中华人民共和国国家计量技术规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF XXXX-XXXX
白噪声信号发生器
校准规范
Calibration Specification for White Gaussian Noise Generator
（征求意见稿）
201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施国家质量监督检验检疫总局发布
白噪声信号发生器校准规范Array
Calibration Specification for
White Gaussian Noise Generator
归口单位：全国无线电计量技术委员会
主要起草单位：中国航天科工集团二院203所
参加起草单位：中国计量科学研究院
本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人：
李芳（中国航天科工集团二院203所）
陈晋龙（中国航天科工集团二院203所）
孙晓宁（中国航天科工集团二院203所）
参加起草人：
高秋来(中国计量科学研究院)
梁伟军(中国计量科学研究院)
蔡新泉（中国计量科学研究院）
目录
引言 (II)
1范围 (1)
2概述 (1)
3计量特性 (1)
3.1频率范围 (1)
3.2最大输出功率 (1)
3.3平坦度 (1)
3.4衰减 (1)
4校准条件 (1)
4.1校准环境条件 (1)
4.2校准用设备 (2)
5校准项目和校准方法 (3)
5.1校准项目 (3)
5.2外观及工作正常性检查 (3)
5.3最大输出功率 (3)
5.4幅频特性 (4)
5.5平坦度 (5)
5.6衰减 (6)
6校准结果表达 (7)
7复校时间间隔 (8)
附录A 记录格式 (9)
附录B 测量结果不确定度评定 (11)
引言
本规范依据JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》编写，相关术语及测量不确定度评定遵循JJF 1001-2011《通用计量术语及定义》和JJF 1059-2012《测量不确定度评定与表示》两个文件。

本规范主要涉及白噪声信号发生器的最大输出功率、幅频特性、平坦度、衰减的校准。

用功率计和衰减器校准白噪声信号发生器最大输出功率；用频谱分析仪等仪器校准白噪声信号发生器的幅频特性和平坦度；采用功率计或者频谱分析仪校准白噪声信号发生器的衰减。

白噪声信号发生器校准规范
1 范围
本规范规定了频率范围10Hz~40GHz、最大输出功率范围-25dBm~+35dBm，白噪声信号发生器的校准项目、校准条件、校准方法、校准结果表达、复校时间间隔等，适用于新制造、新购进、使用中和修理后的白噪声信号发生器的校准。

2 概述
白噪声信号发生器在测试系统中模拟产生实际的噪声，用于接收机解调门限（Eb/No）、载噪比（C/N）、信噪比（SNR）、误码率（BER）测试，滤波器测试及电磁兼容（EMI）测试。

白噪声信号发生器由噪声源、放大器、滤波网络及衰减器等组成。

3 计量特性
3.1 频率范围
频率范围：10Hz~40GHz；
3.2 最大输出功率
最大输出功率：（-25~+35）dBm；
3.3 平坦度
平坦度：>±0.5dB；
3.4 衰减
衰减功率输出范围：(-65~40)dBm；
衰减功率谱密度：（-125~-20）dBm/Hz
衰减允许误差限：±0.3dB；
4 校准条件
4.1 校准环境条件
环境温度：（23±5）︒C；
相对湿度：≤80%；
供电电源：电压（220±11）V，频率（50±1）Hz；
其它：周围无影响校准正常工作的机械振动和电磁干扰。

4.2 校准用设备
校准所用设备应经过计量技术机构检定合格并在有效期内或经校准符合要求。

校准用主要设备如下： 4.2.1 频谱分析仪
频率范围：3Hz ～43GHz ； 平均噪声电平：<-130dBm ； 最大输入功率：+30dBm 。

4.2.2 功率计
频率范围：DC ～40GHz ； 测量范围：-67dBm ～40dBm ； 功率测量不确定度：0.1dB ； 线性度：<0.1dB 。

4.2.3 固定衰减器
频率范围：DC ～40GHz ； 衰减：≥10dB ；
衰减不确定度：0.04dB~0.1dB ，k =2；
最大平均输入功率：大于被校白噪声信号发生器输出功率3dB 。

