JJF2197—2025 代替JJG545—2015
频标比对器校准规范
CalibrationSpecificationforFrequencyComparators
2025-02-08发布2025-08-08实施
国家市场监督管理总局 发布
归口单位:全国时间频率计量技术委员会
主要起草单位:北京无线电计量测试研究所
参加起草单位:中国计量科学研究院
石家庄数英仪器有限公司
本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人:
柳 丹(北京无线电计量测试研究所)
葛 军(北京无线电计量测试研究所)
参加起草人:
李 翼(北京无线电计量测试研究所)
张爱敏(中国计量科学研究院)
张 越(中国计量科学研究院)
冯 卫(石家庄数英仪器有限公司)
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅲ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 概述…………………………………………………………………………………… (1)
4 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
4.1 参考频率…………………………………………………………………………… (2)
4.2 被测频率…………………………………………………………………………… (2)
4.3 比对不确定度……………………………………………………………………… (2)
4.4 输入灵敏度………………………………………………………………………… (3)
4.5 最大输入频差……………………………………………………………………… (3)
5 校准条件……………………………………………………………………………… (3)
5.1 环境条件…………………………………………………………………………… (3)
5.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
6 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (4)
6.1 校准项目…………………………………………………………………………… (4)
6.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)
7 校准结果表达………………………………………………………………………… (6)
8 复校时间间隔………………………………………………………………………… (7)
附录A 原始记录格式………………………………………………………………… (8)
附录B 校准证书内页格式…………………………………………………………… (9)
附录C 不确定度评定示例…………………………………………………………… (10)
Ⅰ
JJF2197—2025
引 言
JJF1001 《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》
和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制修订工作的基
础性系列规范。
本规范是对JJG545—2015 《频标比对器检定规程》的修订,主要修订内容如下:
———原规程名称为《频标比对器检定规程》,现修改为《频标比对器校准规范》;
———完善了频标比对器工作原理表述;
———扩展了频标比对器频率范围;
———扩展了比对不确定度取样时间;
———提高了比对不确定度、输入灵敏度技术指标;
———增加了最大输入频差校准项目。
本规范历次版本发布情况为:
———JJG545—2015;
———JJG545—2006;
———JJG545—1988。
Ⅱ
JJF2197—2025
频标比对器校准规范
1 范围
本规范适用于基于频差倍增技术、双混频时差技术和数字式双混频时差技术的频标
比对器的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJF1180 时间频率计量名词术语及定义
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 概述
频标比对器是一种高分辨力的频率测量仪器,通过两台频标的相互比较,测量频率
稳定度、频率偏差等指标。频标比对器实现的主要原理是通过频差倍增技术、双混频时
差技术和数字式双混频时差技术提高频率测量的分辨力。
频差倍增技术是由计数器测得频差倍增后两个频标的平均频率差,再由后处理程序
计算频率稳定度指标。
双混频时差技术是采用一个公共频率源分别与被测频率和参考频率进行混频,得到
的两个拍频信号经低通滤波器(LPF)后,由时间间隔计数器测量两个差拍信号的时间
相位差,再由后处理程序计算频率稳定度指标。
数字式双混频时差技术是对两个频标信号进行数字化采样,经数字下变频、数字鉴
相等数字信号处理得到相位差数据,再进一步计算得到频率稳定度技术指标。
频标比对器工作原理如图1~图3所示。
