JJF 1886-2020电场探头校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 8 62 0 2 0电场探头校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i cF i e l dP r o b e s 2 0 2 0-1 1-2 6发布2 0 2 1-0 5-2 6实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布电场探头校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i cF i e l dP r o b e sJ J F1 8 8 62 0 2 0 归 口 单 位:全国无线电计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:江苏省计量科学研究院福建省计量科学研究院 本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释J J F1 8 8 62 0 2 0本规范主要起草人:李大博(中国计量科学研究院)李 渤(中国计量科学研究院)谢 鸣(中国计量科学研究院)参加起草人:赵品彰(江苏省计量科学研究院)肖娜丽(福建省计量科学研究院)J J F1 8 8 62 0 2 0目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 微横电磁波小室(1)3.2 吉赫兹横电磁波小室(1)3.3 场地电压驻波比(1)3.4 各向同性(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 电场强度(2)5.2 各向同性(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 校准用设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(6)9 复校时间间隔(7)附录A 原始记录格式(8)附录B 校准证书内页格式(1 0)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(1 1)J J F1 8 8 62 0 2 0引 言本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示编写。本规范参照I E E ES t d1 3 0 92 0 1 39k H z 4 0GH z电磁场探头和传感器(天线除外)校准 C a l i b r a t i o no fE l e c t r o m a g n e t i cF i e l dS e n s o r sa n dP r o b e s(E x c l u d i n gA n t e n-n a s)f r o m9k H z t o4 0GH z中的技术方法进行编写。本规范为首次发布。J J F1 8 8 62 0 2 0电场探头校准规范1 范围本规范适用于频率范围1 0MH z 1 8GH z电场探头的校准。2 引用文件I E E ES t d1 3 0 92 0 1 3 9k H z4 0GH z电磁场探头和传感器(天线除外)校准C a l i b r a t i o no fE l e c t r o m a g n e t i cF i e l dS e n s o r sa n dP r o b e s(E x c l u d i n gA n t e n n a s)f r o m9k H z t o4 0GH z。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和定义3.1 微横电磁波小室 t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l微横电磁波小室(t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l,以下简称T EM C e l l)是经过特殊设计的微小的横电磁波小室,其结构对称,外壳是用螺钉拧紧的两个铝壳,内部平板采用黄铜板。T EM C e l l在频率高达1GH z时仍可产生可计算的标准场强,用于校准不超出其均匀区尺寸的足够小的场探头。