmodecell微橫電磁波小室(μtransverseelectromagneticmodecell,以下簡(jiǎn)稱(chēng)μTEMCell)是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的微小的橫電磁波小室,其結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),外殼是用螺釘擰緊的兩個(gè)鋁殼,內(nèi)部平板采用黃銅板。μTEMCell在頻率高達(dá)1GHz時(shí)仍可產(chǎn)生可計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng),用于校準(zhǔn)不超出其均勻區(qū)尺寸的足夠小的場(chǎng)探頭。3.2吉赫茲?rùn)M電磁波小室gigahertztransverseelectromagneticmodecell吉赫茲?rùn)M電磁波小室(gigahertztransverseelectromagneticmodecell,以下簡(jiǎn)稱(chēng)GTEMCell)由一個(gè)錐形、非對(duì)稱(chēng)的矩形同軸線(xiàn)組成,類(lèi)似于TEMCell的輸入部分被延長(zhǎng)了的結(jié)構(gòu)。合理選擇橫截面尺寸使得沿小室長(zhǎng)度的特性阻抗保持在50Ω。GTEMCell具有比TEMCell更大的操作空間。3.3場(chǎng)地電壓駐波比sitevoltagestandingwaveratio場(chǎng)地電壓駐波比是在微波暗室內(nèi),將電場(chǎng)探頭放置在參考點(diǎn),沿著同一發(fā)射天線(xiàn)的主軸方向改變電場(chǎng)探頭的極化和位置,產(chǎn)生相同標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)的情況下,以電場(chǎng)探頭示值的最大分散性確定場(chǎng)地電壓駐波比。3.4各向同性isotropy各向同性表征的是場(chǎng)探頭隨測(cè)量角度變化的響應(yīng),與入射場(chǎng)的極化和傳播方向變化無(wú)關(guān)。各向同性是按照校準(zhǔn)要求改變場(chǎng)探頭方向時(shí),場(chǎng)探頭在恒定場(chǎng)強(qiáng)下的最高示值與最低示值的比值,通常以分貝表示。4概述圖1。場(chǎng)傳感器用于探測(cè)空間中某一位置的場(chǎng)分量,檢波后的信號(hào)經(jīng)處理后可顯示場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值。JJF1886—20202圖1電場(chǎng)探頭的基本結(jié)構(gòu)電場(chǎng)探頭廣泛應(yīng)用于電磁兼容、通信、電力、航天航空、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的電磁場(chǎng)測(cè)量。5計(jì)量特性5.1電場(chǎng)強(qiáng)度頻率范圍:10MHz~1GHz;電場(chǎng)強(qiáng)度范圍:3V/m~60V/m;最大允許誤差:±2dB;頻率范圍:1GHz~18GHz(不包含1GHz);電場(chǎng)強(qiáng)度范圍:3V/m~170V/m;最大允許誤差:±2dB。5.2各向同性最大允許誤差:±1dB。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件a)環(huán)境溫度:(23±5)℃;b)相對(duì)濕度:≤80%;c)電源要求:(220±22)V,(50±1)Hz;d)其他:無(wú)影響儀器正常工作的電磁干擾及機(jī)械振動(dòng)。6.2校準(zhǔn)用設(shè)備6.2.1信號(hào)發(fā)生器a)頻率范圍:10MHz~18GHz;b)輸出功率:不小于0dBm;c)頻率最大允許誤差:±1×10-5。6.2.2功率放大器a)頻率范圍:10MHz~18GHz;b)輸出功率:≥20W;c)諧波抑制:>20dB。6.2.3定向耦合器a)頻率范圍:10MHz~18GHz;b)耦合系數(shù):(15~40)dB;c)方向性:≥25dB;d)電壓駐波比:≤1.3。JJF1886—202036.2.4功率計(jì)a)頻率范圍:10MHz~18GHz;b)功率測(cè)量范圍:-60dBm~20dBmc)電壓駐波比:≤1.3;d)功率測(cè)量最大允許誤差:±0.15dB。6.2.5微橫電磁波小室(μTEMCell)a)10MHz~1GHz;b)時(shí)域分布阻抗:50Ω±1Ω;c)端口電壓駐波比:≤1.1;d)芯板與底板(或頂板)間的距離應(yīng)大于被校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭直徑的3倍。6.2.6衰減器a)頻率范圍:10MHz~1GHz;b)衰減值:≥10dB;c)端口電壓駐波比:≤1.1。6.2.7場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)a)頻率范圍:10MHz~1GHz;;b)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量范圍:3V/m~60V/m;c)分辨力:0.1V/m;d)重復(fù)性:≤3%;e)探頭尺寸:探頭直徑不大于μTEMCell芯板和頂板之間高度的1/5。6.2.8吉赫茲?rùn)M電磁波小室(GTEMCell)a)頻率范圍:10MHz~1GHz;b)端口電壓駐波比:≤1.2;c)時(shí)域分布阻抗:(50±2)Ω;d)芯板與底板(或頂板)間的距離應(yīng)大于場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)以及被校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭直徑的3倍。6.2.9微波暗室a)頻率范圍:450MHz~18GHz;b)內(nèi)部最小尺寸:4m(長(zhǎng))×2m(寬)×2m(高);c)場(chǎng)地電壓駐波比:±0.5dB(測(cè)量方法參見(jiàn)附錄C.2.3)。6.2.10標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)a)頻率范圍:1GHz~18GHz;b)增益:≥15dB;c)電壓駐波比:≤1.5。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目a)外觀及工作正常性檢查;JJF1886—20204b)電場(chǎng)強(qiáng)度;c)各向同性。