Nghiên cứu và xây dựng hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực công suất cao tần

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những gì tôi viết trong Luận văn này là do sự tìm hiểu và
nghiên cứu của bản thân tôi. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác
giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ
Luận văn Thạc sĩ nào. Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài nghiên cứu nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên
đây.

Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2015
Tác giả

Nguyễn Thị Vân

1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, cho phép tôi được gửi lời cám ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo ở
Bộ môn Đo lường và Tin học công nghiệp - ĐHBK Hà nội và đặc biệt là GS.TS
Phạm Thị Ngọc Yến, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu và
thực hiện luận văn và đã đóng cho tôi những ý kiến quý báu trong quá trình thực
hiện. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Đo lường Việt Nam, Ông
trưởng phòng Đo lường Điện Từ trường – Viện Đo lường Việt Nam đã tạo điều
kiện về mặt thời gian và kinh phí để tôi được theo học khoá học 2013-2015 này. Và
cuối cùng tôi xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc tới cha mẹ, người
đã sinh thành nuôi dưỡng tạo điều kiện cho tôi được học tập, nghiên cứu. Xin cám
ơn gia đình tôi, những người bạn luôn sát cánh bên tôi, các đồng nghiệp đã quan
tâm giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này.
Trong khoảng thời gian không dài tôi đã nỗ lực và cố gắng để hoàn thành

luận văn tốt nghiệp, song chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tôi
rất mong được sự chỉ bảo, dạy dỗ của các thầy cô giáo, sự góp ý của các chuyên
gia, các đồng nghiệp và bè bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2
MỤC LỤC ..................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................6
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .......................................................................................12
1.1.Khái niệm cơ bản .............................................................................................12
1.1.1.Watt: ..........................................................................................................12
1.1.2.Decibel: .....................................................................................................12
1.1.3.dBm: ..........................................................................................................12
1.1.4.Công suất : .................................................................................................12
1.1.5.Độ không đảm bảo đo ...............................................................................14
1.1.5.1.Các khái niệm về độ không đảm bảo đo .............................................14
1.1.5.2.Các bước tính toán độ không đảm bảo đo: .........................................15
1.2 Khái quát hệ thống chuẩn công suất cao tần của Viện Đo lường Việt Nam ...16
1.2.1 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn ................................................................................16
1.2.2. Giới thiệu về chuẩn công suất cao tần ......................................................20
1.2.2.1. Giới thiệu chung.................................................................................20
1.2.2.2.Đặc tính kỹ thuật .................................................................................22
1.2.2.3.Các thiết bị phụ trợ..............................................................................25

1.3. Nguyên lý họat động .......................................................................................25
1.3.1. Sự thay đổi của điện trở theo nhiệt độ ......................................................25
1.3.2 Phân nhánh công suất ................................................................................26
1.3.3 Điều khiển nhiệt độ Thermistor ................................................................27
1.3.4 Nguyên lý thay thế điện áp DC ...............................................................27
1.3.5. Xác định công suất ...................................................................................28
1.3.6. Hệ số hiệu chuẩn ......................................................................................29
Chƣơng 2. PHÁT TRIỂN PHƢƠNG PHÁP DẪN XUẤT HỆ THỐNG CHUẨN
ĐO LƢỜNG QUỐC GIA CÔNG SUẤT CAO TẦN ...........................................32
2.1.Đặt vấn đề ........................................................................................................32
3


2.2. Phương pháp hiệu chuẩn.................................................................................32
2.2.1. Phạm vi áp dụng .......................................................................................32
2.2.2. Giải thích từ ngữ .......................................................................................32
2.2.3. Phương tiện hiệu chuẩn ............................................................................33
2.2.4.Tiến hành hiệu chuẩn ................................................................................33
2.2.4.1. Đo hệ số phản xạ ................................................................................33
2.2.4.2 Đo hệ số hiệu chuẩn bằng phương pháp đo trực tiếp..........................34
2.3.Tính toán độ không đảm bảo đo ......................................................................36
2.3.1. Kết quả đo ................................................................................................36
2.3.2. Xác định các thành phần của độ không đảm bảo đo ................................36
2.3.2.1. Theo công thức toán học ....................................................................36
2.3.2.2. Độ không đảm bảo đo của chuẩn .......................................................37
2.3.2.3. Độ không đảm bảo của tỉ số công suất ..............................................38
2.3.2.4. Độ không đảm bảo của ghép nối........................................................38
2.3.2.5. Độ không đảm bảo đo tổng hợp .........................................................39
2.3.2.6. Độ không đảm bảo đo mở rộng .........................................................39
2.3.2.7. Đánh giá các thành phần của độ không đảm bảo đo ..........................39

