《現(xiàn)代微波與天線測量技術(shù)》全冊配套課件

《現(xiàn)代微波與天線測量技術(shù)》全冊配套課件教材：《現(xiàn)代微波與天線測量技術(shù)》，戴晴等，電子工業(yè)出版社參考資料：１.《HandbookofMicrowaveTest》,ThomasS.Laverghetta,ARTECHHOUSE２.《微波測量》,湯世賢，國防工業(yè)出版社（修訂版）３.《微波測量與實(shí)驗(yàn)教程》，趙春暉等等，哈爾濱工程大學(xué)出版社4.《近代微波測試技術(shù)》，董樹義，電子工業(yè)出版社2課程主要內(nèi)容緒論(1)微波測試設(shè)備(4)微波功率測量(3)頻率測量(2)噪聲測量(4)頻譜分析儀測量(4)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量(4)有源測量(2)實(shí)驗(yàn)3緒論微波及微波電路基本知識微波測量基本知識微波測量的重要性及四項(xiàng)基本規(guī)則4微波測試設(shè)備內(nèi)容信號發(fā)生器(或信號源)

信號振蕩器,掃頻振蕩器,綜合信號發(fā)生器顯示設(shè)備和信號檢測檢波器,功率檢測,功率計(jì),頻譜分析儀,

噪聲系數(shù)分析儀輔助元件衰減器,定向耦合器,測量線,調(diào)制器,校準(zhǔn)件系統(tǒng)(簡單說明)5微波功率測量內(nèi)容基本概念小功率測量中功率測量大功率測量峰值功率測量周期矩形脈沖測量(平均占空比法)

直接脈沖法直接讀數(shù)法6噪聲系數(shù)測量內(nèi)容基本概念手動測量兩倍功率方法噪聲系數(shù)測量

Y因子法噪聲系數(shù)測量自動噪聲系數(shù)測量影響噪聲系數(shù)測試精度的一些因素補(bǔ)充級聯(lián)電路的噪聲系數(shù)計(jì)算7頻譜分析儀測量內(nèi)容定義幾種常見信號頻譜單脈沖,周期脈沖,調(diào)幅波性能參數(shù)重點(diǎn):分辨帶寬補(bǔ)充:譜線顯示過程幾種測試頻率﹑功率﹑相位噪聲等參數(shù)測試重點(diǎn)講噪聲系數(shù)的測量8矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量內(nèi)容定義幾個測試?yán)訛V波器測試放大器測試9有源測量內(nèi)容增益測量1dB壓縮點(diǎn)功率測量交調(diào)測量交截點(diǎn)測量10微波測量測量是什么？NetworkAnalyzerBasics測量對象繁多Devicetype有源Active無源PassiveIntegrationHighLow天線Antennas開關(guān)Switches多路復(fù)用器Multiplexers混頻器Mixers取樣器Samplers倍頻器Multipliers二極管Diodes復(fù)用器Duplexers雙工器Diplexers濾波器Filters耦合器Couplers電橋Bridges分路器Splitters,dividers合路器Combiners隔離器Isolators環(huán)形器Circulators衰減器Attenuators適配器Adapters開路，短路，負(fù)載Opens,shorts,loads延遲線Delaylines電纜Cables傳輸線Transmissionlines波導(dǎo)Waveguide諧振器Resonators電解器件DielectricsR,L,C's射頻集成電路

RFICs單片微波集成電路

MMICs收發(fā)組建T/Rmodules發(fā)信機(jī)Transceivers收信機(jī)Receivers高頻頭Tuners變頻器Converters壓控增益放大器

VCAs放大器Amplifiers壓控振蕩器VCOs振蕩器Oscillators調(diào)制器Modulators壓控衰減器VCAtten’s晶體管Transistors不同測量方法NFStimulustypeComplexSimpleComplexResponsetoolSimpleDC CW SweptSweptNoise 2-tone Multi-Complex Pulsed- Protocolfreqpower tone modulationRFDet/ScopeParam.An.NFMtr.Imped.An.PowerMtr.SNAVNASAVSA84000TG/SADed.TestersI-VAbsol.PowerGain/FlatnessLCR/ZHarm.Dist.LOstabilityImageRej.Gain/Flat.Phase/GDIsolationRtnLs/VSWRImpedanceS-parametersCompr'nAM-PMRFICtestFullcallsequencePulsedS-parm.PulseprofilingBEREVMACPRegrowthConstell.EyeIntermodulationDistortionNFMeasurementplane測量定義測量是針對電參數(shù)而言。微波測量意義測量是科學(xué)的眼睛，沒有測量的科學(xué)是盲目的科學(xué)。人們掌握微波技術(shù)這門學(xué)科，不僅要解決這個波段的理論問題，還需要解決電磁波產(chǎn)生、放大、發(fā)射、接收、傳輸、控制和測量等。而在這些過程中，測量是尤其重要的手段。僅僅是發(fā)動引擎不能算是汽車專業(yè)測試。同樣，設(shè)計(jì)電路或系統(tǒng)只能是說設(shè)計(jì)是可能的，成功的測試才能決定真是可行性。微波測量技術(shù)發(fā)展簡介19世紀(jì)末期建立了麥克斯韋方程組和電磁場理論。1897年J.W.瑞利建立金屬波導(dǎo)管傳播電磁波理論，并推斷出由金屬容器（空腔諧振器和有源器件相結(jié)合）激發(fā)空金屬管，有可能傳輸電磁波能量。大約在1933年，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了空金屬管能傳輸電磁波。1936年，索思沃思和W.巴羅發(fā)表了波導(dǎo)傳輸模式的激發(fā)＆測量論文。這是微波學(xué)科的誕生時期?？梢娢⒉▽W(xué)科同其他學(xué)科一樣，從誕生起就有在理論指導(dǎo)下，伴隨實(shí)驗(yàn)研究的特點(diǎn)。這是法則?。。『唵?、手動測量儀器電子管技術(shù)、笨重復(fù)雜的儀器第一代自動測量系統(tǒng)晶體管技術(shù)、計(jì)算機(jī)大量重復(fù)測量、單獨(dú)編程第二代自動測量系統(tǒng)數(shù)字技術(shù)、大規(guī)模集成電路，標(biāo)準(zhǔn)儀器接口第三代自動測量系統(tǒng)虛擬儀器、模塊化、VXI總線、充分利用計(jì)算機(jī)測量儀器及測試系統(tǒng)的發(fā)展30~50年代，發(fā)展基礎(chǔ)階段，基本奠定低頻至微波波段的各種儀器的結(jié)構(gòu)和功能60~70年代，騰飛與突破，特別是GPIB總線問世，使計(jì)算機(jī)與儀器有機(jī)聯(lián)系，自動測試稱為現(xiàn)實(shí)，極大提高測試準(zhǔn)確度和重復(fù)性80年代，微處理器在測量儀器中廣泛適用，智能化儀器出現(xiàn)，測量速度和控制功能提高，增加數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力、自帶測試與外設(shè)控制以及自檢測及自校準(zhǔn)能力80年代后期，專用集成電路和表貼技術(shù)廣泛應(yīng)用，儀器的集成度極大提高，出現(xiàn)模塊化自動測試系統(tǒng)，，90年代后儀器朝標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和開放系統(tǒng)方向發(fā)展，測量速度與自動測試水平進(jìn)一步提高電子測量儀器的發(fā)展方向小型化數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化模塊化小型化

