JJF1886—20201電場探頭校準規范1范圍本規范適用于頻率范圍10MHz~18GHz電場探頭的校準。2引用文件IEEEStd1309—20139kHz~40GHz電磁場探頭和傳感器(天線除外)校準[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)適用于本規范。3術語和定義3.1微橫電磁波小室μtransverseelectromagneticmodecell微橫電磁波小室(μtransverseelectromagneticmodecell,以下簡稱μTEMCell)是經過特殊設計的微小的橫電磁波小室,其結構對稱,外殼是用螺釘擰緊的兩個鋁殼,內部平板采用黃銅板。μTEMCell在頻率高達1GHz時仍可產生可計算的標準場強,用于校準不超出其均勻區尺寸的足夠小的場探頭。3.2吉赫茲橫電磁波小室gigahertztransverseelectromagneticmodecell吉赫茲橫電磁波小室(gigahertztransverseelectromagneticmodecell,以下簡稱GTEMCell)由一個錐形、非對稱的矩形同軸線組成,類似于TEMCell的輸入部分被延長了的結構。合理選擇橫截面尺寸使得沿小室長度的特性阻抗保持在50Ω。GTEMCell具有比TEMCell更大的操作空間。3.3場地電壓駐波比sitevoltagestandingwaveratio場地電壓駐波比是在微波暗室內,將電場探頭放置在參考點,沿著同一發射天線的主軸方向改變電場探頭的極化和位置,產生相同標準場的情況下,以電場探頭示值的最大分散性確定場地電壓駐波比。3.4各向同性isotropy各向同性表征的是場探頭隨測量角度變化的響應,與入射場的極化和傳播方向變化無關。各向同性是按照校準要求改變場探頭方向時,場探頭在恒定場強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。場傳感器用于探測空間中某一位置的場分量,檢波后的信號經處理后可顯示場強數值。JJF1886—20202圖1電場探頭的基本結構電場探頭廣泛應用于電磁兼容、通信、電力、航天航空、醫療衛生等領域的電磁場測量。5計量特性5.1電場強度頻率范圍:10MHz~1GHz;電場強度范圍:3V/m~60V/m;最大允許誤差:±2dB;頻率范圍:1GHz~18GHz(不包含1GHz);電場強度范圍: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校準條件6.1環境條件a)環境溫度:(23±5)℃;b)相對濕度:≤80%;c)電源要求:(220±22)V,(50±1)Hz;d)其他:無影響儀器正常工作的電磁干擾及機械振動。6.2校準用設備6.2.1信號發生器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:(15~40)dB;c)方向性:≥25dB;d)電壓駐波比:≤1.3。JJF1886—202036.2.4功率計a)頻率范圍:10MHz~18GHz;b)功率測量范圍:-60dBm~20dBmc)電壓駐波比:≤1.3;d)功率測量最大允許誤差:±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)間的距離應大于被校準電場探頭直徑的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場強傳遞標準a)頻率范圍:10MHz~1GHz;;b)場強測量范圍:3V/m~60V/m;c)分辨力:0.1V/m;d)重復性:≤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吉赫茲橫電磁波小室(GTEMCell)a)頻率范圍:10MHz~1GHz;b)端口電壓駐波比:≤1.2;c)時域分布阻抗:(50±2)Ω;d)芯板與底板(或頂板)間的距離應大于場強傳遞標準以及被校準電場探頭直徑的3倍。6.2.9微波暗室a)頻率范圍:450MHz~18GHz;b)內部最小尺寸:4m(長)×2m(寬)×2m(高);c)場地電壓駐波比:±0.5dB(測量方法參見附錄C.2.3)。6.2.10標準增益喇叭天線a)頻率范圍:1GHz~18GHz;b)增益:≥15dB;c)電壓駐波比:≤1.5。