3.2 吉赫兹横电磁波小室 g i g a h e r t z t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l吉赫兹横电磁波小室(g i g a h e r t zt r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l,以下简称G T EM C e l l)由一个锥形、非对称的矩形同轴线组成,类似于T EM C e l l的输入部分被延长了的结构。合理选择横截面尺寸使得沿小室长度的特性阻抗保持在5 0。G T EMC e l l具有比T EMC e l l更大的操作空间。3.3 场地电压驻波比 s i t ev o l t a g es t a n d i n gw a v er a t i o场地电压驻波比是在微波暗室内,将电场探头放置在参考点,沿着同一发射天线的主轴方向改变电场探头的极化和位置,产生相同标准场的情况下,以电场探头示值的最大分散性确定场地电压驻波比。3.4 各向同性 i s o t r o p y各向同性表征的是场探头随测量角度变化的响应,与入射场的极化和传播方向变化无关。各向同性是按照校准要求改变场探头方向时,场探头在恒定场强下的最高示值与最低示值的比值,通常以分贝表示。4 概述电场探头通常由三个部分组成:场传感器、检波器和高阻传输线,基本结构见图1。场传感器用于探测空间中某一位置的场分量,检波后的信号经处理后可显示场强数值。1J J F1 8 8 62 0 2 0图1 电场探头的基本结构 电场探头广泛应用于电磁兼容、通信、电力、航天航空、医疗卫生等领域的电磁场测量。5 计量特性5.1 电场强度频率范围:1 0MH z 1GH z;电场强度范围:3V/m6 0V/m;最大允许误差:2d B;频率范围:1GH z 1 8GH z(不包含1GH z);电场强度范围:3V/m1 7 0V/m;最大允许误差:2d B。5.2 各向同性最大允许误差:1d B。6 校准条件6.1 环境条件a)环境温度:(2 35);b)相对湿度:8 0%;c)电源要求:(2 2 02 2)V,(5 01)H z;d)其他:无影响仪器正常工作的电磁干扰及机械振动。6.2 校准用设备6.2.1 信号发生器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)输出功率:不小于0d B m;c)频率最大允许误差:11 0-5。6.2.2 功率放大器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)输出功率:2 0W;c)谐波抑制:2 0d B。6.2.3 定向耦合器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)耦合系数:(1 54 0)d B;c)方向性:2 5d B;d)电压驻波比:1.3。2J J F1 8 8 62 0 2 06.2.4 功率计a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)功率测量范围:-6 0d B m2 0d B mc)电压驻波比:1.3;d)功率测量最大允许误差:0.1 5d B。6.2.5 微横电磁波小室(T EM C e l l)a)1 0MH z 1GH z;b)时域分布阻抗:5 01;c)端口电压驻波比:1.1;d)芯板与底板(或顶板)间的距离应大于被校准电场探头直径的3倍。6.2.6 衰减器a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)衰减值:1 0d B;c)端口电压驻波比:1.1。6.2.7 场强传递标准a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)场强测量范围:3V/m6 0V/m;c)分辨力:0.1V/m;d)重复性:3%;e)探头尺寸:探头直径不大于T EM C e l l芯板和顶板之间高度的1/5。6.2.8 吉赫兹横电磁波小室(G T EM C e l l)a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)端口电压驻波比:1.2;c)时域分布阻抗:(5 02);d)芯板与底板(或顶板)间的距离应大于场强传递标准以及被校准电场探头直径的3倍。6.2.9 微波暗室a)频率范围:4 5 0MH z 1 8GH z;b)内部最小尺寸:4m(长)2m(宽)2m(高);c)场地电压驻波比:0.5d B(测量方法参见附录C.2.3)。