得益于大規(guī)模集成電路的運(yùn)用典型的是FPGA的大量使用，門數(shù)多達(dá)上百萬門、儀器中10萬門各種存儲器容量的增加使得電子產(chǎn)品體積大幅度減小

數(shù)字化由于高速A/D的出現(xiàn)，使得模數(shù)轉(zhuǎn)化的精度和速度得到極大提高（納秒級、10位），而大規(guī)模DSP芯片的運(yùn)用又為信號的各種處理提供了快速、可靠的方法。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾、精度高、易生產(chǎn)等典型運(yùn)用：手機(jī)、數(shù)字調(diào)制（ASK、FSK、PSK、QPSK）

頻譜儀：數(shù)字中頻將濾波器、對數(shù)放大等電路利用數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本質(zhì)是利用AD后DSP芯片處理智能化采用人工智能技術(shù)：專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等

在設(shè)計(jì)階段就充分考慮到維護(hù)、自適應(yīng)等因素，利用軟件和設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路使電子產(chǎn)品具有自測試、自診斷、自恢復(fù)、自適應(yīng)等功能。網(wǎng)絡(luò)化

各種局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的普及，使得網(wǎng)絡(luò)無處不在，相應(yīng)的電子技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是相互關(guān)聯(lián)，相互促進(jìn)的，電子產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化使得網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成有了基礎(chǔ)，而網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展又推動了電子產(chǎn)品更快地向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。藍(lán)牙技術(shù)：短距無線通信，家電組網(wǎng)儀器：網(wǎng)卡遠(yuǎn)程診斷虛擬化建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上核心是建模與仿真:多媒體仿真虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、分布交互仿真虛擬戰(zhàn)場、虛擬儀器、飛行模擬器30年代美國飛行模擬座艙60年代英國警犬導(dǎo)彈研制當(dāng)今美國HUSTON的飛船仿真波音777采用虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)無紙生產(chǎn)我國電網(wǎng)仿真優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約、提高速度趨勢智能仿真：模糊技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊化由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展以及各種總線標(biāo)準(zhǔn)的開放，采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，共用相同資源的電子產(chǎn)品大量出現(xiàn)。電子測量儀器：GPIB接口總線、VXI、PXI總線，出現(xiàn)了模塊化儀器VXI信號源、頻譜儀、示波器、PXI示波器1GHz帶寬、4GS/s取樣率測量概念

1.概念

a.測量是為確定被測對向量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程電子測量是對電參數(shù)進(jìn)行的測量

b.電子測量儀器是利用電子技術(shù)制造的測量電參數(shù)的儀器

2.電子測量內(nèi)容

a.電能量的測量

b.信號特性測量

c.元器件和電路參數(shù)測量電子測量技術(shù)電子測量是對一切電參數(shù)的測量網(wǎng)絡(luò)的測量信號參量的測量電阻、電容、電感、阻抗參量、導(dǎo)納參量混合參量、散射參量信號功率參量、頻率參數(shù)、調(diào)制特性的測量信號采集信號處理、分析數(shù)據(jù)輸出測量被測量值的儀器信號的產(chǎn)生信號處理信號輸出產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輸出的儀器電子測量儀器種類微波測試儀器信號測量網(wǎng)絡(luò)測量頻譜分析儀頻率計(jì)功率計(jì)網(wǎng)絡(luò)儀噪聲儀微波信號源1.低頻網(wǎng)絡(luò)雙口網(wǎng)絡(luò)I1V1V2I2二元器件特性的網(wǎng)絡(luò)表征方法阻抗參量(Z)導(dǎo)納參量(Y)ABCD參量V1=Z11I1+Z12I2I1=Y11V1+Y12V2V1=AV2+B(-I1)V2=Z21I1+Z22I2I2=Y21V1+Y22V2I1=CV2+D(-I2)微波網(wǎng)絡(luò)的表征方法a1b1a2b2b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2a1

