射頻微波知識點(diǎn)

1、一、射頻/微波技術(shù)及其基礎(chǔ)1、射頻/微波技術(shù)的基礎(chǔ) 什么是微波技術(shù)研究微波的產(chǎn)生、放大、傳輸、輻射、接收和測量的科學(xué)。射頻/微波技術(shù)是研究射頻/微波信號的產(chǎn)生、調(diào)制、混頻、驅(qū)動放大、功率放大、發(fā)射、空間傳輸、接收、低噪聲放大、中頻放大、解調(diào)、檢測、濾波、衰減、移相、開關(guān)等各個電路及器件模塊的設(shè)計和生產(chǎn)的技術(shù)，利用不同的電路和器件可以組合成相應(yīng)的射頻/微波設(shè)備。微波技術(shù)主要是指通信設(shè)備和系統(tǒng)的研究、設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用。 微波技術(shù)的基本理論是以麥克斯韋方程為核心的場與波的理論2、射頻/微波的基本特性 頻率高、穿透性、量子性、分析方法的獨(dú)特性射頻頻段為30 300MHz，微波頻段為300MHz 300

2、0GHz，相對應(yīng)波長為1m 0.1mm，照射于介質(zhì)物體時能深入到該物質(zhì)的內(nèi)部。根據(jù)量子理論，電磁輻射能量不是連續(xù)的，而是由一個個的“光量子”組成，單個量子的能量與其頻率的關(guān)系為e = hf式中,h = 410-15電子伏秒 (eVS) 成為普朗克常數(shù)3、射頻/微波技術(shù)在工程里的應(yīng)用 無線通信的工作方式1、單向通信方式 通信雙方中的一方只能接收信號，另一方只能發(fā)送信號，不能互逆，收信方不能對發(fā)信方直接進(jìn)行信息反饋2、雙向單工通信方式 通信雙方只能交替地進(jìn)行發(fā)信和收信，收發(fā)不能同時進(jìn)行。3、雙向半雙工通信方式 通信雙方中的一方使用雙頻雙工方式，可同時收發(fā)；另一方則使用雙頻單工方式，發(fā)信時要按下“送

3、話”開關(guān)。4、雙向全雙工通信方式 通信雙方可以通信進(jìn)行發(fā)信和收信，這時收信與發(fā)信一般采用不同的工作頻率，通過雙工器來完成收信和發(fā)信的隔離。二、電磁波頻譜1、電磁波頻譜及頻段劃分頻段頻率波長ELF（極低頻）30 300Hz10000 1000KmVF（音頻）300 3000Hz1000 100KmVLF（甚低頻）3 30KHz100 10KmLF（低頻）30 300KHz10 1KmMF（中頻）300 3000KHz1 0.1KmHF（高頻）3 30MHz100 10mVHF（甚高頻）30 300MHz10 1mUHF（特高頻）300 3000MHz100 10cmSHF（超高頻）3 30GHz

4、10 1cmEHF（極高頻）30 300GHz1 0.1cm亞毫米波300 3000GHz1 0.1mm光波100 1000THz300 3000 nm2、射頻/微波系統(tǒng)工程的無線電頻段劃分及代號波段代號頻率范圍（GHz）波長范圍（cm）P0.23 1130 30L1 230 15S2 415 7.5C4 87.5 3.75X8 12.53.75 2.5Ku12.5 182.5 1.67K18 271.67 1.11Ka27 401.11 0.75U40 600.75 0.5V60 800.5 0.375W80 1000.375 0.33、移動通信頻段體制分配頻段（MHz）實(shí)際頻段（MHz）運(yùn)

5、營商頻道間隔CDMA-IS95上行825 835上行825 835中國電信1.23MHz下行870 880下行870 880GSM900上行890 915上行890 909中國移動200KHzDCS1800上行1710 1755上行1710 1720中國移動下行1805 1815下行1805 1850上行1745 1755中國聯(lián)通下行1840 1850WCDMA上行1920 1980上行1940 1955中國聯(lián)通5MHz下行2110 2170下行2130 2145CDMA2000上行825 835上行825 835中國電信1.23MHz下行870 880下行870 880TD-SCDMAA20

6、10 2025A2010 2025中國移動1.6MHzB1880 1920BW-LAN2.4 2.48GHz CDMA系統(tǒng)的各信道頻率頻道序號上行頻率下行頻率備注37826.11MHz871.11MHz78827.34MHz872.34MHz119828.57MHz873.57MHz160829.80MHz874.80MHz201831.03MHz876.03MHz242832.26MHz877.26MHz283833.49MHz878.49MHz GSM900系統(tǒng)的頻道配置GSM-900系統(tǒng)采用等間隔方式，頻道間隔為200KHz，同一信道的收發(fā)頻率間隔為45MHz,頻道序號和頻道標(biāo)稱中心頻率

7、的關(guān)系為F上行（n）= 890.2 +（n-1）0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：頻道序號 n = 1 124在我國的GSM900網(wǎng)絡(luò)中，194號載頻分配給中國移動使用，96124號載頻分配給中國聯(lián)通使用，95號載頻作為保護(hù)隔離，不用于業(yè)務(wù)。 DCS1800系統(tǒng)的頻道配置DCS1800系統(tǒng)采用等間隔方式，頻道間隔為200KHz，同一行到的收發(fā)頻率間隔為95MHz，頻道序號和頻道標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為F上行（n）= 1710.2 +（n-512）0.2 MHzF下行（n）= F上行（n）+ 45 MHz式中：頻道序號 n = 512 885在我國的DCS1800網(wǎng)絡(luò)中

