2024年2月23日发(作者：修嘉懿)

N5531S TRFL 测量不确定度计算方法

顾宏亮

Agilent电子测量仪器集团

一． TRFL 测量说明

TRFL 全称是调谐电平。可以通过TRFL测量信号源的电平准确度，或者测量步进衰减器。

信号源电平准确度: 通常指的是信号源的输出从大电平往小电平变化，测量这个过程中的每个功率点。通常可以从该信号源的最大输出功率开始，然后以10dB步进，一直测到-110dBm。例如可以进行如下的测试.

+10dBm,+0dBm,-10dBm,-20dBm,-30dBm,-40dBm,-50dBm,-60dBm,-70dBm,-80dBm,-90dBm,-100dBm,-110dBm.

衰减器衰减:通常用来测量手动步进衰减器，或者电子步进衰减器。一般从最小衰减量开始一直测试到该衰减器的最大衰减量。

例如 从0dB,10dB,20dB,30dB,40dB,50dB,60dB,70dB,80dB,90dB,100dB,110dB.

二． TRFL 测量过程

三．

下面以信号源为实例 说明调谐电平的测量过程。

图1. 调谐电平测量 连接框图

注意: 必须要将PSA的10MHz Switch out 输出连接到信号源的10MHz Ref In. 并且在PSA的

[System] – [Reference] – 10MHz Out 先打开。这样能够确保PSA 和 信号源时钟同步

首先将信号源输出在一定频率上，并且是大电平输出(一般为+10dBm 或者该信号源的最大电平输出)。此时直接在Measure菜单中直接选择TRFL,并在Freq中设置为信号源的输出频率。等待片刻后，PSA会显示读数。第一个读数的结果来自于功率计的结果(功率计在该功率段范围内精度最高), 并且PSA同时也会读取数据，功率计的数据与频谱仪的读数差值作为校准因子1.

在信号电平下降的过程中，调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1.(在仪表屏幕上看到的就是最终的结果)

当信号电平到达range 2的切换点时,PSA 首先会在Range 1读取数据，然后切换到Range

2 再次读取数据。将Range 1的读数 与 Range 2 的读数差值作为校准因子2. 调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1 + 校准因子2

当信号电平到达range 3的切换点时,PSA 首先会在Range 2读取数据，然后切换到Range

3 再次读取数据。将Range 2的读数 与 Range 3 的读数差值作为校准因子2. 调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1 + 校准因子2 + 校准因子3。

不同Range的区别 在于频谱仪的输入衰减器 以及 前置放大器的设置。

图2. N5531S 测量调谐电平过程

表1. 1GHz 调谐电平测量说明

信号源输出

Range

PSA输入衰减器 前置放大器 实际结果来源

Range 1起始点: 校准因子1=功率计读数 – PSA 读数

+10dBm

+0 dBm

-10dBm

-20dBm

-30dBm

-40dBm

-50dBm

-60dBm

1

1

1

1

1

1

1

1

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

Range 2 切换点: 校准因子2= PSA Range 1读数 – PSA Range 2 读数

-70dBm

-80dBm

-90dBm

2

2

2

10dB

10dB

10dB

OFF

OFF

OFF

PSA 读数 + 校准因子1,2

PSA 读数 + 校准因子1,2

PSA 读数 + 校准因子1,2

Range 3 切换点: 校准因子3= PSA Range 2读数 – PSA Range 3 读数

-100dBm

-110dBm

-120dBm

3

3

3

4dB

4dB

4dB

ON

ON

ON

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

注意: 不同频率的切换点也有所不同，这个主要取决于信噪比。

四． TRFL 不确定度计算

TRFL测量不确定度可以分为相对测量不确定度以及绝对测量不确定度。

绝对电平测量不确定度主要包括为:功率计的测量不确定度，PSA 线性度，以及由于信噪比恶化带来的不确定度。

绝对电平测量不确定度

测量电平

起始点电平

起始点电平 到 门限电平

门限电平 到 最小可测电平

不确定度

功率计不确定度

功率计不确定度 + 0.005 每10dB步进

累积不确定度 + 0.0012 * (测量电平 – 门限电平)

2注:门限电平=最小可测电平+30dB

最小可测电平: 需要查N5531S Datasheet 中的Minimum Power 一栏 (P13)

