CNAS-GL38-2016 无线电领域测量不确定度评估指南与实例

2016年03月31日发布2016年03月31日实施CNAS-GL38无线电领域测量不确定度评估指南及实例GuidanceandIllustrationonEvaluatingtheUncertaintyinRadioField中国合格评定国家认可委员会CNAS-GL38:2016第1页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施前言本指南旨在为无线电校准和检测实验室进行不确定度评估提供指导。本文件是CNAS实验室的指南性文件，只对无线电校准和检测实验室在实施认可准则时提供指引，并不增加对CNAS—CL01:2006《实验室能力认可准则》的要求。文件编号为CNAS-GL38:2016。与GL-07的关系本文件的编制得到了国家无线电监测中心检测中心、中国计量科学研究院、工信部通信计量中心和席德熊研究员的大力协助，在此表示感谢。CNAS-GL38:2016第2页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施目录1目的与范围........................................................41.1目的........................................................41.2适用范围....................................................42引用文件..........................................................43术语、定义和符号..................................................43.1术语和定义..................................................43.2符号........................................................54无线电校准参数不确定度评估实例....................................54.1功率校准....................................................54.2衰减校准...................................................134.3插入损耗校准...............................................194.4脉冲波形参数校准...........................................214.5（1-18）GHz电场探头校准....................................334.6射频电压校准...............................................454.7电阻率校准.................................................514.8高频阻抗校准...............................................524.9频率校准...................................................534.10射频电流校准..............................................544.11天线系数校准..............................................574.12电压驻波比校准............................................655无线电检测参数不确定度评估实例...................................675.1峰值功率测量...............................................675.2功率谱密度测量.............................................725.3邻道功率测量...............................................755.4占用带宽/带外发射/频率范围测量.............................775.5传导杂散发射测量...........................................795.6互调发射测量...............................................845.7频率误差测量...............................................905.8频率偏移测量...............................................925.9相位误差测量...............................................945.10音频失真测量..............................................955.11脉冲宽度测量..............................................97CNAS-GL38:2016第3页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施5.12重复频率测量..............................................985.13上升/下降沿时间测量......................................1005.14接收机灵敏度测量.........................................1015.15比特消息流测量...........................................1036不确定度评估和不确定度报告中存在的问题..........................1066.1误差和测量不确定度区别理解存在的问题......................1066.2有关数学模型存在的问题....................................1076.3有关标准不确定度A类评估存在的问题........................1086.4有关B类评估存在的问题....................................1096.5有关合成标准不确定度存在的问题............................1106.6有关扩展不确定度表示存在的问题............................1116.7CNAS-CL01中5.4.6.2注2条款的理解.........................112附录A（资料性附录）无线电领域相关计算公式.......................114附录B（资料性附录）无线电领域相关单位转换关系...................115附录C（资料性附录）误码率与信噪比依赖关系.......................116附录D（资料性附录）参考文献.....................................117CNAS-GL38:2016第4页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施无线电领域测量不确定度评估指南与实例1目的与范围1.1目的本文件是为无线电领域校准和检测实验室提供测量不确定度的评估指南和实例。1.2适用范围本指南描述了无线电领域校准和检测中测量不确定度评估的术语、定义和缩略语，12个无线电校准参数的不确定度评估实例，15个无线电检测参数的不确定度评估实例以及不确定度评估和不确定度报告中存在的问题。与GL-07的关系本指南适用于无线电领域校准和检测实验室校准和检测中测量不确定度的评估。2引用文件下列文件中的条款通过引用而成为本文件的条款。本文件中的引用不注明日期，提请各相关方注意引用以下文件的最新版本（包括这些文件的修订案）。JJF1001中华人民共和国国家计量技术规范《通用计量术语及定义》JJF1059中华人民共和国国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》CNAS-GL05中国合格评定国家认可委员会《测量不确定度要求的实施指南》3术语、定义和符号3.1术语和定义关于不确定度的术语和定义见JJF1059《测量不确定度评定与表示》，计量学通用名词术语和定义见JJF1001《通用计量术语及定义》CNAS-GL38:2016第5页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施3.2符号为了表征简洁清晰，以下缩略语将在本文中加括号使用。-c：基于已知和测量数据计算得到-d：从测量设备资料中得到-m：测量-r：均匀分布-u：U形分布-p：功率电平值-v：电压电平值-σ：标准偏差4无线电校准参数不确定度评估实例4.1功率校准4.1.1测量原理本测量不确定度分析的频率范围是50MHz～6GHz，功率范围是0dBm～-120dBm。根据射频信号发生器校准规范（JJF）中的测量方法，在功率标称值大于等于-45dBm时，使用功率传感器校准射频信号发生器的输出功率；在功率标称值小于-45dBm时，首先在标称值大于等于-45dBm的某个功率点分别使用功率传感器和频谱分析仪进行校准，然后调整频谱仪的读数偏置，使频谱仪与功率传感器读数相等，然后在此基础上，利用频谱仪较好的线性度，校准标称值低于-45dBm的功率值。测试用设备的主要技术指标如下所示：（1）功率计NRVD+NRV-Z5频率范围：50MHz～6GHz功率范围：-50dBm～0dBm校准因子不确定度：U=2%（k=2）（50MHz～6GHz）线性度：±0.03dB（-50dBm～0dBm）（2）频谱分析仪E4440A线性度：±0.13dB4.1.2数学模型CNAS-GL38:2016第6页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施基于测量原理，首先考虑的是使用功率传感器校准射频信号发生器的输出功率的不确定度。其数学模型如下（4-1）式所示：2211usussPP(4-1)其中uP是指信号源输出功率，即为被校准参量。而sP为测量中功率传感器吸收的功率，u是信号发生器输出端口的反射系数，s是功率传感器的反射系数。如下图4-1所示：射频信号发生器功率传感器uPsPus频谱分析仪图4-1射频功率校准示意图在一般的测量场景下，s远小于1，则进行泰勒级数展开且忽略高阶小量，（4-1）式就可以近似为：21susuPP（4-2）以对数形式表示为：dBdBmPdBmPsusu21lg10（4-3）将（4-3）写成自然对数的形式有：20ln1ln10ususPdBmPdBmdB（4-4）（4-4）式中存在失配误差项M：20ln1ln10usM（4-5）CNAS-GL38:2016第7页共117页2016年03月31日发布2016年03月31日实施在不确定度分析中一般认为M是反正弦分布。考虑反射系数的模值，由于1us，则将（5）式中自然对数项进行泰勒展开有ln1usus，且有208.68ln10，即：8.68usMdB（4-6）考虑到功率测量线性度引入的误差ΔL，则信号发生器的输出功率可由如下公式得到：usPdBmPdBmLMdB（4-7）在低于-45dBm的功率点使用频谱仪测量时，是利用频谱仪的线性度，代替功率计进行低量程的测量，但测量过程是一致的，可使用一致的数学模型进行分析。4.1.3影响