图1 频差倍增技术工作原理图
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图2 双混频时差技术工作原理图
图3 数字式双混频时差技术工作原理图
4 计量特性
4.1 参考频率
5MHz、10MHz。
4.2 被测频率
500kHz~400MHz。
4.3 比对不确定度
见表1。
τ 为取样时间,σy(τ)(阿仑标准偏差)表示比对不确定度。
表1 比对不确定度
取样时间τ 比对不确定度σy(τ) 取样组数m
1ms 1×10-9~1×10-11 ≥100
10ms 5×10-10~3×10-13 ≥100
100ms 5×10-11~7×10-14 ≥100
1s 1×10-12~3×10-15 ≥100
10s 2×10-13~1×10-15 ≥100
100s 3×10-14~1.5×10-15 ≥50
1000s 1×10-15~5×10-16 ≥15
10000s 5×10-16~1×10-16 ≥15
1d 5×10-16~1×10-16 ≥15
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4.4 输入灵敏度
0.1V~0.8V (有效值)(输入阻抗50Ω)。
4.5 最大输入频差
±1×10-6。
注:以上指标仅供参考。
5 校准条件
5.1 环境条件
5.1.1 温度
在18℃~28 ℃ 范围内选择某一温度点,校准过程中环境温度的变化不超过
±2℃,且不应有温度突变。
5.1.2 湿度
相对湿度:≤80%。
5.1.3 供电电源
电压:220V±22V;
频率:50Hz±2Hz。
5.1.4 其他
周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。
5.2 测量标准及其他设备
5.2.1 参考频标
输出频率:5MHz、10MHz;
频率稳定度:优于5×10-12/τ;
输出幅度:≥0.5V (有效值);
频率偏差:优于±1×10-8。
5.2.2 频率合成器
频率范围:覆盖被校频标比对器的工作频率范围;
频率分辨力:1mHz;
输出阻抗:50Ω;
频率稳定度:优于5×10-12/τ 或具有外接频标功能。
5.2.3 功率计
频率范围:覆盖被校频标比对器的工作频率范围;
功率测量范围:-10dBm~+20dBm;
功率测量最大允许误差:±0.1dB。
5.2.4 功分器
频率范围:覆盖被校频标比对器的工作频率范围;
幅度一致性:±0.15dB。
5.2.5 衰减器
频率范围:覆盖被校频标比对器的工作频率范围;
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衰减范围:(0~10)dB,步进0.1dB。
注:以上指标仅供参考。
6 校准项目和校准方法
6.1 校准项目
校准项目见表2。
表2 校准项目
序号校准项目
1 外观及工作正常性检查
2 比对不确定度
3 输入灵敏度
4 最大输入频差
6.2 校准方法
6.2.1 外观及工作正常性检查
6.2.1.1 外观检查
前面板或后面板上应标有:仪器名称、型号、制造厂、出厂编号及电源要求。
电源开关、输入输出端口、功能设置开关等均应有识别标志,显示屏能正常显示工
作参数。
各接口应牢固可靠,各功能旋钮、按键应灵活可用,无影响正常工作的机械损伤。
6.2.1.2 工作正常性检查
仪器连接如图4所示。将参考频标或频率合成器的输出经功分器分成两路,分别接
入被校频标比对器的参考和被测两个输入端,如采用频率合成器,设置频率合成器的输
出频率和输出幅度符合被校频标比对器的输入要求,观察频标比对器是否能够正常
工作。
图4 工作正常性检查连接示意图
6.2.2 比对不确定度
仪器连接如图4所示,在被校频标比对器工作频率范围内选常用频率点如5MHz、
10MHz及上限频率如400MHz等,测量比对不确定度。
(1)频差倍增型频标比对器
a)设置频标比对器测量带宽及倍增次数,测量不同取样时间的时域频率稳定度,
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取样组数按表1选取;
b)改变测量带宽或倍增次数的设置,执行步骤a)操作,将数据记录到附录
A.2中。
(2)双混频时差型频标比对器
a)设置频标比对器测量带宽,测量不同取样时间的时域频率稳定度,取样组数按
表1选取;
b)改变测量带宽的设置,执行步骤a)操作,将数据记录到附录A.2中。
注:在比对不确定度校准过程中,需要注意设置频率合成器的输出幅度,一般按照设备技术指
标的约定条件来设置。
6.2.3 输入灵敏度
仪器连接如图5或图6所示,在被校频标比对器工作频率范围内选常用频率点如
5MHz、10MHz测量输入灵敏度。
图5 被测通道输入灵敏度校准连接示意图
图6 参考通道输入灵敏度校准连接示意图
a)频率合成器的输出经功分器分成两路,分别接入被校频标比对器的参考(被测)
输入端和衰减器的输入端,衰减器的输出接入功率计输入端;
b)设置频率合成器的输出功率约为频标比对器被测(参考)通道输入信号标称的
最小功率电平值的两倍,调整衰减器的衰减值,使功率计显示值为频标比对器被测(参