7.2校準(zhǔn)方法7.2.1外觀及工作正常性檢查a)被校電場(chǎng)探頭的外觀應(yīng)完好無(wú)損,各開(kāi)關(guān)、按鍵、連接器等工作正常,不應(yīng)有影響電氣性能的機(jī)械損傷。被校電場(chǎng)探頭配套附件齊全。b)按技術(shù)說(shuō)明書(shū)規(guī)定時(shí)間對(duì)讀出裝置和數(shù)據(jù)處理顯示單元預(yù)熱,預(yù)熱后應(yīng)顯示正常。c)具有自校準(zhǔn)功能的讀出裝置和數(shù)據(jù)處理顯示單元,運(yùn)行自校準(zhǔn)功能,并應(yīng)顯示正常。d)將檢查結(jié)果記錄在附錄A表A.1中。7.2.2電場(chǎng)強(qiáng)度7.2.2.1GTEMCell法a)適用于10MHz~1GHz。μTEMCell能夠產(chǎn)生可計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng),利用場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)將μTEMCell內(nèi)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)傳遞至GTEMCell。按圖2連接儀器設(shè)備,組成μTEMCell校準(zhǔn)系統(tǒng)。所有儀器設(shè)備通電,按技術(shù)說(shuō)明書(shū)規(guī)定時(shí)間預(yù)熱。圖2μTEMCell校準(zhǔn)原理圖b)將場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)放置到μTEMCell底板(或頂板)到芯板間的中心位置,即參考點(diǎn)位置。設(shè)置電場(chǎng)探頭為開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的工作狀態(tài)。c)設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率為校準(zhǔn)頻率點(diǎn),并記錄在附錄A表A.2中。d)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得μTEMCell參考點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)強(qiáng)度值,該值可通過(guò)式(1)得到。E=式中: Z0·P0·Afd·δVswr(1)E—參考點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)強(qiáng)度,V/m;Z0—μTEMCell的時(shí)域阻抗實(shí)部,Ω;P0—功率計(jì)顯示的功率示值,W;Af—衰減器的衰減量;d—芯板距離底板(或頂板)的高度,m;δVswr—場(chǎng)地電壓駐波比修正因子,一般情況下取保守值1。e)將此時(shí)功率計(jì)示值、標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值和場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)示值記錄在附錄A表A.2中。f)按圖3連接儀器預(yù)熱,組成GTEMCell工作標(biāo)準(zhǔn)。5圖3GTEMCell法校準(zhǔn)原理圖g)將場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)的電場(chǎng)探頭如圖3所示放置到GTEMCell中參考點(diǎn)位置。h)設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率為校準(zhǔn)頻率點(diǎn)。i)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)示值與e)中的值相同,將此時(shí)功率計(jì)示值記錄在附錄A表A.2中。j)將場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)的電場(chǎng)探頭從GTEMCell中取出,將被校電場(chǎng)探頭幾何中心放置在相同位置,調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電平和功率放大器的增益使功率計(jì)示值達(dá)到i)的值,將此時(shí)被校電場(chǎng)探頭示值記錄在附錄A表A.2中。(2)k)由式(2)計(jì)算校準(zhǔn)因子,并將其記錄在附錄A表A.2中。(2)C=E/EP式中:C—校準(zhǔn)因子;E—參考點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值,V/m;EP—被校電場(chǎng)探頭示值,V/m。7.2.2.2微波暗室法a)適用于1GHz~18GHz頻段。按圖4連接儀器,組成校準(zhǔn)系統(tǒng)。將儀器設(shè)備通電,按技術(shù)說(shuō)明書(shū)規(guī)定時(shí)間預(yù)熱。圖4微波暗室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)作發(fā)射天線(xiàn)法校準(zhǔn)原理圖b)將被校電場(chǎng)探頭幾何中心放置到微波暗室內(nèi)發(fā)射天線(xiàn)主軸上的參考點(diǎn)位置,且保證探頭手柄與電場(chǎng)矢量和傳播矢量方向垂直。設(shè)置電場(chǎng)探頭為開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的工作狀態(tài)。c)設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率為校準(zhǔn)頻率點(diǎn),并記錄在附錄A表A.3中。d)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得參考點(diǎn)位置電場(chǎng)強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)強(qiáng)度值,該值可通過(guò)式(3)得到。將此時(shí)功率計(jì)示值、標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)強(qiáng)度值和被校電場(chǎng)探頭示值記錄在附錄A表A.3中。