7校準項目和校準方法7.1校準項目a)外觀及工作正常性檢查;JJF1886—20204b)電場強度;c)各向同性。7.2校準方法7.2.1外觀及工作正常性檢查a)被校電場探頭的外觀應完好無損,各開關、按鍵、連接器等工作正常,不應有影響電氣性能的機械損傷。被校電場探頭配套附件齊全。b)按技術說明書規定時間對讀出裝置和數據處理顯示單元預熱,預熱后應顯示正常。c)具有自校準功能的讀出裝置和數據處理顯示單元,運行自校準功能,并應顯示正常。d)將檢查結果記錄在附錄A表A.1中。7.2.2電場強度7.2.2.1GTEMCell法a)適用于10MHz~1GHz。μTEMCell能夠產生可計算的標準場強,利用場強傳遞標準將μTEMCell內產生的標準場傳遞至GTEMCell。按圖2連接儀器設備,組成μTEMCell校準系統。所有儀器設備通電,按技術說明書規定時間預熱。圖2μTEMCell校準原理圖b)將場強傳遞標準放置到μTEMCell底板(或頂板)到芯板間的中心位置,即參考點位置。設置電場探頭為開關開啟的工作狀態。c)設定信號發生器頻率為校準頻率點,并記錄在附錄A表A.2中。d)調節信號發生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得μTEMCell參考點處的電場強度為標準電場強度值,該值可通過式(1)得到。E=式中: Z0·P0·Afd·δVswr(1)E—參考點處的標準電場強度,V/m;Z0—μTEMCell的時域阻抗實部,Ω;P0—功率計顯示的功率示值,W;Af—衰減器的衰減量;d—芯板距離底板(或頂板)的高度,m;δVswr—場地電壓駐波比修正因子,一般情況下取保守值1。e)將此時功率計示值、標準場強值和場強傳遞標準示值記錄在附錄A表A.2中。f)按圖3連接儀器預熱,組成GTEMCell工作標準。5圖3GTEMCell法校準原理圖g)將場強傳遞標準的電場探頭如圖3所示放置到GTEMCell中參考點位置。h)設定信號發生器頻率為校準頻率點。i)調節信號發生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得場強傳遞標準示值與e)中的值相同,將此時功率計示值記錄在附錄A表A.2中。j)將場強傳遞標準的電場探頭從GTEMCell中取出,將被校電場探頭幾何中心放置在相同位置,調節信號發生器的輸出電平和功率放大器的增益使功率計示值達到i)的值,將此時被校電場探頭示值記錄在附錄A表A.2中。(2)k)由式(2)計算校準因子,并將其記錄在附錄A表A.2中。(2)C=E/EP式中:C—校準因子;E—參考點的標準場強值,V/m;EP—被校電場探頭示值,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,組成校準系統。將儀器設備通電,按技術說明書規定時間預熱。圖4微波暗室內用標準增益喇叭天線作發射天線法校準原理圖b)將被校電場探頭幾何中心放置到微波暗室內發射天線主軸上的參考點位置,且保證探頭手柄與電場矢量和傳播矢量方向垂直。設置電場探頭為開關開啟的工作狀態。c)設定信號發生器頻率為校準頻率點,并記錄在附錄A表A.3中。d)調節信號發生器的輸出電平和功率放大器的增益,使得參考點位置電場強度為標準電場強度值,該值可通過式(3)得到。將此時功率計示值、標準電場強度值和被校電場探頭示值記錄在附錄A表A.3中。E=(3)JJF1886—20206式中:E—參考點的電場強度,V/m;η—自由空間的波阻抗,377Ω;Pnet—饋入發射天線的凈功率,W;g—參考點處發射天線的增益;d—從發射天線到參考點的距離,m。e)由式(2)計算校準因子,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)的電場探頭放置在參考點,調整電場探頭方向,使其一個場傳感器與入射電場矢量方向相同,可以通過將電場探頭手柄沿立方體的對角線放置實現,如圖5所示。如果制造商并未明確描述場傳感器的方位,則應選擇和記錄能夠反映電場探頭日常使用中各向同性的軸作為旋轉軸。圖5基于三個正交傳感器的電場探頭各向同性校準布置b)重復7.2.2.1中的j)和k)或者7.2.2.2中c)和d),將校準頻率點和標準場強值記錄在附錄A表A.4中。