矢量网络分析仪的不确定度分析方法
【专利摘要】本发明公开了矢量网络分析仪的不确定度分析方法。本方法在12项经典误差模型的基础上，引入随机误差导致的不确定度和系统噪声，建立矢量网络分析仪的不确定度分析模型；根据12项经典误差模型的推导，提取单项误差；通过不确定度分析模型推导出不确定度算法公式并计算，得到矢量网络分析仪的测量不确定度；将矢量网络分析仪的不确定度分析模型、及算法公式利用C#编程形成矢量网络分析仪的不确定度分析平台，得到矢量网络分析仪的测量不确定度曲线。矢量网络分析仪的不确定度分析方法，非常全面的提取出各单项测量误差，通过算法公式拟合出最终的测量误差，全面且精确的评估矢量网络分析仪的测量精度。
【专利说明】矢量网络分析仪的不确定度分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矢量网络分析仪的不确定度分析方法。
【背景技术】
[0002] 目前，矢量网络分析仪的硬件水平已经不再是制约测量精度的最主要因素，校准 技术可以消除大部分由硬件引起的测量误差，此时的研究主要集中在校准算法、非线性测 量、差分器件测量、测量不确定度评定等方面。其中，测量不确定度作为评价测量结果质量 的重要手段受到了人们越来越多的关注，已逐渐成为微波系统设计、应用和验收的重要指 标。现有技术只能通过校准后剩余误差中的某一单项来评估矢量网络分析仪的测量精度， 而接收机基底噪声、接头的重复性与线缆的稳定性、信号源和接收机的不稳定性、接收机压 缩等误差引起的测量精度却一直无法分析。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种矢量网络分析仪的不确定度分析方 法。本方法以12项系统误差模型为矢量网络分析仪的不确定度分析模型。
[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] 矢量网络分析仪的不确定度分析方法，采用如下步骤：
[0006] (1)在12项经典误差模型的基础上，引入随机误差导致的不确定度和系统噪声， 建立矢量网络分析仪的不确定度分析模型；
[0007] (2)根据12项经典误差模型的推导，提取单项误差；
[0008] (3)通过不确定度分析模型推导出不确定度算法公式，并计算得到矢量网络分析 仪的测量不确定度；
[0009] (4)将矢量网络分析仪的不确定度分析模型、及算法公式利用C#编程形成矢量网 络分析仪的不确定度分析平台，得到矢量网络分析仪的测量不确定度曲线。
[0010] 所述步骤（1)中所述12项经典误差包括方向性误差eDi、校准后剩余方向性误差 EDi、串话误差eXi、校准后剩余串话误差EXi、等效源失配误差e Si、校准后剩余等效源失配误差 ESi、反射跟踪误差eKi、校准后剩余反射跟踪误差EKi、传输跟踪误差e Ti、校准后剩余传输跟踪 误差ETi、等效负载失配误差eu、校准后剩余等效负载失配误差E u，其中i = 1或2,1对应 前向激励所产生的误差，2对应后向激励所产生的误差。
[0011] 所述步骤（1)中引入随机误差导致的不确定度和系统噪声为由电缆不理想引起 的传输幅值的漂移误差SCTj、由电缆不理想引起的反射幅值的漂移误差δ 、由电缆不理 想引起的相位误差S %、由接头重复性引起的传输幅值的误差δ κ"、由接头重复性引起的 反射幅值的误差系统整体温漂误差δ s"、信号源的不稳定度δ sw、接收机不稳定度 S 、本底噪声NR#其中i = 1或2,对应矢量网络分析仪的两个端口。
[0012] 所述步骤（2)中提取单项误差，根据被测件反射系数真值为Γ\，反射系数测量值 为ΓΜ计算未知的方向性误差eDi、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差e Ki，根据已知参数 标称值和计算得到的方向性误差eDi、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差eKi，通过校准后 三次测量计算得到校准后剩余方向性误差EDi、校准后剩余等效源失配误差ESi、及校准后剩 余反射跟踪误差E Ki。
[0013] 所述步骤（3)中计算得到矢量网络分析仪的测量不确定度，先提取反射信号不确 定模型和传输信号不确定模型，再通过流图化简的方法，将前向激励和后向激励的不确定 度误差模型合并，计算得到矢量网络分析仪的测量不确定度。
[0014] 所述步骤（4)中矢量网络分析仪的不确定度分析平台包括用户界面部分、数据分 析及处理部分、及图形界面显示部分。
[0015] 本发明的有益技术效果：
[0016] 矢量网络分析仪的不确定度分析方法，非常全面的提取出各单项测量误差，通过 算法公式拟合出最终的测量误差，全面且精确的评估矢量网络分析仪的测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为12项经典误差模型示意图。
[0018] 图2为提取单项误差的模型示意图。
[0019] 图3为根据图2得到的单项误差模型示意图。
[0020] 图4为矢量网络分析仪的前向激励不确定度分析模型示意图。
[0021] 图5为矢量网络分析仪的后向激励不确定度分析模型示意图。
[0022] 图6为简化不确定度误差模型示意图。
[0023] 图7为矢量网络分析仪的测量传输幅度不确定度曲线示意图。
[0024] 图8为矢量网络分析仪的测量传输相位不确定度曲线示意图。
【具体实施方式】
[0025] 结合附图1至8对本发明的【具体实施方式】做进一步说明：
[0026] 矢量网络分析仪的不确定度分析方法，采用如下步骤：
[0027] (1)在12项经典误差模型的基础上，引入随机误差导致的不确定度和系统噪声， 建立矢量网络分析仪的不确定度分析模型；
[0028] (2)根据12项经典误差模型的推导，提取单项误差；