8、，512561號載頻分配給中國移動使用，686736號載頻分配給中國聯(lián)通使用。 WCDMA的頻道配置WCDMA的工作頻道為20MHz，可在60MHz內(nèi)任意選擇，信道帶寬為5MHz。 TD-SCDMA的頻率配置工作頻率l 18001920 MHz（上/下行共用）20102025 MHz（上/下行共用）23002400 MHz（上/下行共用）l *18501910 MHz（上/下行共用） 19301990 MHz（上/下行共用）l *19101930 MHz（上/下行共用）注：1、*用在ITU定義的區(qū)域2，此頻段分配屬研究頻段2、其他頻段有相關(guān)主管部門確定中國移動TD-SCDMA網(wǎng)的頻率范圍及信道

9、20102025MHz；信道帶寬：1.28MHz；信道間隔：1.6MHz載頻有效工作帶寬計算： （N-1）1.6MHz + 1.28MHz + (M-1)5MHz式中：N為頻點(diǎn)數(shù)，M為組數(shù)三、射頻/微波工程中的重要參數(shù)1、頻率、阻抗和功率的表征 頻率1、 頻率的定義頻率是單位時間內(nèi)重復(fù)的次數(shù)。頻率和周期在數(shù)學(xué)上互為倒數(shù)，即f=1/T2、 有關(guān)信號頻率的基本電路在射頻/微波電路里，直接與信號頻率相關(guān)的電路及儀器有信號發(fā)生器、頻率變換器、頻率選擇器。 功率1、 功率的定義描述射頻/微波信號的能量大小，單位是瓦特，用符號表示。2、 有關(guān)射頻/微波信號功率的基本電路在射頻/微波電路里，直接與信號功率相

10、關(guān)的電路及儀器有衰減器、功率分配/合路器、定向耦合器、放大器 阻抗1、阻抗的定義 在特定頻率下，描述射頻/微波電路對微波信號能量傳輸?shù)挠绊懙囊粋€重要參數(shù)。2、有關(guān)射頻/微波阻抗的基本電路 阻抗變換器、阻抗匹配器、阻抗標(biāo)準(zhǔn)器四、射頻/微波工程測量技術(shù)1、測量的重要性 測量是人類認(rèn)識和改造世界的一種重要的手段。在人們對客觀事物的認(rèn)識過程中，經(jīng)常需要進(jìn)行定性、定量的分析，這時就要進(jìn)行測量。測量是通過實(shí)驗(yàn)方法對客觀事物取得定量數(shù)據(jù)的過程，通過大量的測量，人們可以逐步準(zhǔn)確地認(rèn)識各種客觀事物，建立起各種定理和定律。所以，杰出的科學(xué)家門捷列夫說：“沒有測量，就沒有科學(xué)”。電子信息科學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的象征，它

11、的三大支柱是：信息獲?。y量技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）、信息處理（計算機(jī)技術(shù)），三者中信息的獲取是首要的，而電子測量是獲取信息的重要手段。 微量技術(shù)包括哪些方面？微波信號特性的測量和微波網(wǎng)絡(luò)特性的測量2、微波頻率的測量 直接影響信號的頻率穩(wěn)定度的因素為如下五方面。1. 頻率源的參數(shù)變化2. 外界干擾的影響3. 頻率源噪聲的影響（1）附加噪聲 （2）干擾噪聲（3）調(diào)頻閃變噪聲4. 信號的雜散（或寄生信號）引起頻率不穩(wěn)定性5. 交流干擾（或稱哼擾調(diào)制） 射頻/微波工程對頻率特性的要求1、時域特性頻率誤差：指直放站在工作頻帶內(nèi)輸入頻率與輸入頻率的偏差調(diào)制準(zhǔn)確度：可用相位誤差來衡量，直放站相位誤差是

12、指直放站輸出相位軌跡與其回歸線之差。2、頻域特性移動通信系統(tǒng)里通信信號的頻域特性是對通信設(shè)備的重要指標(biāo)，該指標(biāo)要求的表征形式較多，最主要的是用噪聲、頻譜等特性來表示。 頻差倍增技術(shù)該技術(shù)是將頻差通過倍增器，擴(kuò)大后再進(jìn)行測量，也可稱為“頻率倍增技術(shù)”被測頻率（fx）、標(biāo)稱頻率（fs）、頻率偏差（f）有如下關(guān)系頻差倍增有三種方式：直接倍增、一級倍增、多級倍增3、微波功率的測量 基本概念：測量微波功率的最常用方法是“熱”的方法，即把微 波能量轉(zhuǎn)換成熱能，然后用測熱的方法進(jìn)行測量。常用的測熱式功率測量儀器有量熱式功率計、熱偶式功率計和測輻射熱器式功率計等。 對數(shù)單位1、 絕對功率電平（dBm）以基準(zhǔn)量

13、P0 = 1mW作為零功率電平（0dBm），則任意功率（被測功率）Px的功率電平定義為：2、 相對功率（dB）相對功率即兩個功率之比的對數(shù): 若P1 = 10P2，則有這個無量綱的數(shù)為1，稱為1貝爾（Bel）。在實(shí)際應(yīng)用時，貝爾太大，通常采用分貝，寫為dB（deci Bel），1貝爾等于10dB。3、 功率的定義及其信號源反射系數(shù)的影響信號源的資用功率。信號源傳輸?shù)綗o反射負(fù)載上的功率（也稱為發(fā)生器功率）。信號源入射到任意負(fù)載上的功率以及信號源傳輸?shù)饺我庳?fù)載上的凈功率等 a1為信號源入射到負(fù)載的入射電壓波波幅；b1為負(fù)載反射的反射電壓波波幅；bG為信號源傳輸?shù)綗o反射負(fù)載的電壓波波幅；G為信號源的