注：
1 被校白噪声信号发生器最大输出功率接近或超过测量仪器（功率计或频谱分析仪）最大输入功率时，需在被校白噪声信号发生器和测量仪器之间接入合适的固定衰减器，使输入到测量仪器的功率小于其最大输入功率；
2 测量仪器最大输入功率max P 应比被校白噪声信号发生器最大输出功率out P 大3dB 以上，因此，固定衰减器衰减量out max 3dB A P -P ≥+；
3 固定衰减器不确定度随其衰减量值 A 变化，衰减不确定度取值范围0.04dB~0.1dB ，k =2，通常取 10dB A =， 0.04dB U
A =（）。

4.2.4 微波信号源
频率范围：250kHz ～40GHz ； 频率准确度：7110-⨯；
输出功率范围：(-20～+7) dBm 。

4.2.5 功分器
频率范围：DC ～40GHz ； 驻波比：≤1.4；
幅度不平衡度：<0.3dB 。

5 校准项目和校准方法 5.1 校准项目
5.1.1 外观及工作正常性检查 5.1.2 最大输出功率 5.1.3 幅频特性 5.1.4 平坦度 5.1.5 衰减
5.2 外观及工作正常性检查
用目测法检查被校白噪声信号发生器的外观及附件，应有说明书、原校准或检定证书和全部配套附件；被校白噪声信号发生器的各开关、按键等调节正常，不应有影响电气性能的机械损伤。

被校白噪声信号发生器通电后应正常工作；按其技术说明书规定时间预热，预热后应工作正常；有自检功能的，应能通过自检。

5.3 最大输出功率
a) 选择满足被校白噪声信号发生器最大输出功率校准需求的功率计，完成自校后，按图1连接被校白噪声信号发生器和功率计；
图1 最大输出功率校准框图
b) 若被校白噪声信号发生器有多个频段，设置其中一个为当前测试频段；
c) 置被校白噪声信号发生器的噪声源为开状态，噪声衰减置于0dB ，使输出功率最大； d) 记录此时功率计读数x P 到附录A 表A.1中，按式（1）计算被校白噪声信号发生器最大输出功率，并记录：
max x P P （1）
式中：max P ——被校白噪声信号发生器最大输出功率，dBm ；
x P ——功率计读数，dBm 。

e) 若被校白噪声信号发生器有多个频段，重复步骤b)～c)，完成所有频段的测量。

5.4 幅频特性
a) 按图2连接仪器；
注：如果被校白噪声信号发生器和频谱分析仪不能直接连接时，需考虑测试电缆的频响特性。

此时，测试电缆需连接在功分器之后。

图2 测量系统功率修正值测试框图
b) 频谱分析仪的频率范围设置为被校白噪声信号发生器的频率范围(频率带宽BW)；频谱分析仪设置为功率测量，单位dBm ；依次设置频谱分析仪的平均次数为16、分辨率带宽RBW 优于扫描跨度的1/50且不大于3MHz 、根据扫描跨度设置视频分辨率带宽VBW （通常小于等于300Hz ）、根据被校白噪声信号发生器幅频特性设置合适的参考电平和垂直刻度，使测试曲线居于屏幕中心偏上位置；
c) 按公式（2）计算出功率参考值ref P ，在频谱分析仪扫描跨度内，均匀选择若干频率点，其中需包含频谱分析仪扫描起始和终止频率（如果微波信号源起始频率高于频谱分析仪扫描起始频率，此时，取微波信号源下限频率为扫描起始频率点），频率间隔不超过200MHz ，在各频率点上，改变微波信号源的输出功率，使功率计读数维持在接近ref P 附近某一固定值0P ，将相应频率点及频谱分析仪示值xi P 记录到附录A 表A.2中；
ref max 10lg(
)BW
P P RBW
=- （2） 式中：ref P ——功率参考值，dBm ；
max P ——被校白噪声信号发生器最大输出功率，dBm ；
BW ——被校白噪声信号发生器频率带宽，Hz ； RBW ——频谱分析仪分辨率带宽设置值，Hz 。

