微波測試設(shè)備概述

1、微波測試設(shè)備概述微波測試設(shè)備第一節(jié):信號源第二節(jié):信號檢測和顯示設(shè)備 第三節(jié):輔助元件 第四節(jié):系統(tǒng)(簡單說明)2第一節(jié):信號源3最基本的波形:正弦波4周期性矩形脈沖周期性矩形脈沖885一些調(diào)制波形61.1.1振蕩信號源1.1.2掃頻信號源1.1.3綜合信號發(fā)生器(或合成信號源)71.1.1振蕩信號源8微波振蕩信號源9主要性能指標1.頻率范圍2.頻率準確度和分辨力3.頻率穩(wěn)定度4.頻譜純度5.射頻輸出功率6.射頻輸出功率準確度7.最大輸出功率8.調(diào)制特性10l頻率準確度圖示11l功率輸出及精確度圖示12l頻譜純度圖示13實際應(yīng)用中一些性能指標引起的一些問題1415161.1.2掃頻信號源171

2、8常見的微波掃頻信號源(或振蕩器):1.變?nèi)荻O管電調(diào)振蕩器 varactor tuned oscillators (VTO)2.YIG電調(diào)諧振蕩器 YIG tuned oscillators (YTO)3. 反射速調(diào)管振蕩器4. 返波管電調(diào)諧振蕩器19 掃頻線性度:實際掃頻軌跡與理想軌跡的偏差20輸出功率平坦度21221.1.3綜合信號發(fā)生器 (或合成信號源)23頻率合成的方法主要有三種:a) 直接頻率合成b) 間接頻率合成c) 直接數(shù)字頻率合成24a) 直接頻率合成 由一個高穩(wěn)定度的參考源,通過分頻、混頻、倍頻和濾波等方法產(chǎn)生所需的各種輸出頻率.25 直接頻率合成原理說明圖26b) 間接頻

3、率合成應(yīng)用鎖相環(huán)的頻率合成方法稱為間接頻率合成鎖相頻率合成的基本框圖 27c) 直接數(shù)字頻率合成(DDS) 是直接對參考正弦時鐘進行抽樣,數(shù)字化,然后用數(shù)字計算技術(shù)和數(shù)模變換器來產(chǎn)生信號,實現(xiàn)頻率合成.28 在實際應(yīng)用中,可以采用上述幾種方法相結(jié)合的方式,來彌補單獨應(yīng)用某種方式所具有的局限性.例如,可以采用PLL和DDS相結(jié)合的方式,實現(xiàn)高分辨率,低雜散輸出的信號.同樣,也可以利用PLL和DS相結(jié)合的方式,實現(xiàn)具有高輸出頻率,低雜散輸出的信號. 下面簡單介紹幾個頻率合成器的設(shè)計方案29鎖相倍頻結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源 30鎖相混頻結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源 31多環(huán)鎖相結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源方框圖 32性

4、能指標1.頻率間隔:最小頻率間隔,也稱分辨力2.頻率轉(zhuǎn)換時間:從一個頻率轉(zhuǎn)換到另一個頻率,并達到鎖定狀態(tài),這個過程所需要的時間3.長期和短期頻率穩(wěn)定度 長期穩(wěn)定度通常以年月日來計算典型值為:f/f=(10-710-10)/每日 短期頻率穩(wěn)定度是指秒級頻率穩(wěn)定度,通常用相位噪聲表示.33相位噪聲的基本概念相位噪聲的基本概念 相位噪聲是指信號源中，由各種隨機噪聲所引起的輸出信號瞬時頻率或相位的起伏，它表征的是信號源輸出頻率的短期穩(wěn)定性指標，是高穩(wěn)定度、高純度頻率源的一項十分重要的指標。由于相位噪聲的存在，引起載波頻譜的擴展，其范圍可以從偏離載波小于1Hz一直延伸到幾兆赫茲。 34理想情況下，信號源