14、反射系數(shù)；L為負(fù)載的反射系數(shù)。當(dāng)負(fù)載的反射系數(shù)與信號源的反射系數(shù)成復(fù)數(shù)共軛是，其反射系數(shù)滿足L = G* 的條件。此時信號源傳輸?shù)截?fù)載上的功率最大。4、微波阻抗的測量 分布參數(shù)阻抗的基本概念傳輸線上的電壓和電流式中：V為電壓復(fù)數(shù)； I為電流復(fù)數(shù)； A，B為由終端負(fù)載特性決定的復(fù)常數(shù)； Z0為傳輸線的特性阻抗，該參數(shù)僅與傳輸線的結(jié)構(gòu)、尺寸和頻率有關(guān)； = + j 為是傳輸線的另一個參數(shù)，其中是衰減常數(shù)，j 是相位常數(shù)。傳輸線上的阻抗關(guān)系在分布參數(shù)電路中，線上任一點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗定義為該點(diǎn)的復(fù)數(shù)電壓與復(fù)數(shù)電流之比。，線上任一點(diǎn)P的阻抗Zp，式中：l為由P點(diǎn)至終端負(fù)載的距離在終端負(fù)載處，l = 0，可求

15、得終端負(fù)載阻抗ZL為可得：得到線上任一點(diǎn)P的阻抗ZP與終端負(fù)載阻抗ZL的關(guān)系式對于無耗傳輸線， = 0， = + j ，則可以看出，因此分布參數(shù)阻抗在沿線的不同位置各不相同，是沿線位置的函數(shù)電壓反射系數(shù)與回波損耗電壓反射系數(shù)：線上任一點(diǎn)的電壓反射系數(shù)定義為該點(diǎn)反射波電壓與該點(diǎn)入射波電壓之比值，反射系數(shù) = | |e j，是一個由模| |和相角組成的復(fù)數(shù)量。根據(jù)定義，線上任一點(diǎn)P的反射系數(shù)p，用數(shù)學(xué)式表示為：式中：l 為由P點(diǎn)至終端負(fù)載的距離。在終端負(fù)載處，l = 0，負(fù)載的反射系數(shù)為對于無耗線有： 或 表明，沿?zé)o耗線移動參考面位置時，反射系數(shù)模不變，都等于終端負(fù)載的反射系數(shù)模|L|，而沿線反射

16、系數(shù)的相角則隨l成線性關(guān)系變化。駐波比：電壓駐波比的定義是電壓最大值|V| max與電壓最小值|V| min之比值（英文縮寫為VSWR），簡稱駐波比。一般用符號K:1表示，用數(shù)學(xué)式表示為：駐波比是無量綱的標(biāo)量，為了表征電壓駐波的相位，通常取從測試參考面往源端移動到第一個電壓最小點(diǎn)處的距離lmin作為駐波相位的標(biāo)志。取許多電壓最小點(diǎn)中的第一個電壓最小點(diǎn)，實(shí)際是規(guī)定了駐波相位的單值變化范圍為0 lmin /2。必要時也可以取半波長任意整數(shù)倍的其它最小點(diǎn)位置代替。駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系：式中：K為駐波比；|L|為反射系數(shù)摸。二端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)當(dāng)端口2連接無反射負(fù)載時，從端口1看入網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù) 當(dāng)端

17、口2連接無反射負(fù)載時，從端口1到端口2的傳輸系數(shù) 當(dāng)端口1連接無反射負(fù)載時，從端口2到端口1的傳輸系數(shù) 當(dāng)端口1連接無反射負(fù)載時，從端口2看入網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù) 六、射頻微波的測量儀器1、微波信號發(fā)生器 信號發(fā)生器是產(chǎn)生不同頻率、不同波形和不同幅度的電壓和電流信號，并加載到被測器件或設(shè)備上，然后用其他的測量儀器測量其輸出響應(yīng)。 信號發(fā)生器的主要應(yīng)用有作為激勵源：作為某些點(diǎn)在設(shè)備如移動通信設(shè)備的激勵信號源，尤其是在移動通信射頻工程里可作為信源作為校準(zhǔn)源：產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn)信號，用于對一般的信號源進(jìn)行校準(zhǔn) ，尤其是微波信號的頻譜特性的測量，需要有低噪聲信號發(fā)生器作為標(biāo)磚信號信號仿真：在電子設(shè)備測量中，場需要

18、產(chǎn)生模擬實(shí)際環(huán)境特性的信號，可對于干擾信號進(jìn)行仿真。 微波信號發(fā)生器的主要特性有？ 頻率特性頻率范圍：微波信號發(fā)生器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都得到保證時的輸出頻率范圍頻率準(zhǔn)確度和分辨率：微波信號發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度指標(biāo)稱輸出信號頻率相對于標(biāo)準(zhǔn)頻率的相對偏差程度。微波信號的頻率準(zhǔn)確度取決于讀數(shù)精度和校準(zhǔn)精度。讀數(shù)精度決定于頻率刻度盤或其他讀數(shù)裝置上所能分片的最小增量，即分辨率。頻率穩(wěn)定度：由于微波源的內(nèi)部隨機(jī)噪聲和電氣、機(jī)械以及環(huán)境的不穩(wěn)定因素引起的震蕩頻率的相對起伏，其表征量分為頻域和時域。時域方面通常用頻率漂移特性來衡量微波信號發(fā)生器由于環(huán)境溫度、濕度的變化、電子器件以及其他的老化等因素引起的頻率漂移。