E=(3)JJF1886—20206式中:E—參考點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,V/m;η—自由空間的波阻抗,377Ω;Pnet—饋入發(fā)射天線(xiàn)的凈功率,W;g—參考點(diǎn)處發(fā)射天線(xiàn)的增益;d—從發(fā)射天線(xiàn)到參考點(diǎn)的距離,m。e)由式(2)計(jì)算校準(zhǔn)因子,并將其記錄在附錄A表A.3中。7.2.3各向同性a)將7.2.2.1中j)或7.2.2.2中的b)的電場(chǎng)探頭放置在參考點(diǎn),調(diào)整電場(chǎng)探頭方向,使其一個(gè)場(chǎng)傳感器與入射電場(chǎng)矢量方向相同,可以通過(guò)將電場(chǎng)探頭手柄沿立方體的對(duì)角線(xiàn)放置實(shí)現(xiàn),如圖5所示。如果制造商并未明確描述場(chǎng)傳感器的方位,則應(yīng)選擇和記錄能夠反映電場(chǎng)探頭日常使用中各向同性的軸作為旋轉(zhuǎn)軸。圖5基于三個(gè)正交傳感器的電場(chǎng)探頭各向同性校準(zhǔn)布置b)重復(fù)7.2.2.1中的j)和k)或者7.2.2.2中c)和d),將校準(zhǔn)頻率點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值記錄在附錄A表A.4中。c)將電場(chǎng)探頭圍繞旋轉(zhuǎn)軸以最大旋轉(zhuǎn)步進(jìn)不大于30°進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn),得到一組探頭響應(yīng)示值。將所有電場(chǎng)探頭響應(yīng)示值記錄在附錄A表A.4中。找出最大、最小響應(yīng)示值,記錄在附錄A表A.4中。d)電場(chǎng)探頭的各向同性用式(4)計(jì)算,將A的值記錄在附錄A表A.4中。A=±20log10(4)式中:A—電場(chǎng)探頭各向同性,dB;EPmax—電場(chǎng)探頭響應(yīng)示值最大值,V/m;EPmin—電場(chǎng)探頭響應(yīng)示值最小值,V/m。e)改變校準(zhǔn)頻率點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值,重復(fù)a)到d),直至完成所有預(yù)設(shè)置,可得到電場(chǎng)探頭不同頻率點(diǎn)的各向同性。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)后,出具校準(zhǔn)證書(shū),校準(zhǔn)證書(shū)至少應(yīng)包含以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書(shū)”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng)和地址;JJF1886—20207c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書(shū)的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí);e)客戶(hù)的名稱(chēng)和地址;f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)說(shuō)明被校對(duì)象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說(shuō)明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱(chēng)及代號(hào);j)本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說(shuō)明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說(shuō)明;m)對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說(shuō)明;n)校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書(shū)面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書(shū)的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔復(fù)校時(shí)間間隔由用戶(hù)根據(jù)使用情況自行確定,推薦為1年。JJF1886—20208附錄A原始記錄格式表A.1外觀及工作正常性檢查項(xiàng)目檢查結(jié)果外觀工作正常性表A.2GTEM小室法數(shù)據(jù)記錄表格頻率MHz芯板距離底板 (或頂板)的高度dm衰減器的衰減量A時(shí)域阻抗實(shí)部Z0ΩμTEM小室功率計(jì)示值W標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值V/m場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)示值V/mGTEM小室功率計(jì)示值W電場(chǎng)探頭示值V/m校準(zhǔn)因子不確定度U(k=2)dB103050100?9001000表A.3微波暗室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)作發(fā)射天線(xiàn)法數(shù)據(jù)記錄表格頻率GHz發(fā)射天線(xiàn)到參考點(diǎn)的距離m天線(xiàn)增益dB功率計(jì)示值W標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)強(qiáng)度值V/m電場(chǎng)探頭示值V/m校準(zhǔn)因子不確定度U(k=2)dB1GHz2GHz?18GHz9表A.4電場(chǎng)探頭各向同性響應(yīng)數(shù)據(jù)記錄表格頻率GHz標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值V/m相對(duì)起始位置的角度(°)電場(chǎng)探頭響應(yīng)示值V/m不確定度U(k=2)dB1.820015304560?300315330345360最大響應(yīng)示值Emax:最小響應(yīng)示值Emin:各向同性:±dB10附錄B校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式表B.1電場(chǎng)強(qiáng)度頻率MHz標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值V/m電場(chǎng)探頭示值V/m校準(zhǔn)因子不確定度U(k=2)dB表B.2各向同性頻率MHz標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值V/m各向同性dB不確定度U(k=2)dBJJF1886—202011附錄C主要項(xiàng)目校準(zhǔn)不確定度評(píng)定示例C.1電場(chǎng)強(qiáng)度GTEMCell法不確定度評(píng)定C.1.1測(cè)量模型GTEMCell方法適用于10MHz~1GHz頻率范圍。