d) 按公式（3）计算出测量系统功率修正值ci P ；
xi 0ci -P P P = （3）
式中：ci P —某频率点i f 上测量系统功率修正值，dBm ；
xi P —某频率点i f 上频谱分析仪读数，dBm 。

e) 按图3连接仪器；
图3 幅频特性校准框图
f) 被校白噪声信号发生器的噪声源置于开状态，噪声衰减置于0dB ，使输出功率最大； g) 待频谱分析仪扫描结束后，读取频谱分析仪读数xi P ，记录到附录A 表A.3中，按式（4）计算被校白噪声信号发生器幅频特性，将此被校白噪声信号发生器带内幅频特性曲线附在附录A 图A.1处；
ci xi i -P P P = （4）
式中：i P —某频率点i f 上被校白噪声信号发生器的输出功率测量值，dBm ；
xi P —某频率点i f 上频谱分析仪读数，dBm ；
ci P —某频率点i f 上测量系统功率修正值（在附录A 表A.2中，寻找最接近i f 频
率点测量系统功率修正值），dBm 。

h) 重新设置频谱分析仪的频率范围下限低于被校白噪声信号发生器频率范围下限0.5倍，频率范围上限为被校白噪声信号发生器频率上限的1.05~2倍以上；根据实际情况设置频谱分析仪的RBW 、VBW 、参考电平和垂直刻度，预期能够扫描到信号阻带波形；
i) 待频谱分析仪扫描结束后，读取被校白噪声信号发生器的幅频特性曲线，按式（4）计算被校白噪声信号发生器扩展带宽幅频特性，将此被校白噪声信号发生器扩展带宽幅频特性曲线附在附录A 图A.2处；
j) 若被校白噪声信号发生器有多个频段，重复步骤b)～i)，完成所有频段的幅频特性测量。

5.5 平坦度
5.5.1 频谱分析仪法
a) 从附录A 表A.3被校白噪声信号发生器带内幅频特性测量数据中，读取功率最大
值max P 和最小值min P ，记录到附录A 表A.4中，按式（5），计算被校白噪声信号发生器的平坦度；
max min ()
2
P -P F =±
（5） 式中：F ——被校白噪声信号发生器的平坦度，dB ；
max P ——测量频率范围内，功率最大值，dBm ；
min P ——测量频率范围内，功率最小值，dBm ；
b) 被校白噪声信号发生器的平坦度技术指标所用带宽小于仪器自身带宽时，从附录A 表A.3被校白噪声信号发生器带内幅频特性测量数据中，按式（5）逐点计算在所用带宽内的平坦度，取其最大值作为被校白噪声信号发生器的平坦度测量值，并记录在附录A 表A.4中。

5.6 衰减 5.6.1 功率计法
a) 按图1连接设备；
b) 被校白噪声信号发生器的噪声源置于开状态，噪声衰减置于0dB ，使输出功率最大； c) 记录此时功率计读数0P 到附录A 表A.5中；
d) 按附录A 表A.5，改变被校白噪声信号发生器衰减设置，并记录功率计读数x P ； e) 按照式（6）计算衰减校准值，记录于附录A 表A.5中：
0x A P P =- （6）
式中：A ——衰减校准值，dB ；
x P ——被校白噪声信号发生器衰减置A 时，功率计读数，dBm ； 0P ——被校白噪声信号发生器衰减置0时，功率计读数，dBm 。

