發射機測量不確定度評定

徐宗航，涂中保

（中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225000）

發射機測量不確定度評定

徐宗航，涂中保

（中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225000）

本文主要介紹了依據GB 12182-1990《空中交通管制二次監視雷達 通用技術條件》對空中交通管制二次監視雷達發射機發射頻率和發射端口輸出脈沖功率進行測量，并對測量結果開展不確定度評定。

發射頻率；脈沖功率；不確定度評定

概述

空中交通管制二次監視雷達發射分系統發射中心頻率1 030 MHz，規定的頻率容差為±0.2 MHz。發射機輸出脈沖功率65 dBm±1dB。測量設計值，并對其測量結果開展不確定度評定。

1 測量原理和數學模型

由于測量的頻率是一個已知的量，其容差又是一個限定量。而該頻率對應的輸出脈沖功率必須是大于設計值，根據其特定樣品和規定的試驗方法（GB 12182-90[1]中的第6.3.2試驗方法，6.3.2.1發射中心頻率和6.3.2.3發射脈沖峰值功率）標準第6.3.1試驗方框圖：發射分系統試驗方框圖見圖1。

測量的數學模型為：

u(f)—頻率測量誤差

f0—參考頻率

fx—測量頻率

測量功率的數學模型為：

u(p)—功率測量誤差p0—功率參考值

px—功率測量值

2 測量不確定度的評定

2.1 頻率的測量不確定度分析

圖1 發射分系統試驗方框圖

測量儀器使用基礎型頻譜分析儀（型號N9344C），頻率范圍為9 KHz～3.0 GHz。掃描時間（＜3 GHz）為4 ms～4 000 s。分頻率帶寬100 Hz～5 MHz。相位噪聲10 KHz為-93 dBc/Hz+20 lgN。測量范圍為-130 dBm至+30 dBm。測量精度：頻率精度±101 Hz，掃寬精度±0.5 %，幅度精度1.1 dB。

頻譜儀進行頻率測量時由其內部頻率基準（晶體振蕩）的頻率穩定度、鎖頻鎖相環路、測量時選用的分頻。頻率基準的頻率穩定度±1×10-8（考慮電源變化和溫度變化），鎖頻鎖相環路的頻率穩定度±1×10-6，相位噪聲增加（20 lgN），測量精度為3δ（δ—測量時選用分辨率帶寬），構成了頻率測量的不確定度。

2.1.1 頻率的測量不確定度評定

頻譜儀進行頻率測量時，由于相位噪聲而引起的不確定度分量和測量精度引入的不確定度，設均為均勻分布，取

1）由于相位噪聲而引起的不確定度

使用N9344C頻譜儀，在偏離中心頻率10 KHz處的相位噪聲為-85 dBc/Hz。

2）由于頻譜儀分辨率帶寬而引起的不確定度

頻譜儀分辨率帶寬是在頻率測量范圍可以在100 Hz～5 MHz范圍內選取，根據測量頻率范圍和要求的容差，是1 030 MHz和±0.2 MHz，為了保證測量成功，測量起始點設置，測量頻率的停止點設置，參考中心頻率為1 030 MHz，分辨率帶寬設置為1 KHz，確保測量精度高于標準容差的2個數量級。

當測量1 030 MHz頻率時測量精度為3δ（δ為分辨率帶寬）：

3）B類標準不確定度：

4）頻率測量A類不確定度評定：

用N9344C頻譜儀測量空中交通管制二次監視雷達發射機頻率，進行N=10次采樣測量，測量結果如下：

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

以算術平均值的測量結果，所以用統計方法來計算得到的平均值的實驗標準差：

所以實驗標準差就定為A類不確定度評定結果：

自由度 VA=n?1 =9

5）合成標準不確定度：

有效自由度：

2.1.2 擴展不確定度U

此次測量結果遵守正態分布的概率，當P=0.95時，k= 2。

2.2 功率測量的不確定度分析

對空中交通管制二次監視雷達發射機脈沖功率的測量依據測量方框圖進行測量。測量原理是將發射機輸出的脈沖大功率能量通過定向耦合器耦合很小部分功率進行測量，這種測量方法涉及到儀器和系統連接關系。

2.2.1 功率測量不確定度的評定

測量不確定度的來源：

①二次監視雷達發射機端口至定向耦合器輸入端口的連結電纜的插入損耗引入的幅度響應和電壓駐波系數引入測量不確定度分量。

②定向耦合器輸入端口至輸出端口（負載的輸入端口）的電壓駐波系數引入的不確定度分量。

③定向耦合器耦合端口至測量儀器的輸入端口的插入損耗和電壓駐波系數引入的不確定度分量。

④測量儀器誤差（±0.02 dB）（N1911A功率計）

1） 發射機輸出電纜插入損耗引入不確定度

電纜損耗頻率響應的平坦度為0.3 dB。

2） 定向耦合器輸入端口至負載輸入端口的電壓駐波比設為1.3，引入的失配損耗。[2]

因為測量的功率，所以功率失配的影響是電壓的2倍，所以功率測量引入的不確定度

3） 定向耦合器耦合端口至測量儀器輸入端口的插入損耗使頻率響應平坦度的影響引入的不確定度。

4） 定向耦合器耦合端口至測量儀器輸入端口的電壓駐波比引入的失配損耗。（注：與本文（2）條相同）

5）測量儀器用頻譜儀時測量精度引入的不確定度

功率計測量精度為±0.02 dB。

6）B類不確定度

7）A類不確定度評定

用N1911A功率計測量空中交通管制二次監視雷達發射機的脈沖峰值功率，進行N=10次測量，測量結果如下：當f0=1 030時

測量次數n=10時，其測量結果的算術平均值 為

測量次數n=10時，其測量結果的測量標準差為：

以算術平均值為測量結果，所以用統計方法計算得到的平均值的實驗標準差

自由度VA=10-1=9

8）合成標準不確定度

2.2.2 擴展不確定度U

當測量遵守正態分布概率時

[1] GB/T 12182-1990空中交通管制二次監視雷達 通用技術條件[S].

[2]甘本祓,吳萬春. 現代微波濾波器的結構與設計[M].北京:科學出版社, 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，畢業于西安電子科技大學，本科學歷。