GTEMCell與TEMCell不同,雖然GTEMCell的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不能夠精確計(jì)算,但場(chǎng)強(qiáng)大小可以控制且穩(wěn)定。TEMCell通常適用于200MHz以下頻段,但經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的μTEMCell在頻率高達(dá)1GHz時(shí)仍可產(chǎn)生可計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng),可作為場(chǎng)強(qiáng)參考標(biāo)準(zhǔn)用于校準(zhǔn)不超出其均勻區(qū)尺寸的足夠小的場(chǎng)探頭(或者場(chǎng)傳感器),該場(chǎng)探頭與配套測(cè)量系統(tǒng)一起構(gòu)成場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn),可以將場(chǎng)強(qiáng)量值傳遞到具有更大校準(zhǔn)空間的場(chǎng)強(qiáng)工作標(biāo)準(zhǔn)GTEMCell內(nèi),因此利用GTEMCell可以建立標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭。依據(jù)校準(zhǔn)原理,GTEMCell法測(cè)量模型如式(C.1):E=式中: Z0·P0·Afd·δVswr(C.1)E—GTEMCell內(nèi)某校準(zhǔn)點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng),V/m;Z0—μTEMCell的特性阻抗實(shí)部,其值為50Ω;P0—與μTEMCell連接的功率計(jì)顯示示值,W;Af—衰減器(連接μTEMCell和功率計(jì))的衰減因子;d—芯板距離底板(或頂板)的高度,m;δVswr—VSWR修正因子,一般情況下取保守值1。C.1.2不確定度來(lái)源及相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式根據(jù)式(C.1),引入的不確定度分量來(lái)源包括:1)μTEMCell阻抗特性引入的相對(duì)不確定度urel(Z0);2)功率測(cè)量(在μTEMCell內(nèi))引入的相對(duì)不確定度urel(P0);3)衰減(在μTEMCell內(nèi))測(cè)量引入相對(duì)不確定度分量urel(Af);4)μTEMCell芯板與頂板間距的相對(duì)不確定度urel(d);5)μTEMCell端口反射引入的相對(duì)不確定度urel(δVswr)。經(jīng)分析,上述各分量之間彼此不相關(guān),采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成方法得:u(E)=0.52u(Z0)+0.52u(P0)+0.52u(Af)+(-1)2u(d)+(-1)2u(δVswr)(C.2)由于在測(cè)量過(guò)程中一些其他非理想因素的影響,引入的不確定度分量包括:6)場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度分量urel(δprob);7)GTEMCell內(nèi)由測(cè)試區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)不均勻引入的相對(duì)不確定度urel(δunif);8)GTEMCell內(nèi)由方向性引入的相對(duì)不確定度urel(δcorr);JJF1886—2020129)GTEMCell內(nèi)測(cè)試區(qū)域阻抗偏離50Ω導(dǎo)致的相對(duì)不確定度urel(δimpe);10)溫度變化引入的相對(duì)不確定度urel(δtemp);11)功率測(cè)量(在GTEMCell內(nèi))引入的相對(duì)不確定度urel(δpower);12)測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度urel(δRep)。C.1.3不確定度計(jì)算下面以10MHz頻率點(diǎn),20V/m左右標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)值為例闡述。C.1.3.1μTEMCell阻抗特性引入的相對(duì)不確定度urel(Z0)Z0表示μTEMCell中探頭位置處的分布特性阻抗,其大小與μTEMCell中的駐波相關(guān),由于μTEMCell的長(zhǎng)度很短,對(duì)其精密測(cè)量存在一定困難。因此在這里僅將它作為電壓向功率轉(zhuǎn)換的一個(gè)內(nèi)部常量,所有的電壓偏差已經(jīng)被δVswr參數(shù)修正,所以此項(xiàng)不確定度暫且忽略。