19、頻域方面用相位噪聲譜密度來表征頻譜純度。 功率特性：輸出電平、幅度穩(wěn)定性、幅度均勻性、輸出駐波比、高頻泄露 調(diào)制特性：調(diào)制種類、調(diào)制信號特性、調(diào)制指數(shù)、調(diào)制失真、幾聲調(diào)制等。調(diào)制種類：正弦調(diào)幅、脈沖調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等方式調(diào)制信號特性：正弦調(diào)幅脈沖調(diào)制、調(diào)頻2、頻率合成信號發(fā)生器 什么是頻率合成？ 頻率合成就是對一個參考頻率進(jìn)行頻率的加和減（混頻）、乘（倍頻）、除（分頻），以得到所需要的一系列信號頻率，而且所有的輸出頻率都與參考頻率相關(guān)，具有完全一樣的頻率準(zhǔn)確度和長期頻率穩(wěn)定度。 實(shí)現(xiàn)頻率合成的方法 直接合成：基準(zhǔn)信號通過脈沖形成電路產(chǎn)生諧波豐富的窄脈沖，進(jìn)過混頻、分頻、倍頻、濾波進(jìn)行頻率的變換

20、和組合，產(chǎn)生大量的離散頻率，最后通過濾波器取出所需頻率。方法包括多晶體頻率合成法、單晶體諧波選頻法和十進(jìn)制多晶體直接合成法。 間接合成：間接合成是通過鎖相環(huán)來完成頻率的加、減、乘、除，故也稱為鎖相合成法 鎖相環(huán)路基最基本組成框圖鎖相環(huán)的基本形式 混頻式鎖相環(huán)：利用鎖相環(huán)對輸入信號頻率進(jìn)行加、減運(yùn)算，也稱為加減環(huán)。 倍頻式鎖相環(huán)：利用鎖相環(huán)對輸入信號頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算。常有脈沖控制和數(shù)字環(huán)兩種基本形式 脈沖控制環(huán)組成框圖數(shù)字環(huán)原理圖 分頻式鎖相環(huán)：利用鎖相環(huán)對輸入信號進(jìn)行除法運(yùn)算。 鎖相環(huán)的基本理論 鎖相環(huán)路的鎖定過程鎖相環(huán)開始工作時，壓控振蕩器（VCO）的固有輸出信號頻率f0（即開環(huán)時VCO自由

21、振蕩頻率），總是不等于輸入信號頻率fi（通常是參考頻標(biāo)頻率），即存在固有的頻差：f = f0 - fi，則兩個信號之間的相位差將隨時間變化，經(jīng)相位比較器，鑒出與之相應(yīng)的誤差電壓Vd（t），然后，通過環(huán)路濾波器加到VCO上。VCO受誤差電壓控制，使壓控振蕩器的頻率向著輸入信號的頻率靠攏，也就是使差拍頻率越來越低，直至消除頻差而鎖定。環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的上述過程，稱為鎖相環(huán)的捕捉過程。鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時具有兩個基本特性，一個特性是輸入信號和VCO輸出信號之間只存在一個穩(wěn)態(tài)相位差，而不存在頻率差；另一個特性是VCO的輸出頻率穩(wěn)定在輸入頻率（參考頻標(biāo)頻率）上，鎖相合成法就是利用這一特性來穩(wěn)定

22、頻率。 鎖相環(huán)的跟蹤特性和同步帶寬 當(dāng)環(huán)路鎖定時，VCO的輸出頻率（也稱環(huán)路輸出頻率）f0等于環(huán)路輸入頻率fi，也就是說，環(huán)路輸出頻率可以精確地跟蹤上輸入頻率的變化，這就是環(huán)路的跟蹤特性，所以環(huán)路的鎖定狀態(tài)又稱跟蹤狀態(tài)或同步狀態(tài)。當(dāng)輸入頻率變化超過一定范圍（即固有頻差超過一定值），輸出頻率不再能跟蹤輸入頻率的變化，這時環(huán)路將“失鎖”。 在環(huán)路保持鎖定的條件下，把輸入頻率所允許的最大變化范圍定義為同步帶寬。在鎖相合成器中，輸入頻率是基準(zhǔn)頻率fr，相對于輸出頻率f0，可認(rèn)為基準(zhǔn)頻率fr不變，那么，同步帶寬可理解為在環(huán)路保持鎖定的條件下，VCO頻率f0允許變化的最大范圍。 鎖相環(huán)路的捕捉與捕捉帶寬鎖

23、相環(huán)從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)是有條件的，當(dāng)鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)，若調(diào)諧VCO的輸出頻率f0，使它逐漸向基準(zhǔn)頻率fr靠近，即減小固有頻差f0f0fr，只有當(dāng)固有頻差減小到一定值，環(huán)路才能從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。為此，“捕捉帶寬”可定義為環(huán)路最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許的固有頻差。鎖相環(huán)的捕捉過程是環(huán)路從失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程。只要固有頻差f0小于環(huán)路的捕捉帶寬，那么，通過捕捉，環(huán)路總能進(jìn)入鎖定，當(dāng)然，捕捉過程是需要一定時間。通常，鎖相環(huán)的捕捉過程可分為兩個階段：第一階段是頻率牽引階段，另一階段是快捕。 鎖相環(huán)路的基本特性：鎖定特性、載波跟蹤特性、調(diào)制跟蹤特性、低門限特性。 單環(huán)鎖相頻率合成