c)將電場探頭圍繞旋轉軸以最大旋轉步進不大于30°進行360°旋轉,得到一組探頭響應示值。將所有電場探頭響應示值記錄在附錄A表A.4中。找出最大、最小響應示值,記錄在附錄A表A.4中。d)電場探頭的各向同性用式(4)計算,將A的值記錄在附錄A表A.4中。A=±20log10(4)式中:A—電場探頭各向同性,dB;EPmax—電場探頭響應示值最大值,V/m;EPmin—電場探頭響應示值最小值,V/m。e)改變校準頻率點和標準場強值,重復a)到d),直至完成所有預設置,可得到電場探頭不同頻率點的各向同性。8校準結果表達電場探頭校準后,出具校準證書,校準證書至少應包含以下信息:a)標題:“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;JJF1886—20207c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關時,應說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結果的有效性和應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環境的描述;l)校準結果及其測量不確定度的說明;m)對校準規范的偏離的說明;n)校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識;o)校準結果僅對被校對象有效的聲明;p)未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。9復校時間間隔復校時間間隔由用戶根據使用情況自行確定,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目檢查結果外觀工作正常性表A.2GTEM小室法數據記錄表格頻率MHz芯板距離底板 (或頂板)的高度dm衰減器的衰減量A時域阻抗實部Z0ΩμTEM小室功率計示值W標準場強值V/m場強傳遞標準示值V/mGTEM小室功率計示值W電場探頭示值V/m校準因子不確定度U(k=2)dB103050100?9001000表A.3微波暗室內用標準增益喇叭天線作發射天線法數據記錄表格頻率GHz發射天線到參考點的距離m天線增益dB功率計示值W標準電場強度值V/m電場探頭示值V/m校準因子不確定度U(k=2)dB1GHz2GHz?18GHz9表A.4電場探頭各向同性響應數據記錄表格頻率GHz標準場強值V/m相對起始位置的角度(°)電場探頭響應示值V/m不確定度U(k=2)dB1.820015304560?300315330345360最大響應示值Emax:最小響應示值Emin:各向同性:±dB10附錄B校準證書內頁格式表B.1電場強度頻率MHz標準場強值V/m電場探頭示值V/m校準因子不確定度U(k=2)dB表B.2各向同性頻率MHz標準場強值V/m各向同性dB不確定度U(k=2)dBJJF1886—202011附錄C主要項目校準不確定度評定示例C.1電場強度GTEMCell法不確定度評定C.1.1測量模型GTEMCell方法適用于10MHz~1GHz頻率范圍。GTEMCell與TEMCell不同,雖然GTEMCell的內部場強不能夠精確計算,但場強大小可以控制且穩定。TEMCell通常適用于200MHz以下頻段,但經特殊設計的μTEMCell在頻率高達1GHz時仍可產生可計算的標準場強,可作為場強參考標準用于校準不超出其均勻區尺寸的足夠小的場探頭(或者場傳感器),該場探頭與配套測量系統一起構成場強傳遞標準,可以將場強量值傳遞到具有更大校準空間的場強工作標準GTEMCell內,因此利用GTEMCell可以建立標準場校準電場探頭。依據校準原理,GTEMCell法測量模型如式(C.1):E=式中: Z0·P0·Afd·δVswr(C.1)E—GTEMCell內某校準點處的標準場強,V/m;Z0—μTEMCell的特性阻抗實部,其值為50Ω;P0—與μTEMCell連接的功率計顯示示值,W;Af—衰減器(連接μTEMCell和功率計)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不確定度來源及相對合成標準不確定度計算公式根據式(C.1),引入的不確定度分量來源包括:1)μTEMCell阻抗特性引入的相對不確定度urel(Z0);2)功率測量(在μTEMCell內)引入的相對不確定度urel(P0);3)衰減(在μTEMCell內)測量引入相對不確定度分量urel(Af);4)μTEMCell芯板與頂板間距的相對不確定度urel(d);5)μTEMCell端口反射引入的相對不確定度urel(δVswr)。