累积不确定度:指从起始点到门限电平值的总的不确定度。其中起始点到门限电平的每10dB步进使用不小于[(起始点-门限电平)/10]的最小整数。

绝对电平测量不确定度举例说明 :

使用E4440A(包含选件110 全频段放大器), 探头为N5532A/B OPT 504,测量使用75Hz带宽。

测量信号为1GHz 测量电平从+10dBm 到 -120dBm

通过查找N5531S Datasheet 可知 1GHz 最小可测电平为 -133dBm(如果你的PSA没有前置放大器选件，那么此时最小可测为-117dBm。如果你的PSA选件为1DS，那么此时最小可测为-134dBm)

图3. 最小功率指标

因为最小可测电平为-133dBm,那么门限电平=-133dBm+30dB=-103dBm。

起始点的精度来源于功率计，因此需要查功率计的精度表格，如下所示。

图4. 功率计测量精度

表2. 绝对电平准确度测量不确定度举例

电平

+10 dBm

+0 dBm

-10 dBm

-20 dBm

-30 dBm

-40 dBm

-50 dBm

-60 dBm

-70 dBm

-80 dBm

-90 dBm

-100 dBm

-110 dBm

测量不确定度

±0.190

±0.195=0.190 + 0.005

±0.200=0.190 + 0.005*2

±0.205=0.190 + 0.005*3

±0.210=0.190 + 0.005*4

±0.215=0.190 + 0.005*5

±0.220=0.190 + 0.005*6

±0.225=0.190 + 0.005*7

±0.230=0.190 + 0.005*7

±0.235=0.190 + 0.005*7

±0.240=0.190 + 0.005*7

±0.245=0.190 + 0.005*7

±0.309 =0.190 + 0.005* [(10+103)/10] + 0.0012 *(-110+103)=0.190 + 0.005*[11.3] + 0.0012 * 49

=0.190 + 0.005*12 + 0.0588

2

*[]表示求不小于该数的最小整数

-120 dBm

±0.597 =0.190 + 0.005* [(10+103)/10] + 0.0012 *(-120+103)=0.190 + 0.005*[11.3] + 0.0012 * 289

=0.190 + 0.005*12 + 0.3468

2

*[]表示求不小于该数的最小整数

相对电平测量不确定度

相对电平测量不确定度主要包括为:PSA相对电平测量线性度，Range切换的不确定度，以及由于信噪比恶化带来的不确定度。

衰减量

起始点衰减量

起始点衰减量 到 Range2切换点

Range2切换点 到 Range 3切换点

Range3切换点 到 门限电平

不确定度

0

0.015 + 0.005 每10dB 步进

0.015 + 0.005 每10dB 步进 + Range2切换不确定度

0.015 + 0.005 每10dB 步进 + Range2切换不确定度 +

Range3切换不确定度

门限电平 到 最小可测衰减量

注:门限电平=最小可测电平+30dB

最小可测电平: 需要查N5531S Datasheet 中的Minimum Power 一栏 (P13)

Range 2切换不确定度: ±0.031

Range 3 切换不确定度:±0.031

累积不确定度:指从起始点到当前衰减值的总的不确定度

相对电平测量不确定度举例说明 :

累积不确定度 + 0.0012*(测量电平 – 门限电平)