6.2.1 0 标准增益喇叭天线a)频率范围:1GH z 1 8GH z;b)增益:1 5d B;c)电压驻波比:1.5。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目a)外观及工作正常性检查;3J J F1 8 8 62 0 2 0b)电场强度;c)各向同性。7.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性检查a)被校电场探头的外观应完好无损,各开关、按键、连接器等工作正常,不应有影响电气性能的机械损伤。被校电场探头配套附件齐全。b)按技术说明书规定时间对读出装置和数据处理显示单元预热,预热后应显示正常。c)具有自校准功能的读出装置和数据处理显示单元,运行自校准功能,并应显示正常。d)将检查结果记录在附录A表A.1中。7.2.2 电场强度7.2.2.1 G T EM C e l l法a)适用于1 0MH z 1GH z。T EMC e l l能够产生可计算的标准场强,利用场强传递标准将T EM C e l l内产生的标准场传递至G T EM C e l l。按图2连接仪器设备,组成T EMC e l l校准系统。所有仪器设备通电,按技术说明书规定时间预热。图2 T EM C e l l校准原理图 b)将场强传递标准放置到T EM C e l l底板(或顶板)到芯板间的中心位置,即参考点位置。设置电场探头为开关开启的工作状态。c)设定信号发生器频率为校准频率点,并记录在附录A表A.2中。d)调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益,使得T EM C e l l参考点处的电场强度为标准电场强度值,该值可通过式(1)得到。E=Z0P0Afd Vs w r(1)式中:E 参考点处的标准电场强度,V/m;Z0 T EM C e l l的时域阻抗实部,;P0 功率计显示的功率示值,W;Af 衰减器的衰减量;d 芯板距离底板(或顶板)的高度,m;Vs w r 场地电压驻波比修正因子,一般情况下取保守值1。e)将此时功率计示值、标准场强值和场强传递标准示值记录在附录A表A.2中。f)按图3连接仪器预热,组成G T EM C e l l工作标准。4J J F1 8 8 62 0 2 0图3 G T EM C e l l法校准原理图 g)将场强传递标准的电场探头如图3所示放置到G T EM C e l l中参考点位置。h)设定信号发生器频率为校准频率点。i)调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益,使得场强传递标准示值与e)中的值相同,将此时功率计示值记录在附录A表A.2中。j)将场强传递标准的电场探头从G T EM C e l l中取出,将被校电场探头几何中心放置在相同位置,调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益使功率计示值达到i)的值,将此时被校电场探头示值记录在附录A表A.2中。k)由式(2)计算校准因子,并将其记录在附录A表A.2中。C=E/EP(2)式中:C 校准因子;E 参考点的标准场强值,V/m;EP 被校电场探头示值,V/m。7.2.2.2 微波暗室法a)适用于1GH z 1 8GH z频段。按图4连接仪器,组成校准系统。将仪器设备通电,按技术说明书规定时间预热。图4 微波暗室内用标准增益喇叭天线作发射天线法校准原理图 b)将被校电场探头几何中心放置到微波暗室内发射天线主轴上的参考点位置,且保证探头手柄与电场矢量和传播矢量方向垂直。设置电场探头为开关开启的工作状态。c)设定信号发生器频率为校准频率点,并记录在附录A表A.3中。d)调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益,使得参考点位置电场强度为标准电场强度值,该值可通过式(3)得到。将此时功率计示值、标准电场强度值和被校电场探头示值记录在附录A表A.3中。E=Pn e tg4 d2(3)5J J F1 8 8 62 0 2 0 式中:E 参考点的电场强度,V/m;自由空间的波阻抗,3 7 7;Pn e t 馈入发射天线的净功率,W;g 参考点处发射天线的增益;d 从发射天线到参考点的距离,m。e)由式(2)计算校准因子,并将其记录在附录A表A.3中。