端口1的電壓入射波S11端口1的反射系數(shù)a2

端口2的電壓入射波S22

端口2的反射系數(shù)b1

端口1的電壓出射波S12反向傳輸增益b2

端口2的電壓出射波S21

正向傳輸增益S11S22S21

S12

時域測量、頻域測量標(biāo)量參數(shù)測量矢量參數(shù)測量反射、傳輸參數(shù)測量元件參數(shù)測量網(wǎng)絡(luò)測量測量線系統(tǒng)、自動網(wǎng)絡(luò)分析儀、六端口測量系統(tǒng)、阻抗橋信號的測量信號類型：正弦信號：S（t）=A（t）COS[2f（t）+（t）]時域測量頻域測量調(diào)制域測量

寬帶、能測量相位差、幅度差、脈沖性能無法測量小失真相對窄帶、能根據(jù)需要壓縮帶寬、測量小失真、動態(tài)范圍大測量時間和頻率關(guān)系信號分析：

時域和頻域關(guān)系示意圖timeAmplitude(power)frequencyTimedomainMeasurementsFrequencyDomainMeasurementsf（t）tV（f）ff（t）ttf（t）V（f）V（f）ff時域波形頻域波形時域和頻域關(guān)系時域頻域傅里葉變換dω信號特性頻率特性電能量特性頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度頻譜分布、頻譜純度電壓、電流功率穩(wěn)定度分：長穩(wěn)、短穩(wěn)調(diào)制特性調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相、脈沖調(diào)制頻率短期穩(wěn)定度時域阿倫方差頻域單邊相位噪聲傅里葉變換

2=1/2mf02[（f1’-f1)+(f2’-f2)+(f3’-f3)+.....]f1f1’f2f2’f3f3’單邊相位噪聲(SSB):偏離載波f0為f處,每赫茲帶寬的單邊帶功率和載波功率之比f0f調(diào)制域測量S（t）=A（t）COS[2f（t）+（t）]調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相調(diào)幅：v（t）=Ac（1+MaCOSt）COSt調(diào)頻：v（t）=VcCOS（

t+Mfsint）調(diào)相：v（t）=VcCOS（

t+MfCOSt）ttff數(shù)據(jù)域測量研究以離散的時間和事件為自變量的數(shù)據(jù)流，用數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)格式、設(shè)備結(jié)構(gòu)、狀態(tài)空間概念表征數(shù)字系統(tǒng)特征。微波測量內(nèi)容微波信號源微波頻率及頻譜微波功率微波網(wǎng)絡(luò)參量Q值測量介質(zhì)參數(shù)測量噪聲測量交調(diào)微波測量儀器的使用（信號源、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀、功率計(jì)、頻譜儀、噪聲系數(shù)測試儀）微波信號特性分析微波——波長很短的電磁波頻率f：300MHz~300GHz