C.1.3.2功率測(cè)量(在μTEMCell內(nèi))引入的相對(duì)不確定度urel(P0)a)功率計(jì)示值引入的相對(duì)不確定度urel(Pf)10MHz功率探頭校準(zhǔn)因子測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.044dB(k=2),則b)功率探頭線(xiàn)性引入4ul0.022dB10MHz功率探頭線(xiàn)性測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.026dB(k=2),則c)功率探頭與同軸精rl確定度urel(M)同軸精密衰減器與功率探頭連接,兩者反射系數(shù)數(shù)據(jù)由校準(zhǔn)證書(shū)可知,在10MHz頻點(diǎn),衰減器端口反射系數(shù)為Γ1,功率探頭端口反射系數(shù)為Γ2,端口失配誤差可利用公式δMis=1±Γ1×Γ2計(jì)算,取最大值得20×lg(1±Γ1×Γ2)=0.031dB,屬于B類(lèi)評(píng)定,服從反正弦分布,包含因子為2,則urel(M)=0.031dB/1.414=0.022dB上述3個(gè)分量彼此互不相關(guān),靈敏系數(shù)均為1,因此,功率測(cè)量的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度用下式計(jì)算:urel(P0)=u(Pf)+u(Pl)+u(M)=0.033dBC.1.3.3衰減(在μTEMCell內(nèi))測(cè)量引入相對(duì)不確定度分量urel(Af)連接μTEMCell和功率計(jì)的同軸固定精密衰減器的衰減因子的校準(zhǔn)值和擴(kuò)展不確定度由校準(zhǔn)證書(shū)獲得:Urel=0.03dB,屬于B類(lèi)不確定度,服從正態(tài)分布,包含因子rel(d)μTEMCell芯板與頂板間距測(cè)量值d和不確定度u(d)來(lái)自于校準(zhǔn)證書(shū),服從正態(tài)分布,包含概率為95.45%時(shí),包含因子等于2。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:urel(d)==0.0005dBC.1.3.5μTEMCell端口反射引入的相對(duì)不確定度urel(δVswr)在10MHz~1GHz校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),通過(guò)校準(zhǔn)證書(shū)得到最大的反射系數(shù)為0.0148,JJF1886—202013C.1.3.6場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度分量urel(δprob)傳遞場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)探頭在μTEMCell中的校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度影響由兩部分組成,分別是場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量重復(fù)性u(píng)(δR)和探頭垂直定位誤差u(δVP),且互不相關(guān)。a)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δR)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量重復(fù)性的不確定度屬于A類(lèi),在重復(fù)性條件下對(duì)被測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)Ei做10次獨(dú)立測(cè)量,單次測(cè)量結(jié)果eik的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為: u(eik)=s(eik)=ik-1ei)2=0.348V/m實(shí)際測(cè)量中,采用多次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果的最佳估計(jì)值,m=10。u(δR)=s(ei)==0.11V/mb)電場(chǎng)探頭垂直定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δVP)此項(xiàng)不確定度屬于A類(lèi),接近正態(tài)分布,在重復(fù)性條件下,將探頭偏離中心上下兩個(gè)極限位置進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè),計(jì)算結(jié)果中的最大值與最小值之差R(稱(chēng)為極差),其單次測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差可用極差公式近似評(píng)定,進(jìn)行6次獨(dú)立觀測(cè),極差系數(shù)C=2.53,垂直定位誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δVP)為:u(δVP)==0.25V/mc)上述2個(gè)分量彼此不相關(guān),靈敏系數(shù)均為1,因此,場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)μTEM小室測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用下式計(jì)算:u(δprob)=[c21·u(δR)]2+[c22·u(δVP)]2=0.112+0.252=0.28V/m服從正態(tài)分布,包含因子等于2,其相對(duì)不確定度為:urel(δprob)==0.116dB。C.1.3.7GTEMCell內(nèi)由測(cè)試區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)不均勻引起的相對(duì)不確定度urel(δunif)根據(jù)常見(jiàn)被校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭的尺寸,校準(zhǔn)測(cè)量區(qū)域定為15cm×15cm×15cm的正方體,選取正方體的8個(gè)邊角、6個(gè)面的中心以及正方體中心共15個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量位置。記錄所有位置處場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x的示值,以中心點(diǎn)為參考點(diǎn)E0,其他14個(gè)點(diǎn)中尋找偏離中心值最大電場(chǎng)探頭示值Emax記錄下來(lái),利用式(C.3)計(jì)算出最大誤差。