5.6.2 频谱分析仪法
a) 按图3连接仪器；
b) 频谱分析仪的频率范围设置为被校白噪声信号发生器的频率范围；频谱分析仪设置为功率测量，单位dBm ；依次设置频谱分析仪的平均次数为16、分辨率带宽RBW 优于扫描跨度的1/50且不大于3MHz 、根据扫描跨度设置视频分辨率带宽VBW （通常小于等于300Hz ）、根据被校白噪声信号发生器幅频特性设置合适的参考电平和垂直刻度，使测试曲线居于屏幕中心偏上位置；
c) 被校白噪声信号发生器的噪声源置于开状态，噪声衰减置于0dB ，使输出功率最大； d) 在频带中心位置，或者需要校准的频率点上，读取频谱分析仪功率测量值0i P 并记录到附录A 表A.6；
e) 按附录A 表A.6，依次改变被校白噪声信号发生器衰减设置，并记录频谱分析仪功率测量值xi P ；
f) 按照式（7）计算衰减校准值，记录于附录A 表A.6中：
i 0i xi A P P =- （7）
式中：i A ——测试频率点，衰减校准值，dB ；
xi P ——被校白噪声信号发生器衰减置i A 时，测试频率点上功率值，dBm ； 0i P ——被校白噪声信号发生器衰减置0时，测试频率点上功率值，dBm 。

6 校准结果表达
校准证书或校准报告应至少包含以下信息： a) 标题：“校准证书”； b) 实验室名称和地址；
c) 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说明；
p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

7 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。

附录A 记录格式
表A.1最大输出功率校准记录表格
图A.1 被校白噪声信号发生器带内幅频特性图
图A.2 被校白噪声信号发生器扩展频带幅频特性图
P时，测量系统功率修正记录表格
表A.2功率计指示
表A.3带内幅频特性记录表格
表A.4平坦度校准记录表格
表A.5衰减校准记录表格（功率计法）
表A.6衰减校准记录表格（频谱分析仪法）
附录B 测量结果不确定度评定
B1 最大输出功率校准不确定度评定 B1.1 数学模型
M P P x +=max
式中：m ax P —白噪声信号发生器的最大输出功率，dBm ；
x P —功率计读数，dBm ；
M —失配因子，dB 。

灵敏系数：
⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨
⎧
=∂∂===∂∂==1)()()(1)()()(max 2x max x 1
M P M c c P P P c c B1.2不确定度来源
1）功率计测量不准引入的标准不确定度分量1u ； 2）连接失配引入的标准不确定度分量2u ； 3）测量重复性引入的标准不确定度分量3u 。

B1.3 不确定度评定
1）功率计测量不准引入的标准不确定度分量1u
功率计测量不准引入的标准不确定度分量按B 类评定，由上级证书可知，功率计校准不确定度0.20dB 0.10dB )(～=x P U ，取k =2，则：
==k
P U c u x )
(1
10.05dB ～0.10dB 。

2）连接失配引入的标准不确定度分量2u
连接失配引入的标准不确定度分量按B 类评定，白噪声信号发生器与功率计之间的连接存在着失配。

白噪声信号发生器的输出电压驻波比小于1.30，功率计的输入端的电压驻波比优于1.20。

失配误差极限1dB 1.0)(=M U ，取2=k （反正弦分布），则：
==k
M U c u )
(2
20.0778dB 。

3）测量重复性引入的标准不确定度分量3u
测量重复性引入的标准不确定度分量按A 类评定，重复测量“最大输出功率”10次，其测量结果如下表所示。

表B.1 测量重复性数据
由下式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为：
3u =
=0.02dB 。

B1.4 不确定度分量一览表
表B.2
不确定度分量一览表
B1.5 合成标准不确定度
1u 、2u 、3u 独立不相关，则合成标准不确定度为：
＝2
32221u u u u c ++=0.10dB~0.13dB 。

B1.6 扩展不确定度
取2=k ，扩展不确定度为： ==c ku U 0.20dB~0.26dB 。

B2 幅频特性校准不确定度评定 B2.1数学模型
某个频率点上的测量模型： ci xi i P P P += 式中：i P —某频率点i f 上被校白噪声信号发生器的输出功率测量值，dBm ；
xi P —某频率点i f 上频谱分析仪读数，dBm ；
ci P —某频率点i f 上测量系统功率修正值，dBm 。