Chƣơng 3. NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP HIỆU CHUẨN
CÔNG SUẤT CAO TẦN BẰNG PHẦN MỀM SURECALL .............................41
3.1.Giới thiệu sơ lược về phần mềm SureCal ........................................................41
3.1.1. Giới thiệu tổng quan .................................................................................41
3.1.2. Mô tả phần thủ tục CP (Calibration Procedure) .......................................41
3.1.3. Biên tập dữ liệu tạm thời (Data Template Editing) ..................................42
3.1.4. Biên tập đồ họa (Graphic Editor) .............................................................42
3.1.5. Quy trình hiệu chuẩn (Calibration Procedures)........................................42
3.1.6. Các chương trình con kiểm tra (Test Subprograms) ................................42
3.1.7. Chương trình điều khiển thiết bị (Instrument Drivers) ............................42
3.1.8. Xuất dữ liệu ra cho người sử dụng ...........................................................42
3.2. Phương pháp hiệu chuẩn chuẩn công suất cao tần .........................................43
3.2.1. Phạm vi áp dụng .......................................................................................43
3.2.2. Các phép hiệu chuẩn.................................................................................43
3.2.3. Phương tiện hiệu chuẩn ............................................................................44
3.2.4.Điều kiện hiệu chuẩn .................................................................................44
3.2.5. Các bước tiến hành hiệu chuẩn ................................................................44
4


3.2.5.1. Xác định thông tin về phương pháp hiệu chuẩn: ...............................45
3.2.5.2. Xác định các chuẩn dùng để hiệu chuẩn: ...........................................45
3.3.Thiết lập các tham số cần hiệu chuẩn ..............................................................47
3.3.1.Thiết lập hệ số sóng đứng SWR ................................................................47
3.3.2.Thiết lập hệ số hiệu chuẩn (CF) ................................................................50
3.4. Tiến hành hiệu chuẩn ......................................................................................53
3.4.1. Hiệu chuẩn hệ số sóng đứng SWR ...........................................................53
3.4.2. Hiệu chuẩn hệ số hiệu chuẩn CF ..............................................................57
3.4.3. Lưu kết quả đo ..........................................................................................60
3.5. Đánh giá độ không đảm bảo đo ......................................................................61

3.5.1. Hệ số sóng đứng SWR .............................................................................61
3.5.2. Hệ số hiệu chuẩn CF ................................................................................61
Chƣơng 4. KẾT LUẬN, ĐÁNH GIÁ TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
...................................................................................................................................63
4.1. Đánh giá tổng kết các nội dung đã thực hiện..................................................63
4.2. Xây dựng hướng phát triển tiếp theo ..............................................................63
PHỤ LỤC .................................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70

5


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

RF

Tần số radio

2

NIST

Viện Đo lường quốc gia Mỹ

3

NMIJ

Viện Đo lường quốc gia Nhật Bản

4

KRISS

Viện nghiên cứu và đo lường Hàn Quốc

5

UUT (hoặc DUT)

Thiết bị cần hiệu chuẩn

6

CF

Hệ số hiệu chuẩn

7

SWR

Hệ số sóng đứng

8

ĐKĐB

Độ không đảm bảo đo

9

CIPM-MRA

Thỏa thuận toàn cầu về công nhận lẫn nhau

10

CW

Sóng liên tục

11



Hệ số phản xạ

12



Hiệu suất

13

U

Độ không đảm bảo đo mở rộng

14

uc

Độ không đảm bảo đo tổng hợp

15

Signal Generator

Máy tạo sóng

16

Power Meter

Máy đo công suất

17

Power Sensor

Đầu đo công suất

Do Viện Đo lường Việt Nam tham gia chương trình “Thỏa thuận toàn cầu
về công nhận lẫn nhau đối với chuẩn đo lường quốc gia” – CIPM - MRA nên các số
liệu, kết quả tính toán có số thập phân được thể hiện bằng dấu “.” thay vì sử dụng
dấu “,” theo TCVN

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng chung về chuẩn công suất RF ..................................................21
Bảng 1.2: Mô tả đặc tính kỹ thuật của Model F1130/M1130 ...................................23
Bảng 1.3: Mô tả đặc trưng kỹ thuật của F1135/M1135 ............................................24
Bảng 1.4: Các thiết bị phụ trợ ...................................................................................25
Bảng 2.1. Kết quả hiệu chuẩn ...................................................................................36
Bảng 2.2: Bảng thành phần độ không đảm bảo đo ...................................................40
Bảng 3.1: Các phương tiện hiệu chuẩn .....................................................................44
Bảng 3.2: Bảng kết quả đo hệ số sóng đứng .............................................................56
Bảng 3.3: Kết quả đo hệ số hiệu chuẩn .....................................................................59
Bảng 3.4: Các thành phần độ KĐB đo của hệ số sóng đứng ....................................61
Bảng 3.5: Các thành phần độ KĐB đo của hệ số hiệu chuẩn ...................................62

7


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hình vẽ thể hiện P là mối quan hệ giữa U và I .........................................13
Hình 1.2: Lưu đồ tính toán độ không đảm bảo đo ....................................................16
Hình 1.3: Sơ đồ dẫn xuất của công suất cao tần, quy hoạch đến năm 2020 ............17
Hình 1.4: Hình ảnh chuẩn M1130/F1130 .................................................................22
Hình 1.5: Hình ảnh chuẩn M1135/F1135 .................................................................23