5、輸出的信號是純的正弦波信號，可用式表示如下：這樣的信號在頻域中表現(xiàn)為一根信號譜線 純正弦信號的譜線 35 但是，在實際應(yīng)用中，所有信號源的輸出都存在著不穩(wěn)定性，即存在著幅度、頻率或相位的起伏，這樣的不純信號可表示為 通常情況下，信號源的輸出中都有A(t) ，它不直接造成頻率起伏或相位起伏，在這里可以忽略不計。這些相位起伏的特征描述通常叫做相位噪聲。由于頻率是相位對時間的導(dǎo)數(shù)，因此研究瞬時頻率穩(wěn)定度問題歸結(jié)為研究瞬時相位起伏的問題。在頻域用頻譜分析儀觀察，相位噪聲表現(xiàn)為噪聲邊帶連續(xù)地分布在載波頻率的上下兩邊，如圖所示。頻域表示的相位噪聲可以簡單地看作是無限數(shù)目的相位調(diào)制邊帶，每一個相位調(diào)制邊帶又

6、是由一個低頻信號對載波進行相位調(diào)制而產(chǎn)生。 不純正弦信號的噪聲邊帶頻譜 36相位噪聲的來源相位噪聲的來源 l通常情況下，信號源的相位起伏同時具有隨機的或離散的特性，用頻譜分析儀觀察的結(jié)果如圖所示。其中，信號邊帶中的離散分布的信號稱作雜散分量，另外一種為連續(xù)分布的隨機信號，稱作相位噪聲。l信號源中的雜散分量一般是由電源紋波、機械振動或系統(tǒng)內(nèi)部鑒相信號的泄漏或其它電路的信號竄擾，通過振蕩器的供電端或調(diào)諧端對振蕩器的輸出信號進行調(diào)頻產(chǎn)生的，這種雜散的分布一般情況下具有一定的規(guī)律性。另外一種呈隨機分布的相位噪聲通常是由振蕩器本身內(nèi)各器件所產(chǎn)生的各種隨機噪聲(如電阻產(chǎn)生的熱噪聲、半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的散彈噪

7、聲和閃爍噪聲等)引起的。其它電路所產(chǎn)生的隨機噪聲，也可以通過振蕩器的供電端或調(diào)諧端對輸出信號進行調(diào)頻產(chǎn)生相位噪聲。 37頻譜分析儀上顯示的信號源相位噪聲 38單邊帶相位噪聲的定義單邊帶相位噪聲的定義 信號源中，由于相位噪聲的存在，在頻域中，輸出信號的譜線是以調(diào)制邊帶的形式連續(xù)地分布在載波的兩邊，是雙邊帶的，并以載波頻率f0為中心對稱。通常分析問題時，只取其中一個邊帶就可以了，把這一個邊帶稱為單邊帶(SSB)相位噪聲，用L(fm)表示，如圖所示 (a)相位噪聲邊帶 (b)單邊帶相位噪聲L(fm) 39 單邊帶相位噪聲的定義為偏離載波頻率fm赫茲處，在1Hz帶寬內(nèi)，一個相位調(diào)制邊帶的功率PSSB與

8、總功率PS之比,即()SSBmSPfP功率密度（一個相位調(diào)制邊帶，1Hz）總的載波功率LL(fm)通常用對數(shù)來表示，單位為dBc/Hzfm。 40第二節(jié):信號檢測和指示(顯示)設(shè)備1.2.1.檢波器1.2.2.功率檢測1.2.3.功率計1.2.4.頻譜分析儀1.2.5.噪聲系數(shù)分析儀411.2.1.檢波器42微波檢波器的基本結(jié)構(gòu)43l主要性能指標 頻率范圍,頻率響應(yīng),靈敏度,端口阻抗,最大輸入功率,極性,VSWR,接頭形式 檢波器主要作用44微波檢波器應(yīng)用舉例:451.2.2.功率檢測a) 熱電偶b) 電阻測輻射熱儀46a) 熱電偶 用于準確測量溫度的熱電子元件, 由兩種連在一起的不同金屬組成