24、器： 變模前置分頻鎖相環(huán)頻率合成器：NT （P1）N2（N1N2）PPN1N2假如，P10，則總分頻比為NT 10N1N2 小數(shù)分頻鎖相頻率合成器 整數(shù)分頻鎖相環(huán)，為了提高頻率分辨力，就必須減小fr，其結(jié)果使轉(zhuǎn)換時間過大，這是一對矛盾。為了解決這一矛盾，可采用小數(shù)分頻鎖相環(huán)路，這樣就能在不改變參考頻率的條件下提高頻率分辨了。為了能提高分辨率，又不降低參考頻率，在小數(shù)分頻鎖相頻率合成電路中，設(shè)計可編程分頻器提供小數(shù)的分頻比，每次改變某頻率位小數(shù)實(shí)現(xiàn)輸出頻率切換，這樣就可以再不降低參考頻率的情況下提高輸出頻率分辨率。小數(shù)分頻比有如下關(guān)系式：3、DDS合成信號發(fā)生器 工作原理可編程DDS系統(tǒng)的核心是

25、相位累加器，它由一個加法器和一個N位相位寄存器組成，N一般為2432。每來一個外部參考時鐘脈沖，相位寄存器便以步長M遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個地址對應(yīng)正弦波中0360范圍的一個相位點(diǎn)。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號，然后驅(qū)動DAC以輸出模式量。 相位寄存器每過2N/M個外部參考時鐘后返回到初始狀態(tài)一次，相位的正弦查詢表每消費(fèi)一個循環(huán)也回到初始位置，從而使整個DDS系統(tǒng)輸出一個正弦波。輸出的正弦波周期To=Tc2N/M，頻率fout=Mfc/2N，Tc、fc分別為外部參考時鐘的周期和頻率。D

26、DS在理論上輸出的最大頻率fmax = fr / 2，實(shí)際工作中：f0 max = fr / 4 DDS的特點(diǎn)DDS是以標(biāo)準(zhǔn)參考源作為基準(zhǔn)，對所要求頻率進(jìn)行相位取樣，合成的頻率與單位周期內(nèi)相位取樣量多少有關(guān)。DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)，它的頻率轉(zhuǎn)換時間由低通濾波器附加的時延來決定，因此DDS的調(diào)諧時間短，一般只有nS級，最大不超過2S。DDS的頻率分辨率很高，正是由于DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)，因此，當(dāng)一個轉(zhuǎn)換頻率的指令加在DDS的數(shù)據(jù)輸入時，它會迅速合成所要求的頻率信號DDS可在極寬的頻率范圍之內(nèi)（一般超出一個倍頻程）輸出幅度平坦的信號。并且輸出頻響可以預(yù)測。DDS中幾乎

27、所有部件都屬于數(shù)字信號處理部件，易于集成、功耗低、體積小、重量輕。4、頻譜分析儀 頻譜分析儀的主要用途1. 測量正弦信號的頻譜純度2. 測量調(diào)制信號的頻譜3. 測量非正弦波的頻譜 4. 測量通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)質(zhì)量5. 測量激勵源響應(yīng)6. 測量放大器的性能7. 噪聲頻譜測量及分析 8. 電磁干擾的測量 。 頻譜分析儀的分類1、數(shù)字式頻譜儀 數(shù)字濾波式頻譜儀 快速傅里葉變換式頻譜儀2、模擬式頻譜儀 實(shí)時：并行濾波頻譜儀 非實(shí)時：并行濾波頻譜儀、可調(diào)頻頻譜儀、掃頻外差頻譜儀 頻譜儀主要設(shè)置參數(shù) 1、頻率顯示范圍：可以用開始頻率和終止頻率來設(shè)置，或用中心頻率和頻率跨度設(shè)置 2、電平顯示范圍：用最大顯示電

28、平（參考電平）及兩成跨度來設(shè)置 3、頻率分辨率：頻率分辨率帶寬（RBW），通過中品濾波器來設(shè)置（對于外差原理工作的頻譜儀）。頻率分辨率是決定分析帶寬的指標(biāo)。 4、掃描時間：記錄整個頻譜所需的時間。小德分辨率帶寬相應(yīng)的需要長的掃描時間 外差式頻譜分析儀的結(jié)構(gòu)（1）射頻輸入部分（射頻前端）（2）中頻信號處理部分（中頻濾波和放大）（2）中頻信號處理部分（中頻濾波和放大）（3）視頻信號處理 （3）視頻信號處理（4）檢波器（5）蹤跡處理 使用頻譜儀時設(shè)置參數(shù)及其相關(guān)性1、掃描時間、頻率跨度和VBW/RBW由于使用了模擬或數(shù)字濾波器，所以掃描速度會受到中頻和視頻濾波器的 瞬態(tài)響應(yīng)時間所限。若VBWRBW，

29、則視頻濾波器的瞬態(tài)時間沒有影響。在這種情況下，需要的瞬態(tài)響應(yīng)時間與RBW的平方成反比，其關(guān)系式為： 式中：Tsweep 為是給定頻跨與分辨率帶寬下所需的最小掃描時間，單位為s；BIF 為分辨率帶寬，單位為Hz； f 為顯示頻寬，單位為Hz；k 為比例系數(shù) 在現(xiàn)代頻譜儀中，VBW可與RBW連動。通?？砂聪旅娴倪M(jìn)行選擇RBW/VBW：測量正弦信號時，RBW/VBW = 0.3或1。測量脈沖信號時，RBW/VBW = 0.1。測量噪聲信號時，RBW/VBW = 10。2、參考電平與射頻衰減 為了使對數(shù)放大器、包絡(luò)檢波器和A/D轉(zhuǎn)換器達(dá)到全部動態(tài)，必須正確地在最后使用中頻放大器。調(diào)整增益以使對數(shù)放大器