波長：

1m~1mm 毫米波高端:亞毫米波段1~0.1mm遠(yuǎn)紅外:0.3mm~0.01mm什么是微波微波：工作頻段的波長在1m-1cm（300MHz-30GHz）之間的電路，廣義上還包括毫米波（30GHz-300GHz）和亞毫米波（300GHz-3THz）電路。常用的微波波段代號波段代號標(biāo)稱波長（cm）頻率范圍（GHz）波長范圍（cm）L221-230-15S102-415-7.5C54-87.5-3.75X38-123.75-2.5Ku212-182.5-1.67Ku1.2518-271.67-1.11Ka0.827-401.11-0.75U0.640-600.75-0.5V0.460-800.5-0.375W0.380-1000.375-0.3微波測量的任務(wù)利用已有的測量裝置和儀器，組成合乎要求的測試系統(tǒng)；測量儀器和測量方法的研究：利用當(dāng)前已有的微波理論和技術(shù)，研究符合實(shí)際的測量方法，包括研究新的測量儀器和先進(jìn)的測量方法），而這些將推動微波理論和技術(shù)的發(fā)展；保證測量結(jié)果的可信度：消除誤差，提高精度，從而保證在科研和生產(chǎn)中測量結(jié)果的可信賴度。近代微波測量的主要特點(diǎn)大跨度的寬頻帶測試功能和高頻率穩(wěn)定度；為提高測量精確度和速度，要求測量儀器智能化，測量系統(tǒng)自動化；研究信號源，特別是相位噪聲的測量方法和理論；微波電子設(shè)備小型化的要求激勵了微波集成電路的發(fā)展，促使微波測量技術(shù)向微型測試、電光測量技術(shù)方向發(fā)展；新型微波電子設(shè)備的研究，促進(jìn)了微波材料的發(fā)展。需要研究對微波材料介質(zhì)參量的測量；可靠的晶體管S參數(shù)的測量方法。主要運(yùn)用與微波電路的CAD方法；利用軟件提高測量的精確度。例如采用精密測量技術(shù)的各種擬合模型可提高測量精度，誤差網(wǎng)絡(luò)法能在很大程度上消除系統(tǒng)誤差，提高測量準(zhǔn)確度等。四個非常重要的基本點(diǎn)需要測試的參數(shù)是什么適當(dāng)?shù)臏y試準(zhǔn)備如何履行正確測試如何分析結(jié)果需要測試的參數(shù)是什么在測試前整理一個需要測量的參數(shù)列表仔細(xì)研究被測器件，篩選出最能描述器件特性的參數(shù)。事先準(zhǔn)備好，既可以節(jié)約時間，金錢，也可以養(yǎng)成良好的測試習(xí)慣。適當(dāng)?shù)臏y試準(zhǔn)備選擇合適的激勵源選擇合適的接收機(jī)選擇合適的附件核查儀器及附件功率容量8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz舉例對特定的頻率范圍2.5-3.7GHz感興趣電平始終在通帶內(nèi)有細(xì)微波動，看起來失鎖，在頻率高端顯示中斷，仔細(xì)檢查所有的接頭，連接電纜連接都很可靠，網(wǎng)絡(luò)分析儀，信號源等都經(jīng)過仔細(xì)檢查，看起來測試系統(tǒng)完全沒有問題波長計(jì)是一個高Q值的元件，其幅頻特性曲線在帶內(nèi)帶外的變化很快，或則說其幅度隨頻率的變化是變化的在頻率高端，波長計(jì)的衰減太大，掃源的補(bǔ)償就無法完成，因此頻率高端信號源到被測件的信號已經(jīng)衰減很大以至于后面示波器檢測不到有用信號造成波形不對。解決方案：把波長計(jì)放到電平控制環(huán)路外即可如何履行正確測試對于如何履行測試環(huán)節(jié)，并非是我們要進(jìn)行一步一步的測試，而是我們后面章節(jié)將詳細(xì)說明的具體測試方法，我們將涉及到一些通常會被忽略甚至忽視的具體細(xì)節(jié)，比如失配、誤差校準(zhǔn)、測量誤差、電纜損耗等一些經(jīng)常被忽略的因素。一些基本參量，如加在有原電路上的直流電壓，如果事先沒有進(jìn)行功率電平測量，可能就會對測量帶來無法挽回的損失。大多數(shù)時間，上面提到的因素都不被認(rèn)為是什么真正的大問題。衰減器和熱敏電阻計(jì)都有自己的校準(zhǔn)曲線；儀表手冊也給有精確圖表；電纜損耗也可以在進(jìn)行測試時從被測器件中扣除，在校準(zhǔn)中把其進(jìn)行歸一化處理；直流偏置也容易可以用伏特表測出；功率電平也可以用功率計(jì)讀出。這些準(zhǔn)備工作當(dāng)然會占用測量時間，但這樣我們將避免因得到錯誤數(shù)據(jù)而浪費(fèi)更對時間。所以對上面提到的一些因素還是要引起重視。正確測試對實(shí)驗(yàn)過程也是非常重要的，測試不僅僅為得到一幅圖表，測試過程中一定要注意中間有哪些具體步驟，也要知道那些將引入誤差，那里又損耗，什么樣的電壓及功率電平是需要的?？傊?，事先想清楚，有一個清晰的思路比測試結(jié)果本身更為重要。如何分析結(jié)果做好測試計(jì)劃，盡可能從結(jié)果中獲取更多的有用信息有時候有些測試數(shù)據(jù)是無法直接獲取的，只能通過間接方式取得。我們能做的是一定要仔細(xì)分析需要間接獲取什么樣的參數(shù)，然后再來搭建正確的測試系統(tǒng)。比如，若要從測試儀器上讀出被測器件的VSWR這個參數(shù)，就沒有必要為測量反射損耗（returnloss）或反射系數(shù)（reflectioncoefficient）等數(shù)據(jù)而為測試系統(tǒng)進(jìn)行詳盡設(shè)置，雖然，我們可以從這兩個數(shù)據(jù)中計(jì)算出VSWR值，但如果可以的話，我們的目標(biāo)應(yīng)該是直接從測試儀表中讀出這個值。顯然，最直接的方法是直接讀取而不是讀取后再計(jì)算，也許計(jì)算還可能引入計(jì)算的人為誤差。所以測試追求的不是結(jié)論而是正確的結(jié)論。總結(jié)不要強(qiáng)擰接頭；接頭要接觸可靠且成直線對接；使用接頭盡可能不轉(zhuǎn)接；SMA接頭連接盡可能用力矩扳手；N型和TNC型接頭不能用老虎鉗擰；學(xué)會如何正確適用APC-7(7mm接頭)接頭；超過500MHz不能用BNC接頭；保持接頭整潔；選擇合適的連接電纜；有源器件的直流偏置使用前一定要測量；有源器件的直流偏置使用時限流以確保不損壞器件；測試前如果有可能檢測測試環(huán)境的噪聲指標(biāo)；測試前設(shè)置所有儀表為最大量程；打開電源前檢查設(shè)備（功率計(jì)、頻譜儀等）允許最大輸入功率；確保波導(dǎo)系統(tǒng)成直線排列；保持波導(dǎo)法蘭盤（flanges）干凈整潔；對同軸耦合器、衰減器、檢波器等器件提供支撐，不要懸掛在一起上；用合適的儀器做正確測量；記住所有微波測試儀表均為精密裝置，小心善待。微波測量儀器微波測試設(shè)備NetworkAnalyzerBasics信號發(fā)生器(或信號源)顯示設(shè)備和信號檢測