7.2.3 各向同性a)将7.2.2.1中j)或7.2.2.2中的b)的电场探头放置在参考点,调整电场探头方向,使其一个场传感器与入射电场矢量方向相同,可以通过将电场探头手柄沿立方体的对角线放置实现,如图5所示。如果制造商并未明确描述场传感器的方位,则应选择和记录能够反映电场探头日常使用中各向同性的轴作为旋转轴。图5 基于三个正交传感器的电场探头各向同性校准布置 b)重复7.2.2.1中的j)和k)或者7.2.2.2中c)和d),将校准频率点和标准场强值记录在附录A表A.4中。c)将电场探头围绕旋转轴以最大旋转步进不大于3 0 进行3 6 0 旋转,得到一组探头响应示值。将所有电场探头响应示值记录在附录A表A.4中。找出最大、最小响应示值,记录在附录A表A.4中。d)电场探头的各向同性用式(4)计算,将A的值记录在附录A表A.4中。A=2 0 l o g1 0EP m a xEP m a xEP m i n (4)式中:A 电场探头各向同性,d B;EP m a x 电场探头响应示值最大值,V/m;EP m i n 电场探头响应示值最小值,V/m。e)改变校准频率点和标准场强值,重复a)到d),直至完成所有预设置,可得到电场探头不同频率点的各向同性。8 校准结果表达电场探头校准后,出具校准证书,校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;6J J F1 8 8 62 0 2 0c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。7J J F1 8 8 62 0 2 0附录A原始记录格式表A.1 外观及工作正常性检查项目检查结果外观工作正常性表A.2 G T EM小室法数据记录表格频率MH z芯板距离底板(或顶板)的高度dm衰减器的衰减量A时域阻抗实部Z0T EM小室功率计示值W标准场强值V/m场强传递标准示值V/mG T EM小室功率计示值W电场探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B1 03 05 01 0 09 0 010 0 0表A.3 微波暗室内用标准增益喇叭天线作发射天线法数据记录表格频率GH z发射天线到参考点的距离m天线增益d B功率计示值W标准电场强度值V/m电场探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B1GH z2GH z1 8GH z8J J F1 8 8 62 0 2 0表A.4 电场探头各向同性响应数据记录表格频率GH z标准场强值V/m相对起始位置的角度()电场探头响应示值V/m不确定度U(k=2)d B1.82 001 53 04 56 03 0 03 1 53 3 03 4 53 6 0 最大响应示值Em a x:最小响应示值Em i n:各向同性:d B 9J J F1 8 8 62 0 2 0附录B校准证书内页格式表B.1 电场强度频率MH z标准场强值V/m电场探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B表B.2 各向同性频率MH z标准场强值V/m各向同性d B不确定度U(k=2)d B01J J F1 8 8 62 0 2 0附录C主要项目校准不确定度评定示例C.1 电场强度G T EM C e l l法不确定度评定C.1.1 测量模型G T EM C e l l方法适用于1 0 MH z 1GH z频率范围。G T EM C e l l与T EM C e l l不同,虽然G T EM C e l l的内部场强不能够精确计算,但场强大小可以控制且稳定。T EMC e l l通常适用于2 0 0MH z以下频段,但经特殊设计的T EMC e l l在频率高达1GH z时仍可产生可计算的标准场强,可作为场强参考标准用于校准不超出其均匀区尺寸的足够小的场探头(或者场传感器),该场探头与配套测量系统一起构成场强传递标准,可以将场强量值传递到具有更大校准空间的场强工作标准G T EM C e l l内,因此利用G T EMC e l l可以建立标准场校准电场探头。依据校准原理,G T EM C e l l法测量模型如式(C.1):E=Z0P0Afd Vs w r(C.1)式中:E G T EMC e l l内某校准点处的标准场强,V/m;Z0 T EM C e l l的特性阻抗实部,其值为5 0;P0 与T EM C e l l连接的功率计显示示值,W;Af 衰减器(连接T EM C e l l和功率计)的衰减因子;d 芯板距离底板(或顶板)的高度,m;Vs w r V SWR修正因子,一般情况下取保守值1。