經分析,上述各分量之間彼此不相關,采用相對標準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)由于在測量過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)場強傳遞標準引入的相對不確定度分量urel(δprob);7)GTEMCell內由測試區域場強不均勻引入的相對不確定度urel(δunif);8)GTEMCell內由方向性引入的相對不確定度urel(δcorr);JJF1886—2020129)GTEMCell內測試區域阻抗偏離50Ω導致的相對不確定度urel(δimpe);10)溫度變化引入的相對不確定度urel(δtemp);11)功率測量(在GTEMCell內)引入的相對不確定度urel(δpower);12)測量重復性引入的相對不確定度urel(δRep)。C.1.3不確定度計算下面以10MHz頻率點,20V/m左右標準場強值為例闡述。C.1.3.1μTEMCell阻抗特性引入的相對不確定度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,由于μTEMCell的長度很短,對其精密測量存在一定困難。因此在這里僅將它作為電壓向功率轉換的一個內部常量,所有的電壓偏差已經被δVswr參數修正,所以此項不確定度暫且忽略。C.1.3.2功率測量(在μTEMCell內)引入的相對不確定度urel(P0)a)功率計示值引入的相對不確定度urel(Pf)10MHz功率探頭校準因子測量相對擴展不確定度為Urel=0.044dB(k=2),則b)功率探頭線性引入4ul0.022dB10MHz功率探頭線性測量相對擴展不確定度為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,兩者反射系數數據由校準證書可知,在10MHz頻點,衰減器端口反射系數為Γ1,功率探頭端口反射系數為Γ2,端口失配誤差可利用公式δMis=1±Γ1×Γ2計算,取最大值得20×lg(1±Γ1×Γ2)=0.031dB,屬于B類評定,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個分量彼此互不相關,靈敏系數均為1,因此,功率測量的合成相對標準不確定度用下式計算:urel(P0)=u(Pf)+u(Pl)+u(M)=0.033dBC.1.3.3衰減(在μTEMCell內)測量引入相對不確定度分量urel(Af)連接μTEMCell和功率計的同軸固定精密衰減器的衰減因子的校準值和擴展不確定度由校準證書獲得:Urel=0.03dB,屬于B類不確定度,服從正態分布,包含因子rel(d)μTEMCell芯板與頂板間距測量值d和不確定度u(d)來自于校準證書,服從正態分布,包含概率為95.45%時,包含因子等于2。相對標準不確定度:urel(d)==0.0005dBC.1.3.5μTEMCell端口反射引入的相對不確定度urel(δVswr)在10MHz~1GHz校準頻率范圍內,通過校準證書得到最大的反射系數為0.0148,JJF1886—202013C.1.3.6場強傳遞標準引入的相對不確定度分量urel(δprob)傳遞場強標準探頭在μTEMCell中的校準結果的不確定度影響由兩部分組成,分別是場強測量重復性u(δR)和探頭垂直定位誤差u(δVP),且互不相關。a)場強測量重復性的標準不確定度u(δR)場強測量重復性的不確定度屬于A類,在重復性條件下對被測量場強Ei做10次獨立測量,單次測量結果eik的標準不確定度為: u(eik)=s(eik)=ik-1ei)2=0.348V/m實際測量中,采用多次測量的平均值作為測量結果的最佳估計值,m=10。