輔助元件

系統(tǒng)(簡單說明)信號源信號源可以產(chǎn)生產(chǎn)生正連續(xù)弦波，此圖中為理想正弦波VoltageTimeVoltageFrequencyRFMicrowaveMillimeter20-50GHz300GHz3-6GHzSpectrumAnalyzerOscilloscope信號源RFMicrowaveMillimeter20-50GHz300GHz3-6GHz可以產(chǎn)生脈沖波信號源產(chǎn)生調(diào)制信號信號源信號源是信號的發(fā)生裝置，信號具備可感知和描述的特征賦予和測量信號的特征參量的目的是為了獲取或傳遞信息正弦信號易于產(chǎn)生控制利用，正弦函數(shù)便于數(shù)學(xué)分析計(jì)算時域表達(dá)清晰直觀具體真實(shí)，頻域描述抽象分解唯理唯相微波信號源功能與構(gòu)成一個微波振蕩器，配以必要的控制驅(qū)動電路，就構(gòu)成了最基本的信號源。不同的應(yīng)用，對信號源的輸出有不同的特性要求。信號源的設(shè)計(jì)，就是圍繞振蕩器，施加不同的控制處理電路，滿足不同應(yīng)用需求的過程。微波振蕩源穩(wěn)幅功率準(zhǔn)確度功率穩(wěn)定度功率平坦度功率分辨率信號源駐波掃描模擬掃步進(jìn)掃列表掃鎖滾掃合成掃功率掃合成準(zhǔn)確穩(wěn)定捷變高純高分辨率調(diào)制脈沖調(diào)制調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相組合調(diào)制I/Q調(diào)制普通信號發(fā)生器有直流偏置電壓及微波輸出接口。其中振蕩器可能是反射速調(diào)管（klystron）YIG振蕩器、壓控振蕩器，甚至也可是機(jī)械調(diào)節(jié)腔體振蕩。普通信號發(fā)生器在微波信號輸出前加上可變衰減器，可以通過選擇合適的可變衰減器控制輸出信號功率范圍當(dāng)衰減器值改變時可能引起頻率改變（頻率牽引）？普通信號發(fā)生器可以隔離衰減器值變化引起的振蕩器頻率變化，增加可靠性！普通信號發(fā)生器為保證輸出信號穩(wěn)定度，我們對可變衰減器進(jìn)行自動增益控制，這樣，就算振蕩源本身幅度不穩(wěn)定，也可以保證通過控制衰減器的衰減量來控制微波信號輸出幅度穩(wěn)定定向耦合或分支電橋等方式定向耦合或分支電橋等方式信號源帶調(diào)幅、調(diào)頻、方波及脈沖等信號的信號源振蕩源AF振蕩器模型|AF|>1AF=2n常用的振蕩器VCXO壓控晶振DRO介質(zhì)振蕩器VTO（VCO）壓控振蕩器YTOYIG振蕩器OCXO恒溫晶振頻率單一頻譜純凈穩(wěn)定度好頻率微調(diào)頻譜純凈穩(wěn)定度較好頻率單一頻譜較凈穩(wěn)定度較好調(diào)諧范圍較大頻譜一般穩(wěn)定度一般調(diào)諧范圍很寬頻譜一般穩(wěn)定度一般YTO高頻掃描主線圈驅(qū)動低頻調(diào)制高頻調(diào)制低頻大電流發(fā)生器頻譜分離高頻電流發(fā)生器掃速切換掃描發(fā)生器YTO頻率預(yù)置調(diào)頻輸入

微波輸出副線圈驅(qū)動低頻掃描掃寬預(yù)置HH1H2

H=HH1H2mainFMALCALC是自動電平控制（AutoLevelControl）系統(tǒng)的簡稱ALC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率輸出的精確穩(wěn)定控制ALC實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)幅控制和脈沖驅(qū)動控制輸出模件輸出定向耦合器檢波器調(diào)制模件主振線性調(diào)制器脈沖調(diào)制器差分放大器取樣保持求和延時比較器

檢波范圍調(diào)制脈沖調(diào)幅信號溫度補(bǔ)償平坦度補(bǔ)償電平控制頻率合成頻率合成是指利用物理方法實(shí)現(xiàn)頻率的數(shù)學(xué)運(yùn)算頻率合成包括相干合成和非相干合成兩大類相干合成包括直接合成和間接合成兩種形式直接合成包括分頻、倍頻、混頻、取樣和數(shù)字直接合成間接合成主要是指鎖相環(huán)（PLL）頻率合成數(shù)字合成DDS☆相位累加器☆相位寄存器☆D/A☆低通濾波鎖相合成☆相位負(fù)反饋☆鑒頻鑒相器☆環(huán)路濾波器☆VCO直接合成☆混頻（加、減）☆倍頻（乘）☆分頻（除）☆濾波頻率合成非相干合成相干合成DDS累加器寄存器cosθD/ALPF循環(huán)展開

低通濾波

鎖相環(huán)FoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)(Ｔ)FvFr=Fv=T{Fo}=>Fo=T-1{Fv}=T-1{Fr}fOUTPDLPFVCOfREF

fOUT=N×fREF÷N

fOUT=N×fLO+fREFPDLPFVCO×NfREFfOUTfLOfI相噪頻偏振蕩器自由噪聲頻率參考等效噪聲鎖相輸出實(shí)際噪聲低通濾波增益帶寬調(diào)頻與小數(shù)環(huán)FoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)(Ｔ)Fv調(diào)相調(diào)頻積分微分FoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器÷(N+

N)Fv中心頻率N.FN+

NDCFM

N.F(t)