灵敏系数：
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
=∂∂===∂∂==1)()()(1)()()(ci i ci
2xi
i xi 1
P P P c c P P P c c B2.2不确定度来源
1) 频谱分析仪测量不准引入的标准不确定度分量1u ； 2) 测量系统功率修正值不准引入的标准不确定度分量2u ； 3) 测量重复性引入的标准不确定度分量3u 。

B2.3 不确定度评定
1) 频谱分析仪测量不准引入的标准不确定度分量1u
频谱分析仪测量不准引入的标准不确定度分量按B 类评定，由上级证书可知，频谱分析仪功率测量不确定度0.25dB 10dB .0)(xi ～=P U ，取k =2，则：
==k
P U c u )
(xi 1
10.05dB~0.13dB 。

2) 测量系统功率修正值不准引入的标准不确定度分量2u
测量系统功率修正值不准引入的标准不确定度分量按B 类评定，由测量系统功率修正值测量过程可知，其引入的标准不确定度分量)(ci P U 主要由功率计测量不准引入，由上级
证书可知，功率计测量不确定度为0.10dB~0.20dB ，取 k =2，则：
==k
P U c u )
(ci 2
20.05dB~0.10dB 。

3) 测量重复性引入的标准不确定度分量3u
测量重复性引入的标准不确定度分量按A 类评定，在某频率点上，重复测量“幅频特性”10次，其测量结果如下表所示。

表B.3
测量重复性数据
由下式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为：
3u =
=0.03dB 。

B2.4 不确定度分量一览表
表B.4
不确定度分量一览表
B2.5合成标准不确定度
321u u u 、、独立不相关，则合成不确定度为：
=++=2
32221u u u u c 0.08dB~0.17dB 。

B2.6扩展不确定度
取置信因子k =2，扩展不确定度为：==c ku U 0.16dB ～0.34dB 。

B3 平坦度校准不确定度评定 B3.1 数学模型
频带内平坦度： max min ()
2
P -P F =±
式中：F ——被校白噪声信号发生器的平坦度，dB ；
max P ——测量频率范围内，功率最大值，dBm ；
min P ——测量频率范围内，功率最小值，dBm 。

灵敏系数：⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨
⎧
-=∂∂===∂∂==1
)
()
()(1
)()
()(min min 2max max 1P F P c c P F P c c
B3.2 不确定度来源
1) 输出功率最大点功率测量不准引入的标准不确定分量1u ； 2) 输出功率最小点功率测量不准引入的标准不确定度分量2u ； 3) 测量重复性引入的标准不确定度分量3u 。

B3.3 不确定度评定
1) 输出功率最大点功率测量不准引入的标准不确定度分量1u
输出功率最大点功率测量不准引入的标准不确定度分量按B 类评定，由幅频特性校准不确定度评定可知，输出功率最大点功率测量的标准不确定度
=
)(max P u 222210.013.0~0.0505.0++ =0.07dB~0.13dB ，则：
0.13dB ~dB 07.0)(max 11==P u c u
2) 输出功率最小点功率测量不准引入的标准不确定度分量2u
输出功率最小点功率测量不准引入的标准不确定度分量按B 类评定，由幅频特性校准不确定度评定可知，输出功率最小点功率测量的标准不确定度
=
)(min P u 222210.013.0~0.0505.0++ =0.07dB~0.13dB ，则：
dB 13.0~dB 07.0)(min 22==P u c u
3) 测量重复性引入的标准不确定度分量3u
测量重复性引入的标准不确定度分量按A 类评定，重复测量“平坦度”10次，其测量结果如下表所示。

表B.5
测量重复性数据
由下式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为：
3u =
=0.04dB 。