u(δR)=s(ei)==0.11V/mb)電場探頭垂直定位誤差的標準不確定度u(δVP)此項不確定度屬于A類,接近正態分布,在重復性條件下,將探頭偏離中心上下兩個極限位置進行兩次獨立觀測,計算結果中的最大值與最小值之差R(稱為極差),其單次測量結果的實驗標準差可用極差公式近似評定,進行6次獨立觀測,極差系數C=2.53,垂直定位誤差引起的標準不確定度u(δVP)為:u(δVP)==0.25V/mc)上述2個分量彼此不相關,靈敏系數均為1,因此,場強傳遞標準μTEM小室測量的標準不確定度可用下式計算:u(δprob)=[c21·u(δR)]2+[c22·u(δVP)]2=0.112+0.252=0.28V/m服從正態分布,包含因子等于2,其相對不確定度為:urel(δprob)==0.116dB。C.1.3.7GTEMCell內由測試區域場強不均勻引起的相對不確定度urel(δunif)根據常見被校準電場探頭的尺寸,校準測量區域定為15cm×15cm×15cm的正方體,選取正方體的8個邊角、6個面的中心以及正方體中心共15個點作為測量位置。記錄所有位置處場強測量儀的示值,以中心點為參考點E0,其他14個點中尋找偏離中心值最大電場探頭示值Emax記錄下來,利用式(C.3)計算出最大誤差。S=Emax-E0E0(C.3)表C.1由測試區域場強不均勻引入的相對不確定度urel(δunif)表頻率MHz參考點場強V/m偏離參考值的最大值V/m最大相對誤差dB包含因子相對標準不確定度dB1020.121.20.463 30.267JJF1886—202014C.1.3.8GTEMCell內由方向性引入的相對不確定度urel(δcorr)該不確定度考慮的是由于電場探頭三個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量電場探頭幾何中心高度,此高度誤差限可控制在±5mm以內;第二種是探頭角度定位誤差,該項誤差可以通過測量將其控制在±5°以內,根據實驗可以得到兩種情況引入的最大場強偏差。表C.2GTEMCell內方向性引入的相對不確定度urel(δcorr)表頻率MHz場強標準值V/m最大場強偏差值V/m相對誤差dB包含因子相對標準不確定度dB1019.970.770.329 30.190C.1.3.9GTEMCell內測試區域阻抗偏離50Ω導致的相對不確定度urel(δimpe)使用TDR時域反射計同時對精密同軸空氣線和GTEMCell進行校準,在電場探頭校準區域,GTEMCell特性阻抗相對于精密同軸空氣線的最大偏差為0.4Ω,阻抗最大相對誤差為0.07dB,相對標準不確定度為0.07dB/3=0.040dB。根據精密同軸空氣線的技術指標,其特性阻抗為50Ω±0.12Ω,用對數表示的相0.012dB。小室內測量區域阻抗偏離50Ω導致的相對不確定度urel(dimpe)=對誤差為20×lg0.012dB。小室內測量區域阻抗偏離50Ω導致的相對不確定度urel(dimpe)= 0.042+0.0122=0.042dB。C.1.3.10溫度變化引入的相對不確定度urel(δtemp)對場強傳遞標準進行定期校準,并將溫度修正系數輸入系統用以修正溫度帶來的影響。根據經驗,環境溫度變化引入的相對不確定度urel(δtemp)不超過0.05dB。C.1.3.11功率測量(在GTEMCell內)引入的相對不確定度urel(δpower)功率測量的相對標準不確定度urel(δpower)是由功率測量頻率響應相對標準不確定度urel(Pf)、功率測量線性相對標準不確定度urel(Pl)以及功率探頭與雙定向耦合器間阻抗失配的相對標準不確定度urel(M)這3個分量的合成。功率測量頻率響應相對標準不確定度urel(Pf)和功率測量線性相對標準不確定度urel(Pl)均來自校準證書,正態分布,包含概率為95.45%時,包含因子為2,則得合器功率輸出端口J2之間的阻抗失配,第二項是功率探頭與雙定向耦合器前向功率監測端口J3間的阻抗失配。雙定向耦合器與GTEMCell間的失配相對不確定度為:urel(MTEM)==0.056dB雙定向耦合器正向功率監測端口J3與功率探頭間的失配相對不確定度為:urel(MJ2)==0.210dBJJF1886—202015其中Γs為源反射系數;Γl為負載反射系數。