【技术科普】| 信号源计量中的功率电平不确定度分析-上海信尔立测试设备有限公司

【技术科普】| 信号源计量中的功率电平不确定度分析

影响信号源电平不确定度的因素很多，有外部因素和内部因素，总的来看，信号源计量一般分为两个阶段，第一个阶段是绝对功率测量，这个是来定义参考功率大小的标准，在绝对功率测量中，最为准确的设备为功率计，为了减小误差，一般绝对功率计量中使用的信号电平比较大，通常在功率计最佳工作范围内，这样带来的测量不确定度也会相应的减小。在绝对功率测量后，之后就是相对功率测量，相对功率测量一般用高线性度的专业测量接收机来测试，所以总观测量不确定度可分为绝对测量不确定度和相对不确定度两个方面。

绝对功率测量带来的不确定度

功率电平计量一般分为绝对功率电平计量和相对功率电平计量两个阶段，这里绝对功率测量是指用功率计做绝对功率测量，这也是行业内最常用的计量方式。影响绝对电平测量不确定度的因素包括：噪声功率，零点漂移，零点偏移，校准不确定度，线性度，失配性能。

功率计的噪声功率

功率计的噪声功率是影响测试结果的一个重要指标，噪声在测试小信号的时候要考虑进去，而测试大信号带来的不确定度可以忽略，通常，在信号功率小于-30dBm时候，这个因素就要考虑进去。

例1, 测试信号大小为-40nW(-44dBm), 通过手册得知功率计的噪声功率为110pW。根据附录表格A可以查询对应的校正系数1.4。通过附录表格B得到平均次数加权值4, 不确定度公式:

功率计的零点漂移

零点漂移是指当没有信号输入时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，工作状态发生变化，导致输出结果偏离原固定值而上下漂动的现象。

零点漂移零点漂移在测试小信号的时候要考虑进去，大信号带来的不确定度可以忽略，通常，在信号功率小于-35dBm时候，这个因素就要考虑进去。

例1, 测试信号大小为-40nW(-44dBm), 通过datasheet查询到的Zero drift为230pw. 根据附录表格A可以查询到校正系数为1.4，不确定度公式如下：

功率计的零点偏移

零点偏移是一个固有的偏移量，当没有输入信号的时候，对于一个给定的环境条件，读出的数据会有一个固定的偏移，我们一般称为零点偏移(Zero offset). Zero offset在测试小信号的时候要考虑进去，而测试大信号带来的不确定度可以忽略，通常，在信号功率小于-35dBm时候，这个因素就要考虑进去。

例1, 测试信号大小为-40nW(-44dBm), 通过datasheet查询到的Zero offset为220pw. 根据附录表格A可以查询校正系数1.4。根据不确定度公式：

功率计的校准不确定度

校准误差是指功率计测量值和标准值的差别，这包括对同一个功率不同频率的情况，对功率计而言，很难给出一个理想的准确值，因为源的功率是没有完全给出理想精度的。校准不确定度就是来衡量这些指标的，通常，校准不确定度是在一款功率计出厂时就会给出，譬如datasheet给出的校准不确定度 0.06dB. U_cal=0.03dB

功率计的线性度

线性度描述的是在功率计的测量动态范围内，功率计对功率的相对测量结果的衡量。这包括温度，频率等因素的影响。相对于传统的接收机而言，功率计的线性度会远优于接收机的线性度。但是为了测量的准确度，一般功率计计量时候也会包含线性度的计量，譬如，R&S的功率计计量套件NRPC结合信号源可以计量功率计的线性度，并给出计量结果，进一步可以修正功率计。

通常，功率计的线性度都会在datasheet中给出，譬如datasheet给出的线性度0.02dB. U_ linear=0.01dB

功率计的失配

在所有的不确定因素中，失配带来的不确定度相对来说是占比比较大的，一款好的功率测量设备应该具备有一个好的匹配性能，否则，测量不确定度会相应的上升