B3.4 不确定度分量一览表
表B.6
不确定度分量一览表
321u u u 、、、独立不相关，则合成不确定度为：
=++=2
32221u u u u c 0.11dB ～0.19dB 。

B3.6 扩展不确定度
取置信因子k =2，扩展不确定度为：==c ku U 0.22dB ～0.38dB 。

B4 衰减校准不确定度评定（功率计法） B4.1 数学模型
衰减校准值： 0x A P P =- 式中：A ——衰减校准值，dB ；
x P ——被校白噪声信号发生器衰减置A 时，功率计读数，dBm ； 0P ——被校白噪声信号发生器衰减置0时，功率计读数，dBm 。

B4.2 不确定度来源
1）功率计功率测量线性度引入的标准不确定度分量1u ； 2）测量重复性引入的标准不确定度分量2u 。

B4.3 不确定度分量评定
1) 功率计功率测量线性度引入的标准不确定度分量1u
功率计功率测量线性度引入的标准不确定度分量按B 类评定，由技术指标可知，功率计线性度0.03 dB ～0.10dB ，取3=k （均匀分布），则：
=1u 0.018dB ～0.058dB 。

2) 测量重复性引入的标准不确定度分量2u
测量重复性引入的标准不确定度分量按A 类评定，重复测量“衰减”10次，其测量结果如下表所示。

表B.7
测量重复性数据
由下式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为
2u =
=0.026dB 。

B4.4 不确定度分量一览表
表B.8
不确定度分量一览表
B4.5 合成标准不确定度
21u u 、独立不相关，则合成不确定度为=+=2
221c u u u 0.032 dB ～0.064dB 。

B4.6 扩展不确定度
取置信因子k =2，则扩展不确定度为：==c ku U 0.07 dB ～0.13dB 。

B5 衰减校准不确定度评定（频谱分析仪法） B5.1 数学模型
衰减校准值：i 0i xi A P P =- 式中：i A ——测试频率点，衰减校准值，dB ；
xi P ——被校白噪声信号发生器衰减置i A 时，测试频率点上功率值，dBm ； 0i P ——被校白噪声信号发生器衰减置0时，测试频率点上功率值，dBm 。

灵敏系数：⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧
-=∂∂===∂∂==1)()()(1)()()(xi xi
20i
i 0i 1
P A P c c P A P c c
B5.2 不确定度来源
1) 频谱分析仪功刻度不准引入的标准不确定分量1u ； 2) 测量重复性引入的标准不确定度分量2u 。

B5.3 不确定度评定
1) 频谱分析仪功刻度不准引入的标准不确定分量1u
频谱分析仪功刻度不准引入的标准不确定分量按B 类评定，由上级证书可，频谱分析仪刻度校准不确定度0.04 dB ～0.32dB ，取2=k ，则：
==)(0i 11P u c u 0.02dB~0.16dB
2) 测量重复性引入的标准不确定度分量2u
测量重复性引入的标准不确定度分量按A 类评定，重复测量“衰减”10次，其测量结果如下表所示。

表B.9
测量重复性数据
5 -57.80 -67.92 10.12
6 -58.06 -68.01 9.95
7 -58.04 -67.93 9.89
8 -57.8
9 -68.10 10.21 9 -58.02 -67.89 9.87 10
-58.03
-68.00
9.97
平均值 9.99 实验标准偏差n s
0.12 2u
0.04
由下式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为：
2n
s u n
=
=0.04dB 。

B5.4不确定度分量一览表
表B.10 不确定度分量一览表
不确定度分量
不确定度来源 评定方法 分布 k 值 标准不确定度/dB
1u 频谱分析仪功刻度不准 B 正态 2 0.02～0.16 2u
测量重复性
A
—
—
0.04
B5.5 合成标准不确定度
21u u 、独立不相关，则合成不确定度为：
=+=2
221u u u c 0.05dB ～0.17dB 。

B5.6 扩展不确定度
取置信因子k =2，扩展不确定度为：==c ku U 0.10dB ～0.34dB 。