失配的相對不確定度為:urel(M)=u(MTEM)+u(MJ2)=0.217dB則功率測量的相對不確定度為:urel(δpower)=u(Pf)+u(Pl)+u(M)=0.219dBC.1.3.12測量重復性引入的相對不確定度urel(δRep)利用同一個電場探頭在10MHz,20V/m左右標準場強下重復測量10次,得到平均場強值為24.0V//m,測量重復性引入的不確定度u(δRep)=0.760V/m,相對不確定度urel(δRep)=0.271dB。C.1.4相對合成標準不確定度電場強度GTEMCell法相對不確定度分量匯總表如表C.3所示。表C.3電場強度GTEMCell法的相對不確定度匯總表(頻率:10MHz)不確定度來源值dB分布包含因子靈敏系數ci標準不確定度分量dBμTEMCell阻抗特性0均勻1.7320.50功率測量(在μTEMCell內)0.033正態10.50.017衰減(在μTEMCell內)0.015正態10.50.074μTEMCell芯板與頂板間距0.0005正態1-10.001μTEMCell端口反射0.0148均勻1.732-10.009場強傳遞標準0.116正態110.116GTEMCell測試區域場強不均勻0.463均勻1.7320.267GTEMCell方向性影響0.329均勻1.7320.190GTEMCell內測試區域阻抗偏離同軸空氣線特性阻抗引入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10.050功率測量(在GTEMCell內)0.219正態10.219測量重復性0.271正態10.271以上各項標準不確定度分量互不相關,相對合成標準不確定度為:ucrel(E)≈0.5dBJJF1886—202016C.1.5擴展不確定度取包含因子k=2,相對擴展不確定度為:Urel=k·ucrel(E)=1.0dB(k=2)C.2電場強度微波暗室法不確定度評定C.2.1測量模型如果利用定向耦合器計算饋入到發射天線的凈功率的連接如圖C.1所示,則饋入到喇叭天線的凈功率可以用式(C.4)計算:Pnet=Pr·C0·M3··S21·M2(C.4)式中:Pr—功率計探頭示值;C0—功率探頭示值線性的修正因子;S31—定向耦合器的耦合系數;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)計算:M=其中,ΓL為負載反射系數;ΓG為源反射系數。圖C.1定向耦合器與喇叭天線連接示意圖依據校準原理,微波暗室法測量電場強度的測量模型如式(C.6):E=·Pr·C0·M3··S21·M2式中:E—參考點的電場強度,V/m;η—自由空間的波阻抗,377Ω;g—參考點處發射天線的增益;d—從發射天線到參考點的距離,m;Pr—功率計探頭示值,W;C0—功率探頭示值線性的修正因子;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;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不確定度來源及相對合成不確定度計算公式依據式(C.6)分析,引入的不確定度分量來源包括:1)標準增益喇叭天線增益測量引入的相對不確定度urel(g);2)發射天線口面到參考點的距離引入的相對不確定度urel(d);3)功率計示值引入的相對不確定度urel(Pr);4)功率探頭線性引入的相對不確定度urel(C0);5)定向耦合器耦合端口連接處的失配引入的相對不確定度urel(M3);6)定向耦合器耦合系數校準引入的相對不確定度urel(S31);7)定向耦合器插入損耗校準引入的相對不確定度urel(S21);8)定向耦合器輸出端口連接處的失配引入的相對不確定度urel(M2);經分析,上述各分量之間彼此不相關,采用相對標準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)由于在測量過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)間距測量引入的相對不確定度urel(δSpac);10)對準測量引入的相對不確定度urel(δAlig);11)殘余地面反射引入的相對不確定度urel(δRef);12)同軸電纜發熱引入的相對不確定度urel(δTherm);13)同軸電纜繞曲引入的相對不確定度urel(δFlex);14)多路徑反射引入的相對不確定度urel(δSVSWR);15)探頭固定設備引入的相對不確定度urel(δMaster);16)測量重復性引入的相對不確定度urel(δRep)。