2使用E4440A(包含选件1DS 全频段放大器), 探头为N5532A/B OPT 504,测量使用10Hz带宽。

测量信号为1GHz 测量电平为+ 0dBm

测量衰减器为 110dB 步进衰减器

通常在这种情况下，不需要连接探头(N5532A/B),直接使用两个3dB 衰减器连接被测件两端，如下图所示。

图5. 步进衰减器计量框图

通过查找N5531S Datasheet 可知 1GHz 最小可测电平为 -140dBm。因此门限电平为

-110dBm。

表3. 绝对电平准确度测量不确定度举例

衰减量

0 dB

10 dB

20 dB

30 dB

40 dB

50 dB

60 dB

70dB

80 dB

90 dB

100 dB

110 dB

实际功率

-6 dBm

-16 dBm

-26 dBm

-36 dBm

-46 dBm

-56 dBm

-66 dBm

-76 dBm

-86 dBm

-96 dBm

-106 dBm

-116 dBm

Range

1

1

1

1

1

1

2

2

3

3

3

3

测量不确定度

0

±0.02=0.015+0.005*1

±0.025=0.015+0.005*2

±0.030=0.015+0.005*3

±0.035=0.015+0.005*4

±0.040=0.015+0.005*5

±0.076=0.015+0.005*6 + 0.031

±0.081=0.015+0.005*7 + 0.031

±0.117=0.015+ 0.005*8 + 0.031 + 0.031

±0.122=0.015 + 0.005*9 + 0.031 + 0.031

±0.127=0.015 + 0.005*10+ 0.031 + 0.031

±0.175= 0.015+ 0.005*11+ 0.031 +0.031 + 0.0012*[ (-116 +110)] =0.132 + 0.0432

= 0.1752

2

五． TRFL 不确定度计算软件

此计算软件基于Excel中的VBA功能，请确保你的Excel中已经启用宏的功能。

第一页为指标填写，根据N5531S 技术指标填入。

图6. TRFL 不确定度计算 技术指标

第二页为绝对电平准确度 不确定度计算功能。

图7. TRFL 不确定度计算 绝对电平准确度

1:选择对应的仪表以及选件，探头信息

○2: 输入需要计算的各个功率值，必须从大到小填写

○3: 输入需要计算的频率

○全部输完后 点击 计算不确定度即可。

第三页为相对电平准确度不确定度计算功能

请必须按照下图连接测试

图8. TRFL 不确定度计算 相对电平准确度

1:选择对应的仪表以及选件，探头信息

○2: 输入需要计算的各个功率值，必须从大到小填写

○3: 输入需要计算的频率

○4: 根据仪表的显示 输入Range的切换点功率值。

○全部输完后 点击 计算不确定度即可。

参考文献

1. Agilent Technologies “Agilent N5531S Measuring Receiver Datasheet”, 5989-9217EN, April

2010.

2. Agilent Technologies “Accurate Absolute and Relative Power Measurements Using the Agilent

N5531S Measuring Receiver System”, 5989-8161EN,Aprile 2008

2024年2月23日发(作者：修嘉懿)

N5531S TRFL 测量不确定度计算方法

顾宏亮

Agilent电子测量仪器集团

一． TRFL 测量说明

TRFL 全称是调谐电平。可以通过TRFL测量信号源的电平准确度，或者测量步进衰减器。

信号源电平准确度: 通常指的是信号源的输出从大电平往小电平变化，测量这个过程中的每个功率点。通常可以从该信号源的最大输出功率开始，然后以10dB步进，一直测到-110dBm。例如可以进行如下的测试.

+10dBm,+0dBm,-10dBm,-20dBm,-30dBm,-40dBm,-50dBm,-60dBm,-70dBm,-80dBm,-90dBm,-100dBm,-110dBm.

衰减器衰减:通常用来测量手动步进衰减器，或者电子步进衰减器。一般从最小衰减量开始一直测试到该衰减器的最大衰减量。

例如 从0dB,10dB,20dB,30dB,40dB,50dB,60dB,70dB,80dB,90dB,100dB,110dB.

二． TRFL 测量过程

三．

下面以信号源为实例 说明调谐电平的测量过程。

图1. 调谐电平测量 连接框图

注意: 必须要将PSA的10MHz Switch out 输出连接到信号源的10MHz Ref In. 并且在PSA的

[System] – [Reference] – 10MHz Out 先打开。这样能够确保PSA 和 信号源时钟同步

首先将信号源输出在一定频率上，并且是大电平输出(一般为+10dBm 或者该信号源的最大电平输出)。此时直接在Measure菜单中直接选择TRFL,并在Freq中设置为信号源的输出频率。等待片刻后，PSA会显示读数。第一个读数的结果来自于功率计的结果(功率计在该功率段范围内精度最高), 并且PSA同时也会读取数据，功率计的数据与频谱仪的读数差值作为校准因子1.