9、,這樣連接點間產(chǎn)生的電壓變化就是兩點間溫度差異的量度.47b) 電阻測輻射熱儀 利用某些溫度敏感元件的電阻隨所加的功率大小而變化的效應(yīng),對功率大小進行檢測. 正溫度系數(shù) 負溫度系數(shù) 481.2.3.功率計l功率探頭l功率測量儀49一些傳感器具有代表性的檢測功率范圍：一些傳感器具有代表性的檢測功率范圍：-70dBm -20dBm-30dBm +20dBm-17dBm +35dBm-10dBm +35dBm50 微波功率計根據(jù)所測信號的不同分為連續(xù)波功率計和脈沖功率計. 根據(jù)讀數(shù)顯示形式可以分為模擬式和數(shù)字式.511.2.4.頻譜分析儀52掃頻超外差式頻譜儀的原理方框圖532.2.5.噪聲系數(shù)測試

10、儀a)噪聲源b)噪聲系數(shù)計54 噪聲源有很多不同的種類,通常應(yīng)用的噪聲源分為三種類型: 熱/冷噪聲源 固態(tài)噪聲源 氣體放電噪聲源55第三節(jié):輔助元件1.3.1:衰減器1.3.2:定向耦合器1.3.3:槽線1.3.4:調(diào)制器1.3.5:校準件561.3.1:衰減器a) 固定衰減器b) 可變衰減器 連續(xù)可變 步進57a) 固定衰減器(給定衰減量,計算電阻值)58性能指標l頻率范圍l衰減量l衰減精確度lVSWRl最大輸入功率l接頭形式59連續(xù)可調(diào)衰減器l性能指標:衰減范圍,損耗60步進衰減器 在一定范圍內(nèi)按固定值遞增,主要采用開關(guān)和固定衰減器相結(jié)合的方式進行設(shè)計 性能指標:步進及衰減范圍,還有損耗6

11、11.3.2:定向耦合器62 定向耦合器有很多不同的結(jié)構(gòu),其中最常見的是支線耦合器,蘭格耦合器和平行耦合線耦合器63基本的定向耦合器和雙向定向耦合器的示意圖64性能指標l頻率范圍l耦合度l耦合度偏差l插入損耗l方向性l端口阻抗lVSWRl最大承受功率l接頭形式65定向耦合器的應(yīng)用66671.3.3:槽線(測量線):主要用來測量VSWR,和波長等參數(shù).按傳輸線的結(jié)構(gòu)來分,主要有波導(dǎo)式同軸式主要包含三部分:開槽線,耦合指示器傳動矩形波導(dǎo)測量線矩形波導(dǎo)測量線68a.波導(dǎo)開槽線:它是在矩形波導(dǎo)寬邊的中央開一條嚴格平行于縱向軸線的長條槽縫構(gòu)成的,是與待測元件連接的一段波導(dǎo)傳輸線.b.耦合指示機構(gòu)c. 它由探針,調(diào)諧腔體,晶體檢波器和指示設(shè)備構(gòu)成.探針通過波導(dǎo)的槽縫伸進波導(dǎo)內(nèi),與所在位置的電場發(fā)生耦合,在探針上產(chǎn)生與該處電場強度成比例的感應(yīng)電動勢,并經(jīng)過探針的調(diào)諧腔體送至晶體檢波器,從而轉(zhuǎn)換成直流電流,用微安計等來指示.69矩形波導(dǎo)測量線示意圖矩形波導(dǎo)測量線示意圖70711.3.4:調(diào)制器許多微波測試應(yīng)用中經(jīng)常需要調(diào)制信號,特別是通信方面,比如幅度調(diào)制,脈沖調(diào)制等721.3.5:校準件 為了獲得準確的測試數(shù)據(jù),測試前必須校掉系統(tǒng)誤差,這樣的測