30、、包絡(luò)檢波器或A/D轉(zhuǎn)換器滿負(fù)荷。雖然中頻增益也依賴于衰減器，通過改變參考電平可間接設(shè)置中頻增益。若參考電平不變，增加衰減器將會同時增加中頻增益。如果顯示的信號電平超過參考電平將會引起過載，可通過增加參考電平來減小中頻增益。 在現(xiàn)代頻譜儀中，射頻衰減器與參考電平連動，連動準(zhǔn)則使輸入信號的電平對應(yīng)于參考電平，從而最大的混頻器電平在滿負(fù)載下的混頻器電平是參考電平與射頻衰減器之差，其具體關(guān)系如下：式中：Lmix 為滿負(fù)載下第一混頻器的輸入電平，單位dBm。 Lin,max 為滿負(fù)載時對應(yīng)的輸入電平，單位dBm。 LRef 為參考電平，單位dBm。 aRF 為射頻衰減器的設(shè)置，單位為dB。3、過載 當(dāng)

31、使用頻譜儀時，應(yīng)盡量避免由于輸入信號過大產(chǎn)生過載。過載會發(fā)生在信號通路中幾個點(diǎn)上。因此，必須正確設(shè)置射頻衰減器和參考電平（中頻增益）。為此，對頻譜儀的關(guān)鍵單元及其相關(guān)的使用準(zhǔn)則進(jìn)行分析。 頻譜儀的第一混頻器單元 通過分辨率濾波器進(jìn)行中頻信號處理 對頻譜儀的過載保護(hù) 頻譜分析儀的主要技術(shù)特性1、選擇性：選擇性表明選擇信號頻譜的能力，指能吧靠得最近的相鄰兩個分量（兩條相鄰譜線）分辨出來的能力。通常，用頻譜分辨率來表示選擇性的優(yōu)劣。分辨率的高低主要取決于窄帶中頻濾波器的帶寬 譜儀的分辨率主要取決于中頻窄帶濾波器頻率特性的-3dB點(diǎn)和-60dB點(diǎn)描述，帶寬越小，則分辨率越高。 分辨帶寬RBW（-3dB

32、帶寬） -60dB帶寬： 形狀因子FF2、靈敏度：靈敏度是表示接收微弱信號的能力。頻譜儀靈敏度的定義為在特定的分辨帶寬下，或歸一化到1Hz帶寬時的本底噪聲，常以dBm為單位。靈敏度常常也用最小可測的信號幅度表示，其數(shù)值上等于顯示平均噪聲電平DANL。3、動態(tài)范圍：頻譜分析儀的動態(tài)范圍指標(biāo)是表征頻譜儀同時測量大小信號的能力，用最大信號與最小信號之比的dB值表示。影響頻譜儀的動態(tài)范圍的因素：l 混頻器的內(nèi)部失真（限制了最大信號電平）l 內(nèi)部噪聲電平（限制了最小信號電平） 為了最好的信噪比，希望混頻器的工作電平盡可能高； 希望產(chǎn)生的內(nèi)部失真最小，則要求混頻器工作電平盡可能低。l 本振相位噪聲（限制了

33、測量近端微弱信號的能力）4、 頻譜精度：代頻譜儀的本振通過鎖相環(huán)同步到一個穩(wěn)定的參考振蕩器上。頻譜儀的頻率精度也就是參考源的精度，并且受參考源的溫度和長期穩(wěn)定度的影響。5、 電平測量誤差：使用頻譜儀測量電平時，多個分量會引入不確定度。因此。在出廠之前頻譜儀要進(jìn)行工廠校準(zhǔn)以記錄各個誤差分量并儲存到頻譜儀中，顯示的電平已考慮了這些誤差分量的影響以提高測量精度。u 常用測量功能 測量空間無線號1、空間信號電平測量如圖，接收天線位置的空間信號的電平Pr如下： Pr = P0 - Gr + LC （dBm） 其中：P0為頻譜儀顯示功率電平（dBm）。Gr為接收天線增益（dB）。LC為接收電纜的損耗（dB

34、）。2、空間損耗測量Lp（已知發(fā)射機(jī)功率Pt和發(fā)射天線增益Gt） LP = Pt + Gt - Pr （dB） 3、發(fā)射機(jī)功率測量 Pt = P0 - Gr +LC + Lp - Gt（dBm） 測量正弦信號1. 測量信號的絕對電平（dBm）2. 測量信號的相對電平（dBc）3. 頻率測量4. 頻譜純度（寄生頻率分量和噪聲）的測量l 諧波l 在基波兩側(cè)存在雜散、寄生調(diào)制和噪聲 調(diào)制信號的測量 已調(diào)幅信號的幅度隨著調(diào)制信號瞬時值的變化而變化，若調(diào)制信號是正弦波，即： 已調(diào)幅信號為： 式中，ma稱為調(diào)幅系數(shù)，它的大小反映了調(diào)幅的深度。 諧波失真度的測量把非正弦周期振蕩信號的基波、各次諧波逐個分離出

35、來進(jìn)行測定，然后獲得其失真度數(shù)據(jù)。這種測量方法的特點(diǎn)是測量的準(zhǔn)確度較高，但需要配備高性能的頻譜分析儀，同時，測量時間也比較長。頻譜分析法可用于低頻、高頻和超高頻信號的非線性失真測量。 三階互調(diào)的測量 相位噪聲的測量 相位噪聲，實(shí)際上是用單邊帶相位噪聲譜密度（SSB）表征，SSB是指相對于載波一定頻偏處的1Hz帶寬內(nèi)電平（能量）與載波電平的比值，用L（f）來表示，單位為dBc/Hz 1、 頻譜儀分辨率的選擇當(dāng)測量某一頻偏處的相位噪聲時，必須小心選擇頻譜儀的合適的較小帶寬。如果分辨率帶寬太大，頻譜儀的中頻濾波器就不能在頻偏f處對載波有足夠的抑制，當(dāng)用寬的中頻濾波器時，分辨率帶寬要逐步減少直到測量的