在信号电平下降的过程中，调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1.(在仪表屏幕上看到的就是最终的结果)

当信号电平到达range 2的切换点时,PSA 首先会在Range 1读取数据，然后切换到Range

2 再次读取数据。将Range 1的读数 与 Range 2 的读数差值作为校准因子2. 调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1 + 校准因子2

当信号电平到达range 3的切换点时,PSA 首先会在Range 2读取数据，然后切换到Range

3 再次读取数据。将Range 2的读数 与 Range 3 的读数差值作为校准因子2. 调谐电平的显示读数 = PSA的读数 + 校准因子1 + 校准因子2 + 校准因子3。

不同Range的区别 在于频谱仪的输入衰减器 以及 前置放大器的设置。

图2. N5531S 测量调谐电平过程

表1. 1GHz 调谐电平测量说明

信号源输出

Range

PSA输入衰减器 前置放大器 实际结果来源

Range 1起始点: 校准因子1=功率计读数 – PSA 读数

+10dBm

+0 dBm

-10dBm

-20dBm

-30dBm

-40dBm

-50dBm

-60dBm

1

1

1

1

1

1

1

1

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

30dB

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

PSA 读数 + 校准因子1

Range 2 切换点: 校准因子2= PSA Range 1读数 – PSA Range 2 读数

-70dBm

-80dBm

-90dBm

2

2

2

10dB

10dB

10dB

OFF

OFF

OFF

PSA 读数 + 校准因子1,2

PSA 读数 + 校准因子1,2

PSA 读数 + 校准因子1,2

Range 3 切换点: 校准因子3= PSA Range 2读数 – PSA Range 3 读数

-100dBm

-110dBm

-120dBm

3

3

3

4dB

4dB

4dB

ON

ON

ON

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

PSA 读数 + 校准因子1,2,3

注意: 不同频率的切换点也有所不同，这个主要取决于信噪比。

四． TRFL 不确定度计算

TRFL测量不确定度可以分为相对测量不确定度以及绝对测量不确定度。

绝对电平测量不确定度主要包括为:功率计的测量不确定度，PSA 线性度，以及由于信噪比恶化带来的不确定度。

绝对电平测量不确定度

测量电平

起始点电平

起始点电平 到 门限电平

门限电平 到 最小可测电平

不确定度

功率计不确定度

功率计不确定度 + 0.005 每10dB步进

累积不确定度 + 0.0012 * (测量电平 – 门限电平)

2注:门限电平=最小可测电平+30dB

最小可测电平: 需要查N5531S Datasheet 中的Minimum Power 一栏 (P13)

累积不确定度:指从起始点到门限电平值的总的不确定度。其中起始点到门限电平的每10dB步进使用不小于[(起始点-门限电平)/10]的最小整数。

绝对电平测量不确定度举例说明 :

使用E4440A(包含选件110 全频段放大器), 探头为N5532A/B OPT 504,测量使用75Hz带宽。

测量信号为1GHz 测量电平从+10dBm 到 -120dBm

通过查找N5531S Datasheet 可知 1GHz 最小可测电平为 -133dBm(如果你的PSA没有前置放大器选件，那么此时最小可测为-117dBm。如果你的PSA选件为1DS，那么此时最小可测为-134dBm)

图3. 最小功率指标

因为最小可测电平为-133dBm,那么门限电平=-133dBm+30dB=-103dBm。

起始点的精度来源于功率计，因此需要查功率计的精度表格，如下所示。

图4. 功率计测量精度

表2. 绝对电平准确度测量不确定度举例

电平

+10 dBm

+0 dBm

-10 dBm

-20 dBm

-30 dBm

-40 dBm

-50 dBm

-60 dBm

-70 dBm

-80 dBm

-90 dBm

-100 dBm

-110 dBm

测量不确定度

±0.190

±0.195=0.190 + 0.005

±0.200=0.190 + 0.005*2

±0.205=0.190 + 0.005*3

±0.210=0.190 + 0.005*4

±0.215=0.190 + 0.005*5

±0.220=0.190 + 0.005*6

±0.225=0.190 + 0.005*7

±0.230=0.190 + 0.005*7

±0.235=0.190 + 0.005*7

±0.240=0.190 + 0.005*7

±0.245=0.190 + 0.005*7

±0.309 =0.190 + 0.005* [(10+103)/10] + 0.0012 *(-110+103)=0.190 + 0.005*[11.3] + 0.0012 * 49

=0.190 + 0.005*12 + 0.0588

2

*[]表示求不小于该数的最小整数

-120 dBm

±0.597 =0.190 + 0.005* [(10+103)/10] + 0.0012 *(-120+103)=0.190 + 0.005*[11.3] + 0.0012 * 289