C.1.2 不确定度来源及相对合成标准不确定度计算公式根据式(C.1),引入的不确定度分量来源包括:1)T EM C e l l阻抗特性引入的相对不确定度ur e l(Z0);2)功率测量(在T EM C e l l内)引入的相对不确定度ur e l(P0);3)衰减(在T EM C e l l内)测量引入相对不确定度分量ur e l(Af);4)T EM C e l l芯板与顶板间距的相对不确定度ur e l(d);5)T EM C e l l端口反射引入的相对不确定度ur e l(Vs w r)。经分析,上述各分量之间彼此不相关,采用相对标准不确定度合成方法得:u2c r e l(E)=0.52u2r e l(Z0)+0.52u2r e l(P0)+0.52u2r e l(Af)+(-1)2u2r e l(d)+(-1)2u2r e l(Vs w r)(C.2)由于在测量过程中一些其他非理想因素的影响,引入的不确定度分量包括:6)场强传递标准引入的相对不确定度分量ur e l(p r o b);7)G T EM C e l l内由测试区域场强不均匀引入的相对不确定度ur e l(u n i f);8)G T EM C e l l内由方向性引入的相对不确定度ur e l(c o r r);11J J F1 8 8 62 0 2 09)G T EM C e l l内测试区域阻抗偏离5 0导致的相对不确定度ur e l(i m p e);1 0)温度变化引入的相对不确定度ur e l(t e m p);1 1)功率测量(在G T EM C e l l内)引入的相对不确定度ur e l(p o w e r);1 2)测量重复性引入的相对不确定度ur e l(R e p)。C.1.3 不确定度计算下面以1 0MH z频率点,2 0V/m左右标准场强值为例阐述。C.1.3.1 T EM C e l l阻抗特性引入的相对不确定度ur e l(Z0)Z0表示T EMC e l l中探头位置处的分布特性阻抗,其大小与T EMC e l l中的驻波相关,由于T EM C e l l的长度很短,对其精密测量存在一定困难。因此在这里仅将它作为电压向功率转换的一个内部常量,所有的电压偏差已经被 Vs w r参数修正,所以此项不确定度暂且忽略。C.1.3.2 功率测量(在T EM C e l l内)引入的相对不确定度ur e l(P0)a)功率计示值引入的相对不确定度ur e l(Pf)1 0MH z功率探头校准因子测量相对扩展不确定度为Ur e l=0.0 4 4d B(k=2),则ur e l(Pf)=0.0 4 4d B/2=0.0 2 2d B b)功率探头线性引入的相对不确定度ur e l(Pl)1 0MH z功率探头线性测量相对扩展不确定度为Ur e l=0.0 2 6d B(k=2),则ur e l(Pl)=0.0 2 6d B/2=0.0 1 3d B c)功率探头与同轴精密衰减器间阻抗失配引入的相对不确定度ur e l(M)同轴精密衰减器与功率探头连接,两者反射系数数据由校准证书可知,在1 0MH z频点,衰减器端口反射系数为1,功率探头端口反射系数为2,端口失配误差可利用公式M i s=112计算,取最大值得2 0 l g(112)=0.0 3 1d B,属于B类评定,服从反正弦分布,包含因子为2,则ur e l(M)=0.0 3 1d B/1.4 1 4=0.0 2 2d B 上述3个分量彼此互不相关,灵敏系数均为1,因此,功率测量的合成相对标准不确定度用下式计算:ur e l(P0)=u2r e l(Pf)+u2r e l(Pl)+u2r e l(M)=0.0 3 3d BC.1.3.3 衰减(在T EM C e l l内)测量引入相对不确定度分量ur e l(Af)连接T EM C e l l和功率计的同轴固定精密衰减器的衰减因子的校准值和扩展不确定度由校准证书获得:Ur e l=0.0 3d B,属于B类不确定度,服从正态分布,包含因子为2,则ur e l(Af)=0.0 3d B/2=0.0 1 5d B。C.1.3.4 T EM C e l l芯板与顶板间距的相对不确定度ur e l(d)T EM C e l l芯板与顶板间距测量值d和不确定度u(d)来自于校准证书,服从正态分布,包含概率为9 5.4 5%时,包含因子等于2。