S=Emax-E0E0(C.3)表C.1由測(cè)試區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)不均勻引入的相對(duì)不確定度urel(δunif)表頻率MHz參考點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)V/m偏離參考值的最大值V/m最大相對(duì)誤差dB包含因子相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度dB1020.121.20.463 30.267JJF1886—202014C.1.3.8GTEMCell內(nèi)由方向性引入的相對(duì)不確定度urel(δcorr)該不確定度考慮的是由于電場(chǎng)探頭三個(gè)軸向定位誤差引入的不確定度。定位誤差主要由兩種情況引起,第一種是使用鋼卷尺測(cè)量電場(chǎng)探頭幾何中心高度,此高度誤差限可控制在±5mm以?xún)?nèi);第二種是探頭角度定位誤差,該項(xiàng)誤差可以通過(guò)測(cè)量將其控制在±5°以?xún)?nèi),根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得到兩種情況引入的最大場(chǎng)強(qiáng)偏差。表C.2GTEMCell內(nèi)方向性引入的相對(duì)不確定度urel(δcorr)表頻率MHz場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值V/m最大場(chǎng)強(qiáng)偏差值V/m相對(duì)誤差dB包含因子相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度dB1019.970.770.329 30.190C.1.3.9GTEMCell內(nèi)測(cè)試區(qū)域阻抗偏離50Ω導(dǎo)致的相對(duì)不確定度urel(δimpe)使用TDR時(shí)域反射計(jì)同時(shí)對(duì)精密同軸空氣線(xiàn)和GTEMCell進(jìn)行校準(zhǔn),在電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)區(qū)域,GTEMCell特性阻抗相對(duì)于精密同軸空氣線(xiàn)的最大偏差為0.4Ω,阻抗最大相對(duì)誤差為0.07dB,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.07dB/3=0.040dB。根據(jù)精密同軸空氣線(xiàn)的技術(shù)指標(biāo),其特性阻抗為50Ω±0.12Ω,用對(duì)數(shù)表示的相0.012dB。小室內(nèi)測(cè)量區(qū)域阻抗偏離50Ω導(dǎo)致的相對(duì)不確定度urel(dimpe)=對(duì)誤差為20×lg0.012dB。小室內(nèi)測(cè)量區(qū)域阻抗偏離50Ω導(dǎo)致的相對(duì)不確定度urel(dimpe)= 0.042+0.0122=0.042dB。C.1.3.10溫度變化引入的相對(duì)不確定度urel(δtemp)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期校準(zhǔn),并將溫度修正系數(shù)輸入系統(tǒng)用以修正溫度帶來(lái)的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),環(huán)境溫度變化引入的相對(duì)不確定度urel(δtemp)不超過(guò)0.05dB。C.1.3.11功率測(cè)量(在GTEMCell內(nèi))引入的相對(duì)不確定度urel(δpower)功率測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(δpower)是由功率測(cè)量頻率響應(yīng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Pf)、功率測(cè)量線(xiàn)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Pl)以及功率探頭與雙定向耦合器間阻抗失配的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(M)這3個(gè)分量的合成。功率測(cè)量頻率響應(yīng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Pf)和功率測(cè)量線(xiàn)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Pl)均來(lái)自校準(zhǔn)證書(shū),正態(tài)分布,包含概率為95.45%時(shí),包含因子為2,則得合器功率輸出端口J2之間的阻抗失配,第二項(xiàng)是功率探頭與雙定向耦合器前向功率監(jiān)測(cè)端口J3間的阻抗失配。雙定向耦合器與GTEMCell間的失配相對(duì)不確定度為:urel(MTEM)==0.056dB雙定向耦合器正向功率監(jiān)測(cè)端口J3與功率探頭間的失配相對(duì)不確定度為:urel(MJ2)==0.210dBJJF1886—202015其中Γs為源反射系數(shù);Γl為負(fù)載反射系數(shù)。失配的相對(duì)不確定度為:urel(M)=u(MTEM)+u(MJ2)=0.217dB則功率測(cè)量的相對(duì)不確定度為:urel(δpower)=u(Pf)+u(Pl)+u(M)=0.219dBC.1.3.12測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度urel(δRep)利用同一個(gè)電場(chǎng)探頭在10MHz,20V/m左右標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)下重復(fù)測(cè)量10次,得到平均場(chǎng)強(qiáng)值為24.0V//m,測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u(δRep)=0.760V/m,相對(duì)不確定度urel(δRep)=0.271dB。C.1.4相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度電場(chǎng)強(qiáng)度GTEMCell法相對(duì)不確定度分量匯總表如表C.3所示。