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý mạch của chuẩn công suất cao tần ................................26
Hình 1.7: Sơ đồ mạch của bộ điều khiển nhiệt trong của RF Power Standard .........27
Hình 2.1: Sơ đồ xác định hệ số phản xạ ....................................................................34
Hình 2.2: Sơ đồ xác định hệ số hiệu chuẩn ...............................................................35
Hình 3.1: Sơ đồ hiệu chuẩn đầu đo công suất sử dụng chuẩn F1130A/F1135A ......43
Hình 3.2: Xác định phương tiện cần hiệu chuẩn .......................................................46
Hình 3.3: Xác định các chuẩn dùng để hiệu chuẩn ...................................................46
Hình 3.4: Xác định dải tần số cần hiệu chuẩn ...........................................................47
Hình 3.5: Xác định các đầu kết nối giữa VNA và UUT ...........................................48
Hình 3.6: Xác định mức đo và tần số cho phù hợp với UUT ...................................48
Hình 3.7: Xác định giá trị của UUT ..........................................................................49
Hình 3.8: Xác định độ không đảm bảo đo cho SWR ................................................49
Hình 3.9: Xác định dải tần số cần hiệu chuẩn của CF ..............................................50
Hình 3.10: Xác định độ không đảm bảo đo cho hệ số hiệu chuẩn ............................51
Hình 3.11: Hiển thị các thông số, đơn vị của CF ......................................................51
Hình 3.12: Xác định chuẩn dùng để đo ....................................................................52
Hình 3.13: Xác định chuẩn dùng để hiển thị.............................................................52
Hình 3.14: Xác đinh UUT Monitor ...........................................................................53
Hình 3.15: Kết nối VNA với Open ...........................................................................54
Hình 3.16: Kết nối VNA với Short ...........................................................................54
Hình 3.17: Kết nối VNA với Load............................................................................55
Hình 3.18: Kết nối UUT............................................................................................55
Hình 3.19: Đồ thị thể hiện kết quả đo hệ số sóng đứng ............................................57
Hình 3.20: Sơ đồ kết nối của đầu đo công suất chuẩn vào hệ thống ........................58
Hình 3.21: Sơ đồ kết nối của đầu đo công suất cần hiệu chuẩn UUT vào hệ thống .58
Hình 3.22: Đồ thị thể hiện kết quả đo hệ số hiệu chuẩn ...........................................60
Hình 3.23: Lưu kết quả phép đo................................................................................60

8

LỜI MỞ ĐẦU
Đo lường là nền móng để tạo ra những thành tựu khoa học, kỹ thuật to lớn
phục vụ cho cuộc sống và công cuộc chinh phục thế giới tự nhiên của loài người.
Các phương pháp đo, phương tiện đo đã được phát triển ngày càng đa dạng và sử
dụng rộng rãi. Có thể thấy rõ đo lường đã tiến một bước dài, sâu, rộng trên nhiều
lĩnh vực và có ảnh hưởng to lớn đến mọi mặt đời sống xã hội. Giờ đây các thiết bị
đo lường là một thành phần không thể thiếu trong sản xuất và lưu thông hàng hoá,
trong đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh an toàn thực phẩm và bảo vệ sức khoẻ của
con người.
Theo TCVN 6165:1996 (VIM 1993) và hiện nay là TCVN 6165:2009
(ISO/IEC Guide 99:2007): “Chuẩn đo lường (measurement standards) là sự thể
hiện định nghĩa của đại lượng đã cho, với giá trị đại lượng được công bố và độ
không đảm bảo đo kèm theo, dùng làm mốc quy chiếu”. Chuẩn đo lường chính là sự
thể hiện cụ thể độ lớn của đơn vị đo lường theo định nghĩa của đơn vị. Hệ thống
chuẩn đo lường là cơ sở kỹ thuật quan trọng nhất để đảm bảo tính thống nhất và độ
chính xác cần thiết của tất cả các phép đo trong phạm vi quốc gia và quốc tế. Cũng
theo TCVN 6165:2009, “Chuẩn đo lường quốc gia (national measurement
standards) là chuẩn được công nhận bởi cơ quan có thẩm quyền quốc gia để dùng
trong một nước hoặc nền kinh tế như là cơ sở cho việc ấn định giá trị đại lượng cho
các chuẩn đo lường khác của loại đại lượng có liên quan”. Như vậy, trong phạm vi
một nước, chuẩn đo lường quốc gia ở vị trí cao nhất, là gốc, là xuất phát điểm cho
tất cả các phép đo của từng lĩnh vực đo lường. Sự hài hòa và công nhận lẫn nhau
giữa các nước theo “Thỏa thuận toàn cầu về công nhận lẫn nhau đối với chuẩn đo
lường quốc gia” – CIPM-MRA, chính là cơ sở để đảm bảo cho đo lường thống nhất
và chính xác trên phạm vi toàn thế giới. Với ý nghĩa đó, chuẩn đo lường nói chung,
đặc biệt là chuẩn đo lường quốc gia, không chỉ có vai trò quan trọng trong khoa học
– công nghệ mà còn có vai trò to lớn trong hệ thống kinh tế – xã hội. Để xây dựng,
phát triển kinh tế - xã hội và hội nhập kinh tế quốc tế không thể không thiết lập và
thiết lập và hài hòa với quốc tế chuẩn đo lường quốc gia của từng lĩnh vực.