[0029] (3)通过不确定度分析模型推导出不确定度算法公式，并计算得到矢量网络分析 仪的测量不确定度；
[0030] (4)将矢量网络分析仪的不确定度分析模型、及算法公式利用C#编程形成矢量网 络分析仪的不确定度分析平台，得到矢量网络分析仪的测量不确定度曲线。
[0031] 所述步骤（1)中所述12项经典误差包括方向性误差eDi、校准后剩余方向性误差 EDi、串话误差eXi、校准后剩余串话误差EXi、等效源失配误差e Si、校准后剩余等效源失配误差 ESi、反射跟踪误差eKi、校准后剩余反射跟踪误差EKi、传输跟踪误差e Ti、校准后剩余传输跟踪 误差ETi、等效负载失配误差eu、校准后剩余等效负载失配误差E u，其中i = 1或2,1对应 前向激励所产生的误差，2对应后向激励所产生的误差。
[0032] 所述步骤（1)中引入随机误差导致的不确定度和系统噪声为由电缆不理想引起 的传输幅值的漂移误差S CTj、由电缆不理想引起的反射幅值的漂移误差δ 、由电缆不理 想引起的相位误差s %、由接头重复性引起的传输幅值的误差δ m、由接头重复性引起的 反射幅值的误差系统整体温漂误差δ STp信号源的不稳定度δ sw、接收机不稳定度 S 、本底噪声NR#其中i = 1或2,对应矢量网络分析仪的两个端口。
[0033] 所述步骤⑵中提取单项误差，根据被测件反射系数真值为Γ\，反射系数测量值 为ΓΜ计算未知的方向性误差e Di、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差eKi，根据已知参数 标称值和计算得到的方向性误差e Di、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差eKi，通过校准后 三次测量计算得到校准后剩余方向性误差E Di、校准后剩余等效源失配误差ESi、及校准后剩 余反射跟踪误差EKi。
[0034] 首先由12项误差模型中提取出反射系数的误差模型，假设被测件反射系数真值 为Γ\，反射系数测量值为Γ Μ。首先由12项误差模型中提取出反射系数的误差模型，如图 2所示。
[0035] 测量的反射系数ΓΜ:
[0036]
【权利要求】
1. 矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，采用如下步骤： (1) 在12项经典误差模型的基础上，引入随机误差导致的不确定度和系统噪声，建立 矢量网络分析仪的不确定度分析模型； (2) 根据12项经典误差模型的推导，提取单项误差； (3) 通过不确定度分析模型推导出不确定度算法公式，并计算得到矢量网络分析仪的 测量不确定度； (4) 将矢量网络分析仪的不确定度分析模型、及算法公式利用C#编程形成矢量网络分 析仪的不确定度分析平台，得到矢量网络分析仪的测量不确定度曲线。
2. 根据权利要求1所述的矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，所述步 骤（1)中所述12项经典误差包括方向性误差e Di、校准后剩余方向性误差EDi、串话误差eXi、 校准后剩余串话误差E Xi、等效源失配误差eSi、校准后剩余等效源失配误差ESi、反射跟踪误 差e Ki、校准后剩余反射跟踪误差EKi、传输跟踪误差eTi、校准后剩余传输跟踪误差E Ti、等效 负载失配误差eu、校准后剩余等效负载失配误差Eu，其中i = 1或2,1对应前向激励所产 生的误差，2对应后向激励所产生的误差。
3. 根据权利要求2所述的矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，所述 步骤（1)中引入随机误差导致的不确定度和系统噪声为由电缆不理想引起的传输幅值的 漂移误差S CTj、由电缆不理想引起的反射幅值的漂移误差δ 、由电缆不理想引起的相位 误差由接头重复性引起的传输幅值的误差δ κ"、由接头重复性引起的反射幅值的误 差系统整体温漂误差δ 、信号源的不稳定度δ sw、接收机不稳定度δ _、本底噪声 NR。」，其中i = 1或2,对应矢量网络分析仪的两个端口。
4. 根据权利要求3所述的矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，所述步 骤（2)中提取单项误差，根据被测件反射系数真值为Γ\，反射系数测量值为Γ Μ计算未知 的方向性误差eDi、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差e Ki，根据已知参数标称值和计算得 到的方向性误差eDi、等效源失配误差eSi、及反射跟踪误差e Ki，通过校准后三次测量计算得 到校准后剩余方向性误差EDi、校准后剩余等效源失配误差E Si、及校准后剩余反射跟踪误差 ERi 〇
5. 根据权利要求4所述的矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，所述步 骤（3)中计算得到矢量网络分析仪的测量不确定度，先提取反射信号不确定模型和传输信 号不确定模型，再通过流图化简的方法，将前向激励和后向激励的不确定度误差模型合并， 计算得到矢量网络分析仪的测量不确定度。
6. 根据权利要求5所述的矢量网络分析仪的不确定度分析方法，其特征在于，所述步 骤（4)中矢量网络分析仪的不确定度分析平台包括用户界面部分、数据分析及处理部分、 及图形界面显示部分。
【文档编号】G01R35/00GK104297711SQ201410562925
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】刘敬坤, 赵永久, 张海洋, 王敏, 孙朋德, 马世敏 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所