表C.3電場(chǎng)強(qiáng)度GTEMCell法的相對(duì)不確定度匯總表(頻率:10MHz)不確定度來(lái)源值dB分布包含因子靈敏系數(shù)ci標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量dBμTEMCell阻抗特性0均勻1.7320.50功率測(cè)量(在μTEMCell內(nèi))0.033正態(tài)10.50.017衰減(在μTEMCell內(nèi))0.015正態(tài)10.50.074μTEMCell芯板與頂板間距0.0005正態(tài)1-10.001μTEMCell端口反射0.0148均勻1.732-10.009場(chǎng)強(qiáng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)0.116正態(tài)110.116GTEMCell測(cè)試區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)不均勻0.463均勻1.7320.267GTEMCell方向性影響0.329均勻1.7320.190GTEMCell內(nèi)測(cè)試區(qū)域阻抗偏離同軸空氣線(xiàn)特性阻抗引入0.070均勻1.7320.040GTEMCell特性阻抗最大偏差0.021均勻1.7320.012溫度變化0.050正態(tài)10.050功率測(cè)量(在GTEMCell內(nèi))0.219正態(tài)10.219測(cè)量重復(fù)性0.271正態(tài)10.271以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān),相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:ucrel(E)≈0.5dBJJF1886—202016C.1.5擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2,相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:Urel=k·ucrel(E)=1.0dB(k=2)C.2電場(chǎng)強(qiáng)度微波暗室法不確定度評(píng)定C.2.1測(cè)量模型如果利用定向耦合器計(jì)算饋入到發(fā)射天線(xiàn)的凈功率的連接如圖C.1所示,則饋入到喇叭天線(xiàn)的凈功率可以用式(C.4)計(jì)算:Pnet=Pr·C0·M3··S21·M2(C.4)式中:Pr—功率計(jì)探頭示值;C0—功率探頭示值線(xiàn)性的修正因子;S31—定向耦合器的耦合系數(shù);S21—定向耦合器輸出端2和輸入端1間的插入損耗;M3和M2—端口3和端口2的失配因子,可以用式(C.5)計(jì)算:M=其中,ΓL為負(fù)載反射系數(shù);ΓG為源反射系數(shù)。圖C.1定向耦合器與喇叭天線(xiàn)連接示意圖依據(jù)校準(zhǔn)原理,微波暗室法測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量模型如式(C.6):E=·Pr·C0·M3··S21·M2式中:E—參考點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,V/m;η—自由空間的波阻抗,377Ω;g—參考點(diǎn)處發(fā)射天線(xiàn)的增益;d—從發(fā)射天線(xiàn)到參考點(diǎn)的距離,m;Pr—功率計(jì)探頭示值,W;C0—功率探頭示值線(xiàn)性的修正因子;M3—定向耦合器端口3的失配因子;S31—定向耦合器的耦合系數(shù);S21—定向耦合器的插入損耗;M2—定向耦合器端口2的失配因子。(C.5)(C.6)17C.2.2不確定度來(lái)源及相對(duì)合成不確定度計(jì)算公式依據(jù)式(C.6)分析,引入的不確定度分量來(lái)源包括:1)標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)增益測(cè)量引入的相對(duì)不確定度urel(g);2)發(fā)射天線(xiàn)口面到參考點(diǎn)的距離引入的相對(duì)不確定度urel(d);3)功率計(jì)示值引入的相對(duì)不確定度urel(Pr);4)功率探頭線(xiàn)性引入的相對(duì)不確定度urel(C0);5)定向耦合器耦合端口連接處的失配引入的相對(duì)不確定度urel(M3);6)定向耦合器耦合系數(shù)校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度urel(S31);7)定向耦合器插入損耗校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度urel(S21);8)定向耦合器輸出端口連接處的失配引入的相對(duì)不確定度urel(M2);經(jīng)分析,上述各分量之間彼此不相關(guān),采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成方法得:u(E)=0.52u(g)+(-1)2u(d)+0.52u(Pr)+0.52u(C0)+0.52u(M3)+(-0.5)2u(S31)+0.52u(S21)+0.52u(M2)(C.7)由于在測(cè)量過(guò)程中一些其他非理想因素的影響,引用的不確定度分量包括:9)間距測(cè)量引入的相對(duì)不確定度urel(δSpac);10)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量引入的相對(duì)不確定度urel(δAlig);11)殘余地面反射引入的相對(duì)不確定度urel(δRef);12)同軸電纜發(fā)熱引入的相對(duì)不確定度urel(δTherm);13)同軸電纜繞曲引入的相對(duì)不確定度urel(δFlex);14)多路徑反射引入的相對(duì)不確定度urel(δSVSWR);15)探頭固定設(shè)備引入的相對(duì)不確定度urel(δMaster);16)測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度urel(δRep)。C.2.3不確定度計(jì)算以1.8GHz頻率點(diǎn),20V/m左右場(chǎng)強(qiáng)值為例進(jìn)行不確定度評(píng)定計(jì)算。