9


Bên cạnh các đại lượng cơ bản đã được công nhận trên thế giới thì các đại
lượng dẫn xuất cũng góp một phần to lớn trong quá trình phát triển khoa học kỹ
thuật. Phép đo từ các đại lượng dẫn xuất trong lĩnh vực đo vô tuyến điện, định vị và
điều khiển từ xa rất cần thiết cho việc đảm bảo đo lường cho các ngành quan trọng
như: Bưu điện; Viễn thông; Phát thanh phát hình; Hàng không; Quân đội an ninh
quốc phòng,...
Nhiệm vụ xây dựng và phát triển hệ thống chuẩn đo lường quốc gia trong đó
có chuẩn đơn vị công suất nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và nhu
cầu hội nhập kinh tế quốc tế đang trở thành một nhiệm vụ quan trọng của ngành Đo
lường Việt Nam. Hệ thống này trước tiên phải đủ điều kiện được Chính phủ công
nhận là Chuẩn đo lường quốc gia theo chuẩn mực quy định trong các văn bản pháp
quy kỹ thuật của Nhà nước, đồng thời phải đạt được sự công nhận trên phạm vi
quốc tế.
Trong dòng thác của sự toàn cầu hóa nền kinh tế thế giới và sự phát triển
nhanh chóng của khoa học và công nghệ; với tư cách là một trong những cơ sở hạ
tầng không thể thiếu để phát triển của mỗi quốc gia, đo lường đang đứng trước
những thách thức lớn xét trên phạm vi một nước cũng như trên phạm vi quốc tế.
Nhiều nhiệm vụ mới đang đặt ra trước lĩnh vực đo lường cùng những cách làm mới
hoàn toàn khác trước đây. Cập nhật với mọi yêu cầu của nền kinh tế quốc dân và
tình hình đo lường thế giới, việc thiết lập và công bố chuẩn quốc gia về công suất
cao tần nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất và nghiên cứu khoa học trong nước cũng
như nhu cầu hội nhập đo lường Việt Nam với khu vực và thế giới là rất cần thiết và
có ý nghĩa thực tiễn. Chính vì lý do trên, tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu và Xây
dựng hệ thống chuẩn Đo lường Quốc gia lĩnh vực Công suất cao tần”.
Nội dung chủ yếu của luận văn là xây dựng các phương pháp duy trì dẫn
xuất hệ thống chuẩn công suất cao tần, đánh giá hệ thống chuẩn quốc gia công suất
cao tần nhằm hoàn thiện hồ sơ xin phê duyệt hệ thống chuẩn Quốc gia công suất

cao tần là chuẩn Đo lường Quốc gia của Việt Nam. Luận văn bao gồm 4 chương:

10


Chƣơng 1: Tổng quan trình bày về các vấn đề cơ bản của đại lượng đo công
suất cao tần, giới thiệu khái quát về hệ thống chuẩn công suất cao tần của Việt Nam.
Chƣơng 2: Phát triển phương pháp dẫn xuất hệ thống chuẩn đo lường quốc
gia công suất cao tần. Tính toán và đánh giá độ không đảm bảo của kết quả đo công
suất cao tần.
Chƣơng 3: Nghiên cứu và xây dựng phương pháp dẫn xuất hệ thống chuẩn
đo lường quốc gia lĩnh vực công suất cao tần ứng dụng phần mềm SureCal để hệ
thống Chuẩn công suất cao tần chạy tự động. Tính toán độ không đảm bảo đo và
đánh giá hệ thống khi ứng dụng phần mềm SureCal.
Chƣơng 4: Kết luận và đánh giá kết quả thực tế đạt được của phương pháp
và đề xuất hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Sau khi được phê duyệt là chuẩn đo lường quốc gia, hệ thống chuẩn công
suất cao tần góp phần quan trọng trong việc dẫn xuất xuống các chuẩn đo lường của
ngành công nghiệp, đảm bảo an ninh quốc phòng, bưu điện, viễn thông, phát thanh
phát hình, hàng không, quân đội : Rada, tên lửa, phòng không không quân, …
Vì vậy, xây dựng phương pháp dẫn xuất hệ thống chuẩn công suất cao tần
đúng đắn và có độ tin cậy cao là nội dung chủ yếu trong “Nghiên cứu và Xây dựng
hệ thống chuẩn Đo lường Quốc gia lĩnh vực Công suất cao tần”.