相对标准不确定度:ur e l(d)=u(d)d=0.0 0 05d BC.1.3.5 T EM C e l l端口反射引入的相对不确定度ur e l(Vs w r)在1 0MH z 1GH z校准频率范围内,通过校准证书得到最大的反射系数为0.0 1 48,21J J F1 8 8 62 0 2 0反射系数s1 1i分散区间的半宽a=0.0 1 48,且s1 1i落于s1 1i-a至s1 1i+a区间的概率p=1 0 0%,即全部落在此范围中,服从均匀分布,则得ur e l(Vs w r)=a/k=0.0 0 9d B。C.1.3.6 场强传递标准引入的相对不确定度分量ur e l(p r o b)传递场强标准探头在T EM C e l l中的校准结果的不确定度影响由两部分组成,分别是场强测量重复性u(R)和探头垂直定位误差u(V P),且互不相关。a)场强测量重复性的标准不确定度u(R)场强测量重复性的不确定度属于A类,在重复性条件下对被测量场强Ei做1 0次独立测量,单次测量结果ei k的标准不确定度为:u(ei k)=s(ei k)=nik=1(ei k-ei)2ni-1=0.3 4 8V/m 实际测量中,采用多次测量的平均值作为测量结果的最佳估计值,m=1 0。u(R)=s(ei)=s(ei k)m=0.1 1V/m b)电场探头垂直定位误差的标准不确定度u(V P)此项不确定度属于A类,接近正态分布,在重复性条件下,将探头偏离中心上下两个极限位置进行两次独立观测,计算结果中的最大值与最小值之差R(称为极差),其单次测量结果的实验标准差可用极差公式近似评定,进行6次独立观测,极差系数C=2.5 3,垂直定位误差引起的标准不确定度u(V P)为:u(V P)=RC=0.2 5V/m c)上述2个分量彼此不相关,灵敏系数均为1,因此,场强传递标准T EM小室测量的标准不确定度可用下式计算:u(p r o b)=c2 1u(R)2+c2 2u(V P)2=0.1 12+0.2 52=0.2 8V/m 服从正态分布,包含因子等于2,其相对不确定度为:ur e l(p r o b)=u(p r o b)ET E M=0.1 1 6d B。C.1.3.7 G T EM C e l l内由测试区域场强不均匀引起的相对不确定度ur e l(u n i f)根据常见被校准电场探头的尺寸,校准测量区域定为1 5c m1 5c m1 5c m的正方体,选取正方体的8个边角、6个面的中心以及正方体中心共1 5个点作为测量位置。记录所有位置处场强测量仪的示值,以中心点为参考点E0,其他1 4个点中寻找偏离中心值最大电场探头示值Em a x记录下来,利用式(C.3)计算出最大误差。S=Em a x-E0E0(C.3)表C.1 由测试区域场强不均匀引入的相对不确定度ur e l(u n i f)表频率MH z参考点场强V/m偏离参考值的最大值V/m最大相对误差d B包含因子相对标准不确定度d B1 02 0.12 1.20.4 6 330.2 6 731J J F1 8 8 62 0 2 0C.1.3.8 G T EM C e l l内由方向性引入的相对不确定度ur e l(c o r r)该不确定度考虑的是由于电场探头三个轴向定位误差引入的不确定度。定位误差主要由两种情况引起,第一种是使用钢卷尺测量电场探头几何中心高度,此高度误差限可控制在5mm以内;第二种是探头角度定位误差,该项误差可以通过测量将其控制在5 以内,根据实验可以得到两种情况引入的最大场强偏差。表C.2 G T EMC e l l内方向性引入的相对不确定度ur e l(c o r r)表频率MH z场强标准值V/m最大场强偏差值V/m相对误差d B包含因子相对标准不确定度d B1 01 9.9 70.7 70.3 2 930.1 9 0C.1.3.9 G T EM C e l l内测试区域阻抗偏离5 0导致的相对不确定度ur e l(i m p e)使用T D R时域反射计同时对精密同轴空气线和G T EMC e l l进行校准,在电场探头校准区域,G T EMC e l l特性阻抗相对于精密同轴空气线的最大偏差为0.4,阻抗最大相对误差为0.0 7d B,相对标准不确定度为0.0 7d B/3=0.0 4 0d B。根据精密同轴空气线的技术指标,其特性阻抗为5 00.1 2,用对数表示的相对误差为2 0l g(1+0.1 2/5 0)=0.0 2 1d B,相对标准不确定度为0.0 2 1d B/3=0.0 1 2d B。