掃頻速度N.F/t

微波信號源的基本形式掃源合成源合成掃源掃源ＣＰＵ電源掃描發(fā)生器微波主振調(diào)制驅(qū)動器調(diào)制組件ALC系統(tǒng)輸出組件主振驅(qū)動合成源ＣＰＵ電源頻率合成器微波主振調(diào)制驅(qū)動器調(diào)制組件ALC系統(tǒng)輸出組件主振驅(qū)動PLL時基合成掃源FvFrFl時基參考發(fā)生器中頻環(huán)鑒相器求和環(huán)路濾波器本振環(huán)取樣器帶通/隔離微波主振ΦMFMFoIF環(huán)路濾波器取樣保持求和調(diào)諧振蕩器中頻參考頻率預(yù)置FoFvFl鑒相器計(jì)數(shù)器掃描發(fā)生器取樣器本振Fr合成源典型框圖參考環(huán)中頻環(huán)本振環(huán)YTOYO驅(qū)動取樣調(diào)制器開關(guān)倍頻濾波耦合檢波器掃頻控制鑒相調(diào)制信號發(fā)生器ALC下變頻CPU電源調(diào)制驅(qū)動恒溫時基外調(diào)制輸入內(nèi)調(diào)制輸出內(nèi)參考輸出外參考輸入射頻輸出典型特征合成源微波掃源智能微波合成掃源10M-20GHz準(zhǔn)確、穩(wěn)定、純凈、精密寬帶、連續(xù)、準(zhǔn)確、靈活穩(wěn)幅、調(diào)制自檢測、自診斷、自維護(hù)、自適應(yīng)雙層恒溫不斷電時基簡潔的頻率合成方案低噪聲微波信號輸出高分辨率小數(shù)分頻環(huán)快速步進(jìn)與列表掃頻鎖滾與鎖相跟蹤掃頻智能掃頻準(zhǔn)確度校準(zhǔn)可平移同步功率掃描連續(xù)頻率覆蓋支持同軸擴(kuò)頻支持波導(dǎo)擴(kuò)頻智能頻段切換友好菜單界面標(biāo)準(zhǔn)程控命令自動系統(tǒng)支持智能診斷維護(hù)前饋式自動穩(wěn)幅系統(tǒng)AM、FM、PM、峰值搜索與頻響補(bǔ)償集成微波電路射頻艙信號源由于工程和技術(shù)的原因，微波信號往往是在頻域表達(dá)的根據(jù)微波的正弦表達(dá)式，信號具有幅度頻率和相位特性實(shí)際的微波信號其正弦表達(dá)式的每一個因子都是時變的根據(jù)信號特征的變化，微波信號可以調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相在線性系統(tǒng)中，調(diào)頻和調(diào)相是可以互相轉(zhuǎn)化的表達(dá)形式在非線性系統(tǒng)中，調(diào)幅和調(diào)頻調(diào)相可以有條件互相轉(zhuǎn)化u（t）=[A0+A（t）]cos[（ω0+ω（t））t+（ψ0+ψ（t））]調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相A（ω）諧波寄生實(shí)際信號理想信號分諧波譜密度ω頻率特性頻率：信號特征每秒中重復(fù)次數(shù)；周期，波長，角頻率頻率穩(wěn)定度：頻率隨時間的起伏變化；長期，短期頻率準(zhǔn)確度：實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率的差異；絕對，相對頻率分辨率：最小頻率變化間隔；絕對，相對源駐波：信號源吸收倒灌功率的能力諧波寄生：波形畸變造成的倍頻伴隨分量；分諧波非諧波：無規(guī)則寄生伴隨頻率相位噪聲：隨機(jī)相位起伏造成的頻譜展寬；剩余調(diào)頻掃頻特性：頻率連續(xù)變化特性；掃頻速度、準(zhǔn)確度功率特性功率：向特定阻抗負(fù)載注入能量的能力；振幅功率穩(wěn)定度：功率隨時間的起伏變化；長期，短期功率準(zhǔn)確度：實(shí)際功率與標(biāo)稱功率的差異；功率平坦度功率分辨率：功率變化的最小間隔調(diào)制特性脈沖調(diào)制：開關(guān)比，占空比，周期，脈寬，上升沿幅度調(diào)制：調(diào)制率，調(diào)制深度；線性調(diào)制，對數(shù)調(diào)制頻率調(diào)制：調(diào)制率，最大頻偏，調(diào)制指數(shù)；相位調(diào)制微波信號特征參數(shù)信號源頻率特性指標(biāo)頻率范圍（Range）：決定了信號源能夠提供的輸出頻率范圍分辨率（resolution）：分辨率決定頻率能夠變化的最小步長精度（accuracy）是精度受連個方面的影響：儀器參考振蕩頻率（referenceoscillator）及目前離最后一次校準(zhǔn)后的使用時間長短。1.頻率范圍2.頻率準(zhǔn)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(zhǔn)確度7.最大輸出功率8.調(diào)制特性理想情況下，信號源輸出的信號是完純的正弦波信號，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VoltageTimeVoltageFrequencySpectrumAnalyzerOscilloscopeVoltageFrequencyUncertaintyEXAMPLEAccuracy=

= CWfrequency=1GHz

= agingrate=0.152ppm/year = timesincelastcalibrated=1year

+_fCWtagingcalt**fCWtagingcaltAccuracy=152Hz+_頻率范圍Range:Rangeoffrequenciescoveredbythesource分辨力Resolution:Smallestfrequencyincrement.準(zhǔn)確度Accuracy:Howaccuratelycanthesourcefrequencybeset.信號源指標(biāo)說明...Frequencyppm:partpermillion百萬分之一信號源指標(biāo)說明...AmplitudeDUTSourceprotectedfromaccidentaltransmissionfromDUTVoltageFrequencyHowaccurateisthisnumber?WhatisPout?WhatisPout?maxmin范圍Range(-136dBmto+13dBm)準(zhǔn)確度Accuracy(+/-0.5dB)分辨力(0.02dB)開關(guān)速度SwitchingSpeed(25ms)反向功率保護(hù)ReversePowerProtection信號源的頻譜純度信號源都只能由非理想條件下的元器件，部件組成，這些非理想的元器件會引入相位噪聲和我們非常討厭的失真。相位噪聲PhaseNoise殘余調(diào)頻ResidualFM雜散信號Spuriousnon-harmonicspur~65dBcharmonicspur~30dBcCWoutputResidualFMistheintegratedphasenoiseover300Hz-3kHzBWphasenoise