11


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1.Khái niệm cơ bản

1.1.1.Watt:
Là đơn vị dẫn xuất từ đơn vị đo cơ bản của hệ SI. Watt là công suất khi một
công 1 jun được sản ra trong thời gian 1 giây.
Kí hiệu: W
Công thức:

(1.1)

Thực tế thì các đơn vị điện khác cũng xuất phát từ watt. 1 Volt bằng 1 watt trên 1
ampere.
1.1.2.Decibel:
Thể hiện tỉ lệ quan hệ giữa mức công suất P và một mức công suất chuẩn Pref. [3]
Kí hiệu: dB
Công thức:

(

)

(1.2)

1.1.3.dBm:
Đơn vị hay dùng thông thường được sử dụng là dBm. Định nghĩa dBm cũng
giống như dB nhưng mức công suất chuẩn được lấy là 1 mW.
Kí hiệu : dBm
Công thức:

(

)

(1.3)

1.1.4.Công suất :
Công suất P được thể hiện bởi mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp U.
Ta có sơ đồ mạch và đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa I và U như trên hình 1:

12


Hình 1.1: Hình vẽ thể hiện P là mối quan hệ giữa U và I
-

Công suất của sóng CW (continuous wave) tại tần số (1/To) là:

∫

(1.4)

Trong đó: To là chu kỳ AC
ep, ip lần lượt là các giá trị của e và i
 là góc pha giữa e và i
n là số chu kỳ của AC
-Nếu cho n = 1,2,3,.. thì ta có:
(1.5)
-Với tín hiệu sóng hình sin, ta có mối quan hệ giữa giá trị peak và rms là:
√

(1.6)

√

(1.7)

Thay công thức (1.6), (1.7) vào (1.5) ta có:
(1.8)

13


1.1.5.Độ không đảm bảo đo
1.1.5.1.Các khái niệm về độ không đảm bảo đo
a. Độ không đảm bảo đo (của phép đo): là tham số, kết hợp với kết quả đo,
đặc trưng cho độ phân tán của các giá trị có thể quy cho một cách hợp lý là giá trị
của đại lượng đo
Độ không đảm bảo đo bao gồm rất nhiều thành phần. Một số thành phần có
thể được đánh giá từ phân bố xác suất thống kê của một chuỗi các kết quả đo và có
thể được đặc trưng bởi độ lêch chuẩn thực nghiệm, các thành phần này được gọi là
độ không đảm bảo loại A. Các thành phần khác có thể được đánh giá từ các phân bố
mật độ xác suất dựa trên thực nghiệm hoặc các thông tin khác được gọi là độ không
đảm bảo loại B [6]
Có thể hiểu rằng kết quả của phép đo là ước lượng tốt nhất giá trị của đại
lượng đo và tất cả các thành phần độ không đảm bảo đo, bao gồm cả những khả
năng phát sinh từ các ảnh hưởng hệ thống, ví dụ như các thành phần liên quan đến
các hiệu đính kết quả đo và các chuẩn sử dụng góp phần vào sự phân tán giá trị của
đại lượng đo.
b. Độ không đảm bảo đo chuẩn: Độ không đảm bảo của kết quả đo được
thể hiện như một độ lệch chuẩn
c. Độ không đảm bảo đo loại A: Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo
đo dựa trên phân tích thống kê của một chuỗi các giá trị đo được.

d. Độ không đảm bảo đo loại B: Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo
đo khác không dựa trên phân tích thống kê của một chuỗi các giá trị đo được.
e. Độ không đảm bảo đo kết hợp: Độ không đảm bảo chuẩn của kết quả
một phép đo thu được bởi các giá trị của một hoặc một số các đại lượng đầu vào
khác nhau, bằng dương căn bậc hai của tổng bình phương các thành phần độ không
đảm bảo đo mà phương sai hay hiệp phương sai của các đại lượng đầu vào khác
nhau này có độ lớn dựa trên cách mà kết quả đo biến đổi khi các đại lượng đầu vào
thay đổi.

14


f.

Độ không đảm bảo đo mở rộng: Thông số xác định một khoảng kết quả

của một phép đo mà có thể được dự kiến sẽ bao trùm một phần lớn sự phân bố các
giá trị mà có thể quy cho một cách hợp lý là giá trị của đại lượng đo. Giá trị độ
không đảm bảo đo mở rộng bằng tích của độ không đảm bảo đo kết hợp với hệ số
phủ tương ứng với mức tin cậy quy định.
g. Hệ số phủ, k: Hệ số được sử dụng như một số nhân của độ không đảm
bảo đo chuẩn kết hợp để thu được một độ không đảm bảo đo mở rộng. Hệ số phủ
thông thường có giá trị nằm trong dải từ 2 đến 3.
1.1.5.2.Các bước tính toán độ không đảm bảo đo:
a. Lập mô hình toán học của phép đo
Y= f(x1, x2, x3…)