小 室 内 测 量 区 域 阻 抗 偏 离5 0 导 致 的 相 对 不 确 定 度ur e l(di m p e)=0.0 42+0.0 1 22=0.0 4 2d B。C.1.3.1 0 温度变化引入的相对不确定度ur e l(t e m p)对场强传递标准进行定期校准,并将温度修正系数输入系统用以修正温度带来的影响。根据经验,环境温度变化引入的相对不确定度ur e l(t e m p)不超过0.0 5d B。C.1.3.1 1 功率测量(在G T EM C e l l内)引入的相对不确定度ur e l(p o w e r)功率测量的相对标准不确定度ur e l(p o w e r)是由功率测量频率响应相对标准不确定度ur e l(Pf)、功率测量线性相对标准不确定度ur e l(Pl)以及功率探头与双定向耦合器间阻抗失配的相对标准不确定度ur e l(M)这3个分量的合成。功率测量频率响应相对标准不确定度ur e l(Pf)和功率测量线性相对标准不确定度ur e l(Pl)均来自校准证书,正态分布,包含概率为9 5.4 5%时,包含因子为2,则得ur e l(Pf)=0.0 4 4d B/2=0.0 2 2d B,ur e l(Pl)=0.0 2 6d B/2=0.0 1 3d B 阻抗失配引起的相对不确定度ur e l(M)分两项,第一项是G T EM C e l l与双定向耦合器功率输出端口J 2之间的阻抗失配,第二项是功率探头与双定向耦合器前向功率监测端口J 3间的阻抗失配。双定向耦合器与G T EM C e l l间的失配相对不确定度为:ur e l(MT EM)=2 0 l g(1ls)2=0.0 5 6d B 双定向耦合器正向功率监测端口J 3与功率探头间的失配相对不确定度为:ur e l(MJ 2)=2 0 l g(1ls)2=0.2 1 0d B41J J F1 8 8 62 0 2 0 其中s为源反射系数;l为负载反射系数。失配的相对不确定度为:ur e l(M)=u2r e l(MT EM)+u2r e l(MJ 2)=0.2 1 7d B 则功率测量的相对不确定度为:ur e l(p o w e r)=u2r e l(Pf)+u2r e l(Pl)+u2r e l(M)=0.2 1 9d BC.1.3.1 2 测量重复性引入的相对不确定度ur e l(R e p)利用同一个电场探头在1 0MH z,2 0V/m左右标准场强下重复测量1 0次,得到平均场强值为2 4.0V/m,测量重复性引入的不确定度u(R e p)=0.7 6 0V/m,相对不确定度ur e l(R e p)=0.2 7 1d B。C.1.4 相对合成标准不确定度电场强度G T EM C e l l法相对不确定度分量汇总表如表C.3所示。表C.3 电场强度G T EMC e l l法的相对不确定度汇总表(频率:1 0MH z)不确定度来源值d B分布包含因子灵敏系数ci标准不确定度分量d BT EM C e l l阻抗特性0均匀1.7 3 20.50功率测量(在T EM C e l l内)0.0 3 3正态10.50.0 1 7衰减(在T EM C e l l内)0.0 1 5正态10.50.0 7 4T EM C e l l芯板与顶板间距0.0 0 05正态1-10.0 0 1T EM C e l l端口反射0.0 1 48均匀1.7 3 2-10.0 0 9场强传递标准0.1 1 6正态110.1 1 6G T EM C e l l测试区域场强不均匀0.4 6 3均匀1.7 3 2 0.2 6 7G T EM C e l l方向性影响0.3 2 9均匀1.7 3 2 0.1 9 0G T EM C e l l内 测 试区域阻抗偏离同轴空气线特性阻抗引入0.0 7 0均匀1.7 3 2 0.0 4 0G T EM C e l l特 性 阻抗最大偏差0.0 2 1均匀1.7 3 2 0.0 1 2温度变化0.0 5 0正态1 0.0 5 0功率测量(在G T EM C e l l内)0.2 1 9正态1 0.2 1 9测量重复性0.2 7 1正态1 0.2 7 1 以上各项标准不确定度分量互不相关,相对合成标准不确定度为:uc r e l(E)0.5d B51J J F1 8 8 62 0 2 0C.1.5 扩展不确定度取包含因子k=2,相对扩展不确定度为:Ur e l=kuc r e l(E)=1.0d B(k=2)C.2 电场强度微波暗室法不确定度评定C.2.1 测量模型如果利用定向耦合器计算馈入到发射天线的净功率的连接如图C.1所示,则馈入到喇叭天线的净功率可以用式(C.4)计算:Pn e t=PrC0M31S3 1S2 1M2(C.4)式中:Pr 功率计探头示值;C0 功率探头示值线性的修正因子;S3 1 定向耦合器的耦合系数;S2 1 定向耦合器输出端2和输入端1间的插入损耗;M3和M2 端口3和端口2的失配因子,可以用式(C.5)计算:M=11-LG2(C.5)其中,L为负载反射系数;G为源反射系数。