0.5f0f0

2f0sub-harmonics信號源的頻譜純度信號源中放大器幅輸入看成： vo(t)=a1vi(t)+a2vi2(t)+a3vi3(t)+...即 vo(t)=a1sin(wt)+a2sin2(wt)+a3sin3(wt)+... =a2/2+a1sin(wt)+3a3/4sin(wt)+a2/2sin(2wt)+a3/4sin(3wt)+...由于放大器的非線性特性，產(chǎn)生了二次、三次以及更高次的諧波，典型的二次諧波功率與基波功率可以達(dá)到30dB以上，除了諧波以外，還可以產(chǎn)生其他的一些頻率成飛，比如，只有偏置電壓引入，這些其他非諧波的頻率成份和基波相比大約又65dB以上的差距相位噪聲的基本概念

相位噪聲是指信號源中，由各種隨機(jī)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(biāo)，是高穩(wěn)定度高、高純度頻率源的一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。由于相位噪聲的存在，引起載波頻譜的擴(kuò)展，其范圍可以從偏離載波小于1Hz一直延伸到幾兆赫茲。信號源指標(biāo)...頻譜純度SpectralPurity:相位噪聲PhaseNoiseCWoutputfrequencyPowerSpectralDensitymeasuredasdBc/HzCh1PMPSD1k10k100kTRACEA:AMarker10000Hz75dBc/Hz-125dBc/HzLogMag5dBc/div-105dBc/Hz

但是，在實(shí)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幅度變化

，它不直接造成頻率起伏或相位起伏，在這里可以忽略不計(jì)。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)制邊帶又是由一個低頻信號對載波進(jìn)行相位調(diào)制而產(chǎn)生。

相位噪聲的來源

通常情況下，信號源的相位起伏同時具有隨機(jī)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，信號邊帶中的為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(jī)信號，稱作相位噪聲。信號源中的雜散分量一般是由由電源紋波、機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)噪聲(如電阻產(chǎn)生的熱噪聲、半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的散彈噪聲和閃爍噪聲等)引起的。其它電路所產(chǎn)生的隨機(jī)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(jìn)行調(diào)頻產(chǎn)生相位噪聲。頻譜分析儀上顯示的信號源相位噪聲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)

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與總功率PS之比,即L(fm)通常用相對于載波1Hz帶寬的對數(shù)來表示，單位為dBc/Hz@fm。第二節(jié):顯示設(shè)備和信號檢測2.2.1.檢波器2.2.2.功率檢測2.2.3.功率計(jì)2.2.4.頻譜分析儀2.2.5.噪聲系數(shù)分析儀2.2.1.檢波器Scalarbroadband(nophaseinformation)DiodeDCACRF93微波檢波器的基本結(jié)構(gòu)主要性能指標(biāo)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95微波檢波器應(yīng)用舉例:2.2.2.功率檢測a)熱電偶b)電阻測輻射熱儀a)熱電偶

用于準(zhǔn)確測量溫度的熱電子元件,尤指一個熱電子元件,由兩種連在一起的不同金屬組成,這樣連接點(diǎn)間產(chǎn)生的電壓變化就是兩點(diǎn)間溫度差異的量度.b)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(jìn)行檢測.

正溫度系數(shù)副溫度系數(shù)

2.2.3.功率計(jì)功率探頭功率測量儀100一些傳感器具有代表性的檢測功率范圍：

-70dBm~-20dBm

-30dBm~+20dBm

-17dBm~+35dBm

-10dBm~+35dBm

微波功率計(jì)根據(jù)所測信號的不同分為連續(xù)波功率計(jì)和脈沖功率計(jì).

根據(jù)讀數(shù)顯示形式可以分為模擬式和數(shù)字式.2.2.4.頻譜分析儀8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzRFInputNumerickeypadControlfunctions(RBW,sweeptime,VBW)Primaryfunctions(Frequency,Amplitude,Span)Softkeys8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzFrequencyRangeAccuracy:Frequency&AmplitudeResolutionSensitivityDistortionDynamicRange掃頻超外差式頻譜儀的原理方框圖3dB3dBBWLOMixerIFFilter/ResolutionBandwidthFilter(RBW)SweepDetectorInputSpectrumDisplayRBW2.2.5.噪聲系數(shù)測試儀a)噪聲源b)噪聲系數(shù)計(jì)

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第三節(jié):輔助元件2.3.1:衰減器2.3.2:定向耦合器2.3.3:槽線2.3.4:調(diào)制器2.3.5:校準(zhǔn)件隔離器混頻器1082.3.1:衰減器a)固定衰減器b)可變衰減器連續(xù)可變步進(jìn)109a)固定衰減器(給定衰減量,計(jì)算電阻值)110性能指標(biāo)頻率范圍衰減量衰減精確度VSWR最大輸入功率接頭形式程控步進(jìn)衰減器111連續(xù)可調(diào)衰減器性能指標(biāo):衰減范圍步進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)性能指標(biāo):步進(jìn)及衰減范圍1132.3.2:定向耦合器114

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115基本的定向耦合器和雙向定向耦合器的示意圖性能指標(biāo)頻率范圍耦合度耦合度偏差插入損耗方向性端口阻抗VSWR最大承受功率接頭形式117定向耦合器的應(yīng)用2.3.3: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120矩形波導(dǎo)測量線示意圖121122波導(dǎo)開槽線:它是在矩形波導(dǎo)寬邊的中央開一條嚴(yán)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.耦合指示機(jī)構(gòu)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(jìn)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(qiáng)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(jì)等來指示.1231.VSWR=Vmax/Vmin2.兩個最高點(diǎn)或最低點(diǎn)間的距離是半個波長1242.3.4: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1252.3.5:校準(zhǔn)件