(1.9)

b. Nhận diện tất cả các nguồn độ không đảm bảo đo

c. Tính toán các thành phần độ không đảm bảo đo chuẩn, ui (loại A và loại B) và hệ
số nhạy, ci của từng thành phần độ không đảm bảo đo
(1.10)
d. Tính toán độ không đảm bảo đo kết hợp, bậc tự do hiệu dụng
√∑

(1.11)
(1.12)

∑

e. Tính toán hệ số phủ k tương ứng với mức tin cậy sử dụng và độ không đảm bảo
đo mở rộng.
(1.13)

f. Lưu đồ tính toán độ không đảm bảo đo:

15


Thiết lập mô hình toán học của phép đo

Liệt kê các nguồn độ không đảm bảo đo

Tính toán các thành phần độ không đảm bảo đo, ui

Loại A, uA

Loại A, uB

Tính toán hệ số nhạy, ci

Tính toán độ không đảm bảo đo kết hợp

Tính toán độ không đảm bảo đo mở rộng và hệ số
phủ (U và k)
U=k.uc
Hình 1.2: Lƣu đồ tính toán độ không đảm bảo đo
1.2 Khái quát hệ thống chuẩn công suất cao tần của Viện Đo lƣờng Việt Nam
1.2.1 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn
Sơ đồ dẫn xuất chuẩn của hệ thống đo công suất cao tần ở Viện Đo lường
Việt Nam, theo quy hoạch đến năm 2020 được thể hiện ở hình (1.3).

16


Hình 1.3:Sơ đồ dẫn xuất của công suất cao tần, quy hoạch đến năm 2020
Trong đó:
I. Chuẩn quốc gia
(1) Chuẩn đầu công suất tần số cao (Microcalorimeter):
Phạm vi: 10 MHz – 26.5 GHz,
17


Độ không đảm bảo đo: 0.4 % (k=2)
Do điều kiện kinh phí còn hạn chế nên chuẩn Microcalorimeter chưa được đầu tư,
trang bị.
(2) Chuẩn thứ công suất tần số cao (Power Transfer Standard):
Phạm vi: 10 MHz – 26.5 GHz,
Độ không đảm bảo đo: 2% (k=2)

Các trang thiết bị và phụ kiện:
- Các đầu đo công suất chuẩn (Thermistor mount) Agilent 478A, 8468B
- Máy đo phân tích trở kháng tần số cao (Vector Network Analyzer) VNA
- Bộ kit hiệu chuẩn (Calibration kit)
- Bộ kit đo hệ số sóng đứng(SWR Measurement kit) Tegam
- Vôn mét vạn năng Agilent 3458A
- Các đầu nối tương ứng và dây dẫn ghép nối
II. Chuẩn chính, chuẩn công tác
(3) Chuẩn bậc 1:
Các đầu đo công suất tần số cao NRP-Z...(R&S):
Phạm vi đo: 10 MHz  40 GHz, -67 dBm – 30 dBm
Các máy đo công suất NRP, E4418
(4)Chuẩn bậc 2:
Nguồn tín hiệu tần số cao:
-Fluke 9640B: 1 Hz  4 GHz
-Agilent 83650B: 10 MHz  50 GHz, -110 dBm  25 dBm
III. Phương tiện đo
(5) Máy đo công suất tần số cao (RF Power Meters):
- RF Power Meters
18


- RF Power Sensors
- Spectrum Analyzers
- RF Level Meters
- Modulation Analyzer
- Radio Communication Analyzers
- Site Masters
- Network Analyzers
Range: -100 dBm  44 dBm, 100 Hz  40 GHz,

50 Ω, 75 Ω, 600 Ω
(6) Máy đo điều chế tín hiệu (Audio/Modulation Instruments):
- Audio Analyzers/Generators
- AM/FM/Phase Modulation Analyzers/Generators
- Distortion Analyzers/Generators
(7) Nguồn tín hiệu tần số cao (RF Power Sources):
- Signal Generators / Function Generators
- Synthesized Sweepers
- Pulse Generators
- RF Oscillators
- Synthesized Level Generators
- Network Analyzers
- RF Power Amplifier / Splitter
Range: -100 dBm  44 dBm, 100 Hz  40 GHz, 50 Ω, 75 Ω, 600 Ω