36、相位噪聲不再減小。2、 動態(tài)范圍 為了減少熱噪聲的影響，需要一高的信號電平輸入到第一級混頻器前，高的1dB壓縮點(diǎn)對于在遠(yuǎn)離載波處獲得大的測量動態(tài)范圍也是很重要的。l 測量載波電平及鄰近的相位噪聲升高RF衰減器直到頻譜儀的參考電平與信號電平相符l 測量遠(yuǎn)離載波的相位噪聲減小RF衰減器，增加動態(tài)范圍，混頻器遠(yuǎn)端的相位噪聲影響小七、無源器件的特性及技術(shù)指標(biāo)1、同軸負(fù)載功 率1/4W2W50W100W接頭形式SMA型N型N型N型使用頻率DC 4GHz端口阻抗50駐波比1.2工作溫度-40 +85同軸負(fù)載，通常有同軸功率負(fù)載和同軸標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載。 同軸負(fù)載的主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率范圍、回波損耗（駐波比）、

37、功率容量2、衰減器衰減器是在指定的頻率范圍內(nèi)引入一定的預(yù)先設(shè)定的衰減量的器件，可以用于放大器輸入/輸出端電平的控制、傳輸鏈路中的電平控制、分支衰減量的控制等。 分類：有源衰減器、無源衰減器：固定衰減器、可變衰減器。衰減器的主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率、衰減量、幅頻特性、回波損耗、功率容量、功率系數(shù)主要用處：1.控制功率電平 2.去耦元件 3.相對標(biāo)準(zhǔn)：作為比較功率電平的相對標(biāo)準(zhǔn)。 4.用于雷達(dá)抗干擾中的跳變衰減器3、功分器功率分配器簡稱為功分器，是一種將一路輸入信號能量分成兩路或多路相等或不相等能量的器件，也可以反過來將多路信號能量合成一路輸出，此時也可稱為合路器。它是一個可逆網(wǎng)絡(luò)，既可作為分配器用

38、，又可作為合路器用。 功率分配器的類型很多，有波導(dǎo)型、同軸線型、腔體型、微帶型等功分器。大功率微波功分器采用波導(dǎo)或同軸線結(jié)構(gòu)，中、小功率則用帶狀線型或微帶線結(jié)構(gòu)。功分器的主要技術(shù)指標(biāo)：3、 輸入輸出駐波比4、 隔離度 5、 分配損耗 6、 插入損耗 或 7、 幅度平衡度：頻帶內(nèi)功分器所有輸出端口之間的幅度誤差誤差的最大值。8、 頻帶寬度。微帶功分器的技術(shù)指標(biāo)名稱二功分器三功分器四功分器工作頻帶800 1000MHz，1710 2500MHz功率容限(W)20分配比(dB)34.856插損(dB)0.250.30.5隔離度(dB)20回波損耗(dB)20互調(diào)-140dBc（+43dBm2）阻抗(

39、)50連接方式N-F型4、定向耦合器定向耦合器的應(yīng)用l 利用定向耦合器可以獲得一部分能量，可用于監(jiān)測功率、頻率和頻譜。l 利用定向耦合器組成反射計，可測量插入衰減、回波損耗、駐波比等。l 在雷達(dá)系統(tǒng)里，用定向耦合器將主線中的部分能量提取出來，供調(diào)試和測量用。l 在移動通信系統(tǒng)里，尤其是室內(nèi)分布系統(tǒng)，采用大量的定向耦合器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信號覆蓋。l 在微波測量功率時，利用定向耦合器擴(kuò)大測量功率范圍定向耦合器的主要技術(shù)指1、 耦合度C 2、 耦合（分配損耗）由于定向耦合器輸入信號的一定能量傳輸?shù)今詈隙硕鹬骶€輸出功率的減小，它等于主線插入損耗的最小理論值，稱為耦合損耗或分配損耗。分配損耗的大小與耦合度

40、的關(guān)耦合度/dB356710152030分配損耗/dB31.651.260.970.460.140.040.0043、 隔離度D和方向性D 定向耦合器的隔離度D的定義為輸入端口的輸入功率P1與隔離端的輸出功率P4之比，用分貝（dB）表示為：隔離度 方向性 4、 輸入/輸出駐波比5、 頻帶寬度6、 插入損耗移動通信系統(tǒng)中微帶耦合器的技術(shù)指標(biāo)頻率范圍806 1000MHz、 1710 2500MHz耦合度(dB)610152030功率容限(W)20分配損耗(dB)1.260.460.140.040.004耦合度波動范圍(dB)60.8100.8151.0201.0301.5插入損耗(dB)0.25

41、回波損耗(dB)20（所有端口）方向性(dB)20互調(diào)-140dBc（+43dBm2）阻抗()50移動通信系統(tǒng)中腔體耦合器的技術(shù)指標(biāo)頻率范圍806-1000MHz、 1710-2500MHz耦合度(dB)6dB10dB15dB20dB30dB功率容限(W)50分配損耗(dB)1.260.4540.1540.0450.004耦合度波動范圍(dB)60.8100.8151.0201.0301.5插入損耗(dB)0.15回波損耗(dB)20（所有端口）方向性(dB)20互調(diào)-140dBc（+43dBm2）阻抗()505、濾波器濾波器具有選頻功能，可以分隔頻率，使需要的頻率通過，而抑制不需要或有害的頻