图C.1 定向耦合器与喇叭天线连接示意图 依据校准原理,微波暗室法测量电场强度的测量模型如式(C.6):E=g4 d2PrC0M31S3 1S2 1M2(C.6)式中:E 参考点的电场强度,V/m;自由空间的波阻抗,3 7 7;g 参考点处发射天线的增益;d 从发射天线到参考点的距离,m;Pr 功率计探头示值,W;C0 功率探头示值线性的修正因子;M3 定向耦合器端口3的失配因子;S3 1 定向耦合器的耦合系数;S2 1 定向耦合器的插入损耗;M2 定向耦合器端口2的失配因子。61J J F1 8 8 62 0 2 0C.2.2 不确定度来源及相对合成不确定度计算公式依据式(C.6)分析,引入的不确定度分量来源包括:1)标准增益喇叭天线增益测量引入的相对不确定度ur e l(g);2)发射天线口面到参考点的距离引入的相对不确定度ur e l(d);3)功率计示值引入的相对不确定度ur e l(Pr);4)功率探头线性引入的相对不确定度ur e l(C0);5)定向耦合器耦合端口连接处的失配引入的相对不确定度ur e l(M3);6)定向耦合器耦合系数校准引入的相对不确定度ur e l(S3 1);7)定向耦合器插入损耗校准引入的相对不确定度ur e l(S2 1);8)定向耦合器输出端口连接处的失配引入的相对不确定度ur e l(M2);经分析,上述各分量之间彼此不相关,采用相对标准不确定度合成方法得:u2c r e l(E)=0.52u2r e l(g)+(-1)2u2r e l(d)+0.52u2r e l(Pr)+0.52u2r e l(C0)+0.52u2r e l(M3)+(-0.5)2u2r e l(S3 1)+0.52u2r e l(S2 1)+0.52u2r e l(M2)(C.7)由于在测量过程中一些其他非理想因素的影响,引用的不确定度分量包括:9)间距测量引入的相对不确定度ur e l(S p a c);1 0)对准测量引入的相对不确定度ur e l(A l i g);1 1)残余地面反射引入的相对不确定度ur e l(R e f);1 2)同轴电缆发热引入的相对不确定度ur e l(T h e r m);1 3)同轴电缆绕曲引入的相对不确定度ur e l(F l e x);1 4)多路径反射引入的相对不确定度ur e l(S V SWR);1 5)探头固定设备引入的相对不确定度ur e l(M a s t e r);1 6)测量重复性引入的相对不确定度ur e l(R e p)。C.2.3 不确定度计算以1.8GH z频率点,2 0V/m左右场强值为例进行不确定度评定计算。C.2.3.1 标准增益喇叭天线增益测量引入的相对不确定度ur e l(g)在1.8GH z频点,标准增益喇叭天线增益测量的扩展不确定度为0.5 0d B(k=2),得ur e l(g)=0.5 0d B/2=0.2 5d BC.2.3.2 发射天线口面到参考点的距离引入的相对不确定度ur e l(d)使用激光测距仪测量天线口面到探头中心的距离,校准证书给出,校准系数为-1.0 0mm,校准系数的扩展不确定度为0.3mm(k=2)。考虑到实际使用时,无法精准定位电场探头几何中心,估计距离测量值的误差限为1c m,服从均匀分布,则1.8GH z距离测量的最大允许误差为2 0 l g(11/1 6 0)=0.0 5 4d B,服从均匀分布,则ur e l(d)=0.0 5 4d B3=0.0 3 14d B。C.2.3.3 功率计示值引入的相对不确定度ur e l(Pr)1.8GH z功率探头校准因子测量扩展不确定度为0.0 8 8d B(k=2),则71J J F1 8 8 62 0 2 0ur e l(Pr)=0.0 8 8d B/2=0.0 4 4d BC.2.3.4 功率探头线性引入的相对不确定度ur e l(C0)1.8GH z功率探头线性测量扩展不确定度为0.0 2 5d B(k=2),则ur e l(C0)=0.0 2 5d B/2=0.0 1 25d B