考)通道输入信号标称的最小功率电平值;
c)重新连接衰减器的输出端至频标比对器的被测(参考)输入端,记录频标比对
器1s频率稳定度测量结果σ1;
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d)将6.2.2测得1s比对不确定度测量结果记为σ0,如果σ1≤σ0,则最小功率电
平值作为被测(参考)通道的输入灵敏度,将数据记录到附录A.3中;
e)反之,减小衰减器的衰减值或增大频率合成器的输出功率,直到满足σ1≤σ0,
将衰减器的输出端连接功率计,功率计显示值为频标比对器被测(参考)输入端的输入
灵敏度,将数据记录到附录A.3中。
6.2.4 最大输入频差
仪器连接如图7所示。
图7 最大输入频差校准连接示意图
a)参考频标的输出经功分器分成两路,分别接入被校频标比对器的参考输入端和
频率合成器的外参考输入端,频率合成器的输出接入频标比对器被测输入端;
b)以参考频标输出频率作为中心频率,调节频率合成器输出频率分别达到正、负
最大输入频差值,频标比对器测量频率偏差,测量结果应与频率合成器设置值相符合,
将数据记录到附录A.4中。
7 校准结果表达
校准证书应至少包括以下内容:
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)证书或报告的唯一性标识(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或应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)对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)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
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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,不得部分复制证书或报告的声明。
8 复校时间间隔
复校时间间隔由用户根据使用情况自行决定,建议不超过12个月。
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附录A
原始记录格式
A.1 外观及工作正常性检查
检查项目结果
外观
工作正常性
A.2 比对不确定度
取样时间τ 测量带宽倍增次数比对不确定度σy(τ) 不确定度U (k=2)
1ms
10ms
100ms
1s
10s
100s
1000s
10000s
1d
A.3 输入灵敏度
测量通道输入信号频率1s频率稳定度输入灵敏度不确定度U (k=2)
参考输入端
被测输入端
A.4 最大输入频差
设定值测量值不确定度U (k=2)
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附录B
校准证书内页格式
B.1 外观及工作正常性检查
检查项目结果
外观
工作正常性
B.2 比对不确定度
取样时间τ 测量带宽倍增次数比对不确定度σy(τ) 不确定度U (k=2)
1ms
10ms
100ms
1s
10s
100s
1000s
10000s
1d
B.3 输入灵敏度
测量通道输入信号频率1s频率稳定度输入灵敏度不确定度U (k=2)
参考输入端
被测输入端
B.4 最大输入频差
设定值测量值不确定度U (k=2)
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附录C
不确定度评定示例
C.1 比对不确定度校准结果不确定度评定
测量方法见6.2.2,其中氢原子频率标准VCH-1003作为参考频标,测量被校频标
比对器的1s比对不确定度。
C.1.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:有限次测量引入的不确定度。
C.1.2 标准不确定度评定
采用A类方法进行评定,被校频标比对器1s比对不确定度测量结果为2.1×
10-13,阿仑标准偏差有限次测量次数m 为100,则:
u1=2.1×10-13
100 =2.1×10-14 (C.1)
C.1.3 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表C.1。
表C.1 1s比对不确定度标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号评定方法分布k 值标准不确定度
有限次测量u1 A 类正态1 2.1×10-14
合成标准不确定度为:
uc=u1=2.1×10-14 (C.2)
C.1.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,扩展不确定度为:
U =kuc=2×2.1×10-14≈4×10-14 (C.3)
C.2 输入灵敏度校准结果不确定度评定
测量方法见6.2.3,其中频率合成器为33250A,功分器为ZSC-2-1+,衰减器为