19


1.2.2. Giới thiệu về chuẩn công suất cao tần
Hệ thống chuẩn Tegam là chuẩn công suất cao tần cao nhất tại Viện đo
lường Việt Nam. Hệ thống chuẩn công suất cao tần được thiết kế để đo chính xác
công suất cao có dải tần số từ 100 kHz đến 26.5 GHz. Hệ thống chuẩn công suất
cao tần Tegam không phải là một thiết bị riêng lẻ. Do vậy các đơn vị trong các thiết
bị này được xác định bởi các thiết bị khác và nó chỉ hoạt động khi việc kết nối hệ
thống được hoàn tất. Việc vận hành, điều khiển hệ thống cần cẩn thận, chính xác và
hiểu biết. Hệ thống gồm có các thiết bị sau: Chuẩn quốc gia F1130, F1135; chuẩn
thứ M1130, M1135 và chuẩn xác định DC: 1806 (A), 1830A. Hiện tại Chuẩn đầu
quốc gia về công suất cao tần chưa có, vì vậy việc dẫn xuất vẫn phải gửi đi cácViện
Đo lường có chuẩn Microcalorimeter như NIST, NMJ, Hàn Quốc, … để hiệu chuẩn
1.2.2.1. Giới thiệu chung

a. Giới thiệu chức năng
Hệ thống chuẩn quốc gia về công suất cao tần được thiết kế để đo chính xác
công suất cao có dải tần số từ 100 kHz đến 26.5 GHz. Đây là những thiết bị được
sử dụng có độ chính xác cao, ổn định với thời gian và nhiệt độ; được thiết kế cho
mục đích sử dụng truyền hệ số hiệu chuẩn cho các đầu đo khác. Trong đó mỗi giá
trị được cung cấp đều được dẫn xuất chuẩn từ NIST. Các chuẩn được định hình
trong cấu hình của chuẩn chính và chuẩn công tác. Các chuẩn công tác về RF được
tích hợp bộ chia nhiệt điện trở được sử dụng để hiệu chuẩn các đầu đo là bolometer
và máy đo công suất. Các chuẩn chính về RF là các nhiệt điện trở được sử dụng để
hiệu chuẩn các chuẩn và ứng dụng đo trực tiếp công suất RF.
b. Mô tả về tính chất vật lý
Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của hệ thống chuẩn RF được mô tả trong bảng 1.1
-Chuẩn công tác RF có các đầu tín hiệu kết nối là SENSOR, RF INPUT,
BIAS VOLTAGE, TEMPerature được nối ở mặt trước [5].
-Chuẩn chính có đặc tính là đầu vào RF Input được thể hiện ở mặt trước, và
đầu nối BIAS VOLTAGE, TEMPerature được nối ở mặt sau.

20


STT

Đặc trưng kỹ thuật

Nội dung

1

Dải công suất

0.01 đến 25 mW (-20 đến +14 dBm)

2

Trở kháng RF

50 

3

Độ tuyến tính công suất

 0.1% từ 1 đến 10 mW

4

Hệ số hiệu chuẩn

 0.5%/ năm

5

Các tần số được dẫn xuất từ

100, 200, 300, 455, 500 kHz

NIST:

1, 1.25, 3, 5 MHz
100 đến 100 MHz, bước nhày 10 MHz

0.1 đến 2 GHz, bước nhảy 50 MHz
1

đến 4 GHz, bước nhảy 100 MHz

4 đến 12.4 GHz, bước nhảy 200 MHz
12.75 đến 18 GHz, bước nhảy 250 MHz
18 đến 26 GHz, bước nhảy 1GHz
26.5 GHz
6

Độ dịch công suất nhiệt điện

30 ± 0.7 mW

trở DC
7

Điện trở của nhiệt điện trở

200 

8

Độ nhạy công suất nhiệt điện

Khoảng 13 /mW

trở
9

10

Nhiệt độ:
Điều khiển

 12o đến  40o C (54o đến 104oF)

Chịu được

-55o đến  75o C (-67o đến 167oF)

Thời gian sấy máy

Ít nhất 2 giờ

Bảng 1.1: Đặc trƣng chung về chuẩn công suất RF

21


1.2.2.2.Đặc tính kỹ thuật
a. Đặc trưng kỹ thuật của chuẩn M1130/F1130
Chuẩn công suất cao tần có dải tần số từ 100 kHz đến 18 GHz được thể hiện
ở hình 1.4

Hình 1.4: Hình ảnh chuẩn M1130/F1130
Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của Model F1130/M1130 ở bẳng 1.2
Model

F1130

M1130

Dải tần số

100 kHz đến 18 GHz

100 kHz đến 18 GHz

Hệ số sóng đứng

1.06 từ 100 kHz đến 6 GHz

1.30 từ 100 đến 500 kHz

1.10 từ 6 đến 15 GHz

1.10 từ 0.5 đến 1000 MHz

1.14 từ 15 đến 18 GHz

1.20 từ 1 đến 3 GHz
1.45 từ 3 đến 18 GHz

Suy hao tín hiệu

Bình thường 6 dB, lớn nhất: Lớn nhất: 1.5 dB
9 dB

Độ chính xác của ± 0.8% từ 0.1 đến 10 MHz
hệ số hiệu chuẩn

± 1.0% từ 0.1 đến 10 MHz

± 1.00% từ 0.01 đến 10 GHz

± 1.2% từ 0.01 đến 10 GHz

± 1.10% từ 10 đến 18 GHz

± 1.30% từ 10 đến 18 GHz

Đầu cái loại N

N/A

Đầu nối
SENSOR

22


RF IN

Đầu cái SMA

Đầu đực loại N

TEMP

4-pin mini-mỉcophone

4-pin mini-mỉcophone

BIAS

Đầu chuẩn 0.75”