C.2.3不確定度計算以1.8GHz頻率點,20V/m左右場強值為例進行不確定度評定計算。C.2.3.1標準增益喇叭天線增益測量引入的相對不確定度urel(g)在1.8GHz頻點,標準增益喇叭天線增益測量的擴展不確定度為0.50dB(k=2),得C.2.3.2發射天線口面到參u度urel(d)-1.00mm,校準系數的擴展不確定度為0.3mm(k=2)?？紤]到實際使用時,無法精準定位電場探頭幾何中心,估計距離測量值的誤差限為±1cm,服從均勻分布,則1.8GHz距離測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功率計示值引入的相對不確定度urel(Pr)1.8GHz功率探頭校準因子測量擴展不確定度為0.088dB(k=2),則JJF1886—202018urel(Pr)=0.088dB/2=0.044dBC.2.3.4功率探頭線性引入的相對不確定度urel(C0)1.8GHz功率探頭線性測量擴展不確定度為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,兩者反射系數數據由校準證書可1.8GHz頻點,耦合器耦合端口反射系數為Γ1,功率探頭端口反射系數為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校準引入的相對不確定度urel(S31)由校準證書可知,定向耦合器1.8GHz頻點耦合系數校準擴展不確定度為0.20dB(k=2),則C.2.3.7定向耦合器插入(S21)由校準證書可知,定向耦合器1.8GHz頻點插入損耗校準擴展不確定度為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準增益喇叭天線連接,兩者反射系數數據由校準證書可知,在1.8GHz頻點,耦合器輸出端口反射系數為Γ1,天線饋入端口反射系數為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發射天線饋入相同凈功率的情況下,該不確定度是通過測量被校探頭放置在發射天線主軸上與參考點間距±2cm的場強值與參考點處的場強值間的最大偏差來獲得。最大d。154dB,服從均勻分布,則相對標準不確定度為urel(δSpac)=0.154dB/1.732=C.2.3.10對準測量引入的相對不確定度urel(δAlig)確定度可以通過測量被校探頭位于與發射天線主軸垂直面上垂直地面和平行地面兩個方向上偏移±2cm與參考點處的最大偏差獲得。最大偏差分別為0.086dB和0.068dB,服從均勻分布,則兩種情況相對標準不確定度分別為: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不確定度urel(δRef)盡管電場強度校準系統和被校探頭均放在全電波暗室內,理想情況下暗室內各個面的反射很小,可比擬自由空間。實際校準時,被校電場探頭除了接受來自發射天線的直射波外,還有來自地面以及其他面的反射波。評價由殘余地面反射引入的不確定度的具JJF1886—202019體做法:保持參考點處的標準場不變的情況下,將吸波材料放在發射喇叭天線與被校探頭之間的地面上,在幾個不同位置上放置吸波材料,參考點處電場探頭的示值幾乎沒有變化,因此,忽略此項誤差引入的不確定度。C.2.3.12同軸電纜發熱引入的相對不確定度urel(δTherm)發射喇叭天線通常需要饋入較大功率信號,若發射天線和定向耦合器間用低損耗電纜連接,電纜發熱會產生一定的能量損耗,此項不確定度需要評估。由于校準系統中定向耦合器輸出端口直接與發射喇叭天線相連,則有效避免了同軸電纜發熱引入的不確定度。C.2.3.13同軸電纜繞曲引入的相對不確定度urel(δFlex)同C.2.3.12,由于定向耦合器直接與發射喇叭天線相連,避免了因同軸電纜繞曲帶來的影響。C.2.3.14多路徑反射引入的相對不確定度urel(δSVSWR)多路徑反射不確定度可以用由非理想暗室環境反射引起的駐波來評價。IEEE1309—2013標準推薦用于探頭校準的全電波暗室最小尺寸(即內部工作空間)是4m(長)×2m(寬)×2m(高),暗室的場地電壓駐波比應該小于±0.5d