42、率信號。常用的微波濾波器有：1. 集中參數(shù)濾波器2. 微帶線濾波器3. 機(jī)械結(jié)構(gòu)的濾波器（腔體濾波器）濾波器的技術(shù)指標(biāo)1. 頻率范圍 濾波器的通帶頻率范圍，也稱為工作頻率范圍，可有兩種定義方式：l 3dB帶寬：由通帶最小插入損耗點(diǎn)（通帶傳輸特性的最高點(diǎn)）向下移3dB時測得通帶寬度。l 插損帶寬：滿足插入損耗時所測得的帶寬。2. 插入損耗3. 帶內(nèi)波動4. 帶外抑制5. 矩形系數(shù)6. 輸入、輸出端駐波比帶通濾波器的特性曲線移動通信系統(tǒng)中的濾波器實(shí)例1、CDMA-IS95發(fā)射濾波器1通帶頻率（MHz）870 880MHz2插入損耗（dB）1.5dB3帶內(nèi)波動（dB）0.6dB4帶外抑制（dB）90

43、dB825 835MHz；22dBF07.5MHz；50dB F015MHz5回波損耗（dB）20dB6功率容量（W）100W7輸入阻抗508端口形式SMA-F9工作溫度-20 +6010結(jié)構(gòu)尺寸LWH1206236（mm）2、TD-SCDMA濾波器1頻率范圍（MHz）2010 2025MHz2帶寬（MHz）15MHz3帶內(nèi)插損（dB）1.2dB4通帶波動（dB）0.3dB5回波損耗（dB）17.5dB6帶外抑制（dB）71.2dB1MHz 1785MHz；61.2dB1785MHz 1920MHz；43dB1920MHz 1980MHz；19dB1980MHz 1990MHz；19dB204

44、5MHz 2058MHz；43dB2058MHz 2110MHz；60dB2110MHz 2170MHz；41.2dB2170MHz 6000MHz。7群時延波動50nS8輸入功率10W9端口類型IN：N（F）； OUT：SMA（F）10工作溫度-40 +8011工作濕度8 9512結(jié)構(gòu)尺寸LWH735944（mm）3、微波介質(zhì)濾波器1中心頻率f02017.5MHz2插入損耗3.0dB（在255）3.5dB（在-40 85）3通帶寬度f07.5MHz4通帶波動0.5dB5駐波比2.0:16阻帶衰減（絕對值）38dB（1920MHz）；14dB（1980MHz）7允許最大輸入功率1W8輸入/輸出

45、阻抗506、雙工器在移動通信系統(tǒng)里，移動臺（手機(jī)）、基站、直放站、增強(qiáng)器等雙工工作時，通過天線共用器，使同一副天線得以同時提供給收、發(fā)信機(jī)使用，并且要求不互相影響，這種收、發(fā)天線共用器，又稱為雙工器。 這里所說的收、發(fā)信號之間不互相影響，主要是指發(fā)射信號對接收信號的影響，因?yàn)?，發(fā)射信號電平比接收信號電平高得多。發(fā)射信號對接收信號的主要影響有兩方面：l 一方面是發(fā)射信號電平不能通過雙工器泄入收信機(jī)。因?yàn)?，高的發(fā)射功率可能使收信機(jī)前端電路輕者阻塞、重者燒毀。因此，必須通過一系列抑制電路，將進(jìn)入收信機(jī)前端電路的電平抑制到阻塞電平以下，實(shí)現(xiàn)的措施，可以通過設(shè)置高性能收信帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)。l 另一方面是

46、防止發(fā)信機(jī)輸出的邊帶外噪聲進(jìn)入收信機(jī)，形成對收信機(jī)的干擾，實(shí)現(xiàn)的措施，可通過設(shè)置發(fā)信機(jī)的帶通濾波器加以解決。雙工器的主要技術(shù)指標(biāo)1、雙工器的隔離度2、工器的駐波比3、雙工器的插入損耗4、雙工器的頻帶寬度移動通信中的雙工器實(shí)例CDMA雙工器1通道Rx（上行）Tx（下行）2通帶頻率825 835MHz870 880MHz3插入損耗1.8dB1.8dB4帶內(nèi)波紋0.6dB0.6dB5帶外抑制80dB870 880MHz16dBF07.5MHz35dB F015MHz80dB825 835MHz16dBF07.5MHz35dB F015MHz6回波損耗20dB20dB7功率容量60W60W8阻抗505

47、09端口形式SMA-F10工作溫度-20 +6011結(jié)構(gòu)尺寸120mm120mm36mmGSM雙工器1通道Rx（上行）Tx（下行）2通帶頻率909 915MHz954 960MHz3插入損耗1.6dB1.6dB4帶內(nèi)波紋0.5dB0.5dB5通道隔離85dB85dB6帶外抑制85dB954 960MHz85dB909 915MHz7回波損耗20dB20dB8功率容量60W60W9阻抗505010端口形式SMA-F11工作溫度-20 6012結(jié)構(gòu)尺寸198mm70mm41mm7、多頻合路器多頻合路器是把多個頻率（如GSM、CDMA、DCS、WCDMA、TD-SCDMA等）不同的信號合并在一條傳輸

48、線上傳播的器件，分路器的功能與之相反。 多頻合路器的種類：雙頻合路器、三頻合路器和多頻合路器多頻合路器的技術(shù)指標(biāo)雙頻合路器三頻合路器三頻合路器適用范圍GSM/CDMAGSM/ DCS/CDMAGSM/DCS/WCDMA通帶頻率825 880MHz909 960MHz825 960MHz1710 1880MHz909 960MHz1710 2170MHz插入損耗0.5dB0.5dB0.5dB駐波比1.251.251.2帶外抑制75dB70dB1710MHz80dB960MHz75dB通道隔離75dB75dB75dB帶內(nèi)波動0.3dB0.3dB0.3dB帶內(nèi)平度0.2dB0.2dB0.2dB三階互調(diào)130dBc130dBc130dBc輸入阻抗5