Đầu chuẩn 0.75”

2.5 kg

1.5 kg

Cao

88.9 mm

83.8 mm

Rộng

215.9 mm

76.2 mm

Dài

391.2 mm

235 mm

VOLTAGE
Trọng lượng
Kích thước

Bảng 1.2: Mô tả đặc tính kỹ thuật của Model F1130/M1130
b. Đặc trưng kỹ thuật của chuẩn M1135/F1135
Chuẩn công suất cao tần có dải tần số từ 100 kHz đến 18 GHz được thể hiện
ở hình 1.5

Hình 1.5: Hình ảnh chuẩn M1135/F1135

23


Các đặc trưng kỹ thuật cơ bản của Model F1135/M1135 ở bẳng 1.3
Model

F1135

M1135

10 MHz đến 26.5 GHz

Dải tần số

Hệ số sóng đứng 1.25 từ 0.01 đến 18 GHz
1.35 từ 18 đến 26.5 GHz

10 MHz đến 26.5 GHz
1.50 từ 10 đến 20 MHz
1.40 từ 20 đến 50 MHz
1.30 từ 50 đến 100 MHz
1.20 từ 0.1 đến 4 GHz
1.3 từ 4 đến 8 GHz
1.4 từ 8 đến 14 GHz
1.6 từ 14 đến 18 GHz
1.75 từ 18 đến 26.5 GHz

Suy hao tín hiệu

Bình thường 6 dB, lớn nhất: Lớn nhất: 2.5 dB
11.0 dB

Độ chính xác ± 1.0% từ 0.01 đến 0.04 GHz
của hệ số hiệu ± 1.25% từ 0.05 đến 4.0 GHz
chuẩn
± 1.5% từ 4.20 đến 12.0 GHz
± 2.2% từ 12.2 đến 17.5 GHz
± 2.5% từ 17.75 đến 26.5
GHz

± 1.2% từ 0.01 đến 0.04 GHz
± 1.4% từ 0.05 đến 4.0 GHz
± 1.7% từ 4.20 đến 12.0 GHz
± 2.3% từ 12.2 đến 17.5 GHz
± 2.6% từ 17.75 đến 26.5 GHz

Đầu nối
SENSOR
RF IN
TEMP
BIAS
VOLTAGE

Đầu cái loại 3.5 mm
Đầu cái SMA
4-pin mini-mỉcophone
Đầu chuẩn 0.75”

N/A
Đầu đực loại 3.5 mm
4-pin mini-microphone
Đầu chuẩn 0.75”

Trọng lượng

2.8 kg

1.3 kg

88.9 mm
215.9 mm
391.2 mm

83.8 mm
76.2 mm
180.3 Mm

Kích thước
Cao
Rộng
Dài

Bảng 1.3: Mô tả đặc trƣng kỹ thuật của F1135/M1135
24


1.2.2.3.Các thiết bị phụ trợ
Để điều khiển được hệ thống chuẩn Công suất RF thì phải có các thiết bị phụ
trợ đi kèm. Các thiết bị được liệt kê trong bảng 1.4:

STT Tên thiết bị
1

Model

Điều khiển mức RF

Tegam

Model

1805B

hoặc

Agilent

83650B
2

Máy đo công suất type IV

1806 (A), 1804/1820

3

Vôn mét

DC Volts, độ phân giải 61/2 digit (3458A)

4

Máy đo công suất

1830

5

Máy phân tích mạng

8722ES

(Vector Network Analyzer)
6

Calibration Kit

85054D

7

Cáp nối, máy tính và các thiết
bị phụ trợ
Bảng 1.4: Các thiết bị phụ trợ

1.3. Nguyên lý họat động
1.3.1. Sự thay đổi của điện trở theo nhiệt độ
Mỗi chuẩn RF có chứa cặp hạt nhiệt điện trở thermistor, ở đó điện trở thay
đổi như là một hàm của nhiệt độ. Nhiệt độ hạt nhiệt điện trở là một hàm kết hợp cả
DC và công suất RF cung cấp cho thermistor và nhiệt độ môi trường xung quanh
các hạt. Mức công suất của các hạt điều điều khiển ở bên ngoài. Một phần tử làm
nóng được điều khiển bởi một bộ điều khiển bên ngoài, cung cấp nhiệt độ xung
quanh ổn định.
Sơ đồ nguyên lý mạch điện của RF Power Standard tại hình.1.6
Điện áp DC biasing của cặp điện trở hạt thermistor là 100 , do đó nếu mắc
song song thì điện trở RF là 50 , nếu mắc nối tiếp thì điện trở là 200 . Khối tụ
điện block và tụ điện bypass ngăn chặn DC từ tín hiệu RF. Bộ lọc tụ phòng bị hệ số
25