C.2.3.1標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)增益測(cè)量引入的相對(duì)不確定度urel(g)在1.8GHz頻點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)增益測(cè)量的擴(kuò)展不確定度為0.50dB(k=2),得C.2.3.2發(fā)射天線(xiàn)口面到參u度urel(d)-1.00mm,校準(zhǔn)系數(shù)的擴(kuò)展不確定度為0.3mm(k=2)。考慮到實(shí)際使用時(shí),無(wú)法精準(zhǔn)定位電場(chǎng)探頭幾何中心,估計(jì)距離測(cè)量值的誤差限為±1cm,服從均勻分布,則1.8GHz距離測(cè)量的最大允許誤差為20×lg(1±1/160)=±0.054dB,服從均勻分布,則urel(d)=0.0314dB。C.2.3.3功率計(jì)示值引入的相對(duì)不確定度urel(Pr)1.8GHz功率探頭校準(zhǔn)因子測(cè)量擴(kuò)展不確定度為0.088dB(k=2),則JJF1886—202018urel(Pr)=0.088dB/2=0.044dBC.2.3.4功率探頭線(xiàn)性引入的相對(duì)不確定度urel(C0)1.8GHz功率探頭線(xiàn)性測(cè)量擴(kuò)展不確定度為0.025dB(k=2),則urel(C0)=0.025dB/2=0.0125dBC.2.3.5定向耦合器耦合端口連接處的失配引入的相對(duì)不確定度urel(M3)定向耦合器耦合端口與功率探頭連接,兩者反射系數(shù)數(shù)據(jù)由校準(zhǔn)證書(shū)可1.8GHz頻點(diǎn),耦合器耦合端口反射系數(shù)為Γ1,功率探頭端口反射系數(shù)為Γ2,端口失配誤差得20×lg(1±Γ1.00/則C.2.3.6定向耦合器耦合系數(shù)校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度urel(S31)由校準(zhǔn)證書(shū)可知,定向耦合器1.8GHz頻點(diǎn)耦合系數(shù)校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度為0.20dB(k=2),則C.2.3.7定向耦合器插入(S21)由校準(zhǔn)證書(shū)可知,定向耦合器1.8GHz頻點(diǎn)插入損耗校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度為0.10dB(k=2),則C.2.3.8定向耦合器輸出r(定度urel(M2)定向耦合器輸出端口與標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線(xiàn)連接,兩者反射系數(shù)數(shù)據(jù)由校準(zhǔn)證書(shū)可知,在1.8GHz頻點(diǎn),耦合器輸出端口反射系數(shù)為Γ1,天線(xiàn)饋入端口反射系數(shù)為Γ2,端口失配誤差得20×lg(1±Γ1×Γ2)=±0.032dB,服從反正弦分布,則C.2.3.92p4=0.023dB發(fā)射天線(xiàn)饋入相同凈功率的情況下,該不確定度是通過(guò)測(cè)量被校探頭放置在發(fā)射天線(xiàn)主軸上與參考點(diǎn)間距±2cm的場(chǎng)強(qiáng)值與參考點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)值間的最大偏差來(lái)獲得。最大d。154dB,服從均勻分布,則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel(δSpac)=0.154dB/1.732=C.2.3.10對(duì)準(zhǔn)測(cè)量引入的相對(duì)不確定度urel(δAlig)確定度可以通過(guò)測(cè)量被校探頭位于與發(fā)射天線(xiàn)主軸垂直面上垂直地面和平行地面兩個(gè)方向上偏移±2cm與參考點(diǎn)處的最大偏差獲得。最大偏差分別為0.086dB和0.068dB,服從均勻分布,則兩種情況相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為:urel(δAlig-1)=0.086dB/1.732=0.050dB,urel(δAlig-2)=0.068dB/1.732=0.039dB。則urel(δAlig)=urel2(δAlig-1)+urel2(δAlig-2)=0.0502+0.0392=0.063dB。C.2.3.11殘余地面反射引入的相對(duì)不確定度urel(δRef)盡管電場(chǎng)強(qiáng)度校準(zhǔn)系統(tǒng)和被校探頭均放在全電波暗室內(nèi),理想情況下暗室內(nèi)各個(gè)面的反射很小,可比擬自由空間。實(shí)際校準(zhǔn)時(shí),被校電場(chǎng)探頭除了接受來(lái)自發(fā)射天線(xiàn)的直射波外,還有來(lái)自地面以及其他面的反射波。評(píng)價(jià)由殘余地面反射引入的不確定度的具JJF1886—202019體做法:保持參考點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)不變的情況下,將吸波材料放在發(fā)射喇叭天線(xiàn)與被校探頭之間的地面上,在幾個(gè)不同位置上放置吸波材料,參考點(diǎn)處電場(chǎng)探頭的示值幾乎沒(méi)有變化,因此,忽略此項(xiàng)誤差引入的不確定度。C.2.3.12同軸電纜發(fā)熱引入的相對(duì)不確定度urel(δTherm)發(fā)射喇叭天線(xiàn)通常需要饋入較大功率信號(hào),若發(fā)射天線(xiàn)和定向耦合器間用低損耗電纜連接,電纜發(fā)熱會(huì)產(chǎn)生一定的能量損耗,此項(xiàng)不確定度需要評(píng)估。由于校準(zhǔn)系統(tǒng)中定向耦合器輸出端口直接與發(fā)射喇叭天線(xiàn)相連,則有效避免了同軸電纜發(fā)熱引入的不確定度。C.2.3.13同軸電纜繞曲引入的相對(duì)不確定度urel(δFlex)同C.2.3.12,由于定向耦合器直接與發(fā)射喇叭天線(xiàn)相連,避免了因同軸電纜繞曲帶來(lái)的影響。C.2.3.14多路徑反射引入的相對(duì)不確定度urel(δSVSWR)多路徑反射不確定度可以用由非理想暗室環(huán)境反射引起的駐波來(lái)評(píng)價(jià)。IEEE1309—2013標(biāo)準(zhǔn)推薦用于探頭校準(zhǔn)的全電波暗室最小尺寸(即內(nèi)部工作空間)是4m(長(zhǎng))×2m(寬)×2m(高),暗室的場(chǎng)地電壓駐波比應(yīng)該小于±0.5d