8494A,功率计为N1911A,测量被校频标比对器的输入灵敏度。
C.2.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
a)频率合成器电平误差引入的不确定度;
b)功率计电平误差引入的不确定度。
C.2.2 标准不确定度评定
a)频率合成器电平误差引入的标准不确定度u1
依据频率合成器33250A技术说明书,其电平误差为± (1%设定值+1mV) (峰
峰值),按B类方法评定,设为均匀分布,包含因子k= 3,则:
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u1=1%×500mV (有效值)+1/2
3 ≈3.29mV (C.4)
b)功率计电平误差引入的标准不确定度u2
依据功率计N1911A技术说明书,其电平误差为± (5%功率设定值),按B类方
法评定,设为均匀分布,包含因子k= 3,则:
u2=5%×500mV (有效值)
3 ≈14.43mV (C.5)
C.2.3 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表C.2。
表C.2 输入灵敏度标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号评定方法分布k 值标准不确定度
频率合成器电平误差u1 B类均匀3 3.29mV
功率计电平误差u2 B类均匀3 14.43mV
以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22 ≈14.80mV (C.6)
C.2.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,扩展不确定度为:
U =kuc=2×14.80mV≈30mV (C.7)
C.3 最大输入频差校准结果不确定度评定
测量方法见6.2.4,其中氢原子频率标准VCH-1003作为参考频标,测量被校频标
比对器的最大输入频差。
C.3.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
a)参考频标输出频率不准确引入的不确定度;
b)参考频标输出频率不稳定引入的不确定度;
c)测量重复性引入的不确定度。
C.3.2 标准不确定度评定
a)参考频标输出频率不准引入的标准不确定度u1
氢原子频率标准经量值溯源,其频率偏差为±1×10-13,按B类方法评定,设其为
均匀分布,包含因子k= 3,则:
u1=1×10-13
3 ≈5.77×10-14 (C.8)
b)参考频标输出频率不稳定引入的标准不确定度u2
氢原子频率标准经量值溯源,其10s频率稳定度为2×10-14,按B类方法评定,
设其为均匀分布,包含因子k= 3,则:
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u2=2×10-14
3 ≈1.15×10-14 (C.9)
c)测量重复性引入的标准不确定度u3
采用A类方法进行评定,对被校频标比对器最大输入频差连续独立测量10次,用
贝塞尔法计算实验标准偏差。重复性测量数据见表C.3。
表C.3 测量重复性
序号最大输入频差
1 1.05×10-6
2 1.06×10-6
3 1.07×10-6
4 1.05×10-6
5 1.07×10-6
6 1.05×10-6
7 1.03×10-6
8 1.05×10-6
9 1.06×10-6
10 1.05×10-6
x 1.05×10-6
sn(x) 1.17×10-8
标准不确定度:
u3 =sn(x)= 1 n -1Σn
i=1(xi -x)2 ≈1.17×10-8 (C.10)
C.3.3 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表C.4。
表C.4 最大输入频差标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号评定方法分布k 值标准不确定度
参考频标输出频率不准确u1 B类均匀3 5.77×10-14
参考频标输出频率不稳定u2 B类均匀3 1.15×10-14
测量重复性u3 A 类正态1 1.17×10-8
以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22+u23 ≈1.17×10-8 (C.11)
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C.3.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,扩展不确定度为:
U =kuc=2×1.17×10-8≈3×10-8 (C.12)
注:以上不确定度评定示例中,当测量环境符合环境校准要求时,环境影响引入的不确定度分
量可以忽略不计,不再单独列出。
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