=0.190 + 0.005*12 + 0.3468

2

*[]表示求不小于该数的最小整数

相对电平测量不确定度

相对电平测量不确定度主要包括为:PSA相对电平测量线性度，Range切换的不确定度，以及由于信噪比恶化带来的不确定度。

衰减量

起始点衰减量

起始点衰减量 到 Range2切换点

Range2切换点 到 Range 3切换点

Range3切换点 到 门限电平

不确定度

0

0.015 + 0.005 每10dB 步进

0.015 + 0.005 每10dB 步进 + Range2切换不确定度

0.015 + 0.005 每10dB 步进 + Range2切换不确定度 +

Range3切换不确定度

门限电平 到 最小可测衰减量

注:门限电平=最小可测电平+30dB

最小可测电平: 需要查N5531S Datasheet 中的Minimum Power 一栏 (P13)

Range 2切换不确定度: ±0.031

Range 3 切换不确定度:±0.031

累积不确定度:指从起始点到当前衰减值的总的不确定度

相对电平测量不确定度举例说明 :

累积不确定度 + 0.0012*(测量电平 – 门限电平)

2使用E4440A(包含选件1DS 全频段放大器), 探头为N5532A/B OPT 504,测量使用10Hz带宽。

测量信号为1GHz 测量电平为+ 0dBm

测量衰减器为 110dB 步进衰减器

通常在这种情况下，不需要连接探头(N5532A/B),直接使用两个3dB 衰减器连接被测件两端，如下图所示。

图5. 步进衰减器计量框图

通过查找N5531S Datasheet 可知 1GHz 最小可测电平为 -140dBm。因此门限电平为

-110dBm。

表3. 绝对电平准确度测量不确定度举例

衰减量

0 dB

10 dB

20 dB

30 dB

40 dB

50 dB

60 dB

70dB

80 dB

90 dB

100 dB

110 dB

实际功率

-6 dBm

-16 dBm

-26 dBm

-36 dBm

-46 dBm

-56 dBm

-66 dBm

-76 dBm

-86 dBm

-96 dBm

-106 dBm

-116 dBm

Range

1

1

1

1

1

1

2

2

3

3

3

3

测量不确定度

0

±0.02=0.015+0.005*1

±0.025=0.015+0.005*2

±0.030=0.015+0.005*3

±0.035=0.015+0.005*4

±0.040=0.015+0.005*5

±0.076=0.015+0.005*6 + 0.031

±0.081=0.015+0.005*7 + 0.031

±0.117=0.015+ 0.005*8 + 0.031 + 0.031

±0.122=0.015 + 0.005*9 + 0.031 + 0.031

±0.127=0.015 + 0.005*10+ 0.031 + 0.031

±0.175= 0.015+ 0.005*11+ 0.031 +0.031 + 0.0012*[ (-116 +110)] =0.132 + 0.0432

= 0.1752

2

五． TRFL 不确定度计算软件

此计算软件基于Excel中的VBA功能，请确保你的Excel中已经启用宏的功能。

第一页为指标填写，根据N5531S 技术指标填入。

图6. TRFL 不确定度计算 技术指标

第二页为绝对电平准确度 不确定度计算功能。

图7. TRFL 不确定度计算 绝对电平准确度

1:选择对应的仪表以及选件，探头信息

○2: 输入需要计算的各个功率值，必须从大到小填写

○3: 输入需要计算的频率

○全部输完后 点击 计算不确定度即可。

第三页为相对电平准确度不确定度计算功能

请必须按照下图连接测试

图8. TRFL 不确定度计算 相对电平准确度

1:选择对应的仪表以及选件，探头信息

○2: 输入需要计算的各个功率值，必须从大到小填写

○3: 输入需要计算的频率

○4: 根据仪表的显示 输入Range的切换点功率值。

○全部输完后 点击 计算不确定度即可。

参考文献

1. Agilent Technologies “Agilent N5531S Measuring Receiver Datasheet”, 5989-9217EN, April

2010.

2. Agilent Technologies “Accurate Absolute and Relative Power Measurements Using the Agilent

N5531S Measuring Receiver System”, 5989-8161EN,Aprile 2008