為了獲得準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù),測試前必須校掉系統(tǒng)誤差,這樣的測試結(jié)果才是可信的.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)件126第四節(jié):系統(tǒng)127Agilent8363B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀吸波材料測試系統(tǒng)應(yīng)用采用弓形框法測量不同方向電磁波照射情況下，被測材料吸波特性，滿足隱身材料吸波特性測試的要求。129130131T/R組件測試系統(tǒng)用于機(jī)載雷達(dá)罩插入相位精密測量，用于雷達(dá)罩生產(chǎn)過程相位均勻性監(jiān)測和生產(chǎn)、出廠最終檢驗(yàn)測試。雷達(dá)罩插入相位測試系統(tǒng)天線測試系統(tǒng)RCS測試系統(tǒng)微波毫米波天線與RCS通用測試平臺應(yīng)用該系統(tǒng)能廣泛應(yīng)用于電磁頻譜普查、查找干擾信號方位、無線臺站選址及維護(hù)等工程中。系統(tǒng)對環(huán)境中不同頻段的電磁頻譜分布測量進(jìn)行信號方位測試，系統(tǒng)可車載和固定安裝。信號測向功能頻譜檢測功能電磁環(huán)境和熱電噪聲測試功能干擾信號判斷能力數(shù)據(jù)庫功能測量報表功能電磁環(huán)境綜合測試系統(tǒng)AV4063AX/AV4063X現(xiàn)場電磁頻譜檢測系統(tǒng)針對信息化時代的通信、武器裝備的具體特點(diǎn)，利用儀器設(shè)備，結(jié)合的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、測試技術(shù)組成高度機(jī)動性的智能化電子情報收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能以地面、艦載或機(jī)載方式部署，可單獨(dú)使用，也可作為信號情報系統(tǒng)的一部分隨時部署到不同的電磁環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)，可滿足陸?？杖妼﹃嚨?、艦艇、機(jī)場等目標(biāo)區(qū)域以及無線電管理對城市區(qū)域?qū)嵤╇姶盘卣鳈z測的需要，也可為武器裝備電磁特征的檢測提供重要手段。具有高靈敏度、寬頻帶、大動態(tài)范圍和超寬分析帶寬的檢測功能。具有對信息設(shè)備的電磁泄漏信息檢測分析能力具有對計(jì)算機(jī)機(jī)電系信息設(shè)備電磁泄漏的視頻信息進(jìn)行還原功能?？梢越庹{(diào)AM/FM信號。寬帶電磁信息檢測系統(tǒng)用于在X波段和Ku波段，脈沖功率2000W狀態(tài)下，準(zhǔn)確測量出雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的脈沖功率、平均功率、脈沖波形和輸出效率等參數(shù)機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)大功率測試系統(tǒng)主要用于解決衛(wèi)星有效載荷在生產(chǎn)過程、地面模擬實(shí)際空間工作環(huán)境、老化試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)過程中的自動測試問題。XXX衛(wèi)星環(huán)境試驗(yàn)自動測試系統(tǒng)微波信號頻率及波長測量頻率定義頻率是周期性信號的主要參量之一，也是微波信號源的兩大要素之一。它是微波測量中常常需要搞清楚的一個參量，而且也是最容易被準(zhǔn)確測量的一個參量。頻率是周期的倒數(shù)，即每秒中振蕩的周期數(shù)頻率：f=1/T（Hz）角頻率：ω=2π/T=2πf(rad/s)瞬時角頻率：ω(t)=dψ/dt瞬時頻率：f(t)=dψ/2πdt瞬時相位：時間的定義一級頻率標(biāo)準(zhǔn)：銫原子的上述躍遷，即成為時間標(biāo)準(zhǔn)，亦成為頻率標(biāo)準(zhǔn)。由于其穩(wěn)定度高，規(guī)定為一級頻率標(biāo)準(zhǔn)，成為國家或大地區(qū)、大單位的計(jì)量基準(zhǔn)。二級頻率標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定度稍低，如采用高水平的石英晶體振蕩器、穩(wěn)定度更高的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)。以前——平均太陽日的1/86400現(xiàn)在——秒是銫-133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間的躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間（1967年第13屆國際計(jì)量大會規(guī)定）。秒的定義以前——天文秒現(xiàn)在——原子秒頻率的測量實(shí)際上是時間間隔的測量，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是時間“秒”石英晶體振蕩器石英晶體具有高度穩(wěn)定的物理特性話化學(xué)特性，作為極高Q值的諧振電路，組成高質(zhì)量的頻率標(biāo)準(zhǔn)。利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件。石英晶體壓電石英片電極支架基本構(gòu)成：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。石英晶體振蕩器若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械振動，同時晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。高性能的晶體，大多數(shù)工作于5MHz，采用分頻或倍頻電路可以得到各種頻率輸出，然而這樣相位噪聲將會有所增加。正反饋放大晶體盒C0RqLqCq分布電容分布電容ZinYout石英晶體振蕩器一般晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度：

長期頻率穩(wěn)定度——10-10~10-8/日

短期頻率穩(wěn)定度

<10-11/S石英晶體振蕩器信號純度：-130dBcoffset100Hz；-140dBcoffset1KHz。使用石英晶體振蕩器注意事項(xiàng)：經(jīng)常通電與上級頻標(biāo)校準(zhǔn)只能作為二級頻標(biāo)

采用LC振蕩回路銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)原子頻標(biāo)：有源式：銣脈澤，氫脈澤無源式：Q值高的諧振腔銣原子頻標(biāo)特點(diǎn)：穩(wěn)定度比晶振高1~2個數(shù)量級，體積小，重量輕，價格僅有銫頻標(biāo)的一半；銣泡R中，混有惰性氣體，以減少銣原子碰撞，會引起頻率f變動，不容易測準(zhǔn)；銣原子的躍遷還稍受外磁場的影響；僅能作二級頻率標(biāo)準(zhǔn)銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)利用銫原子內(nèi)部的電子在兩個能級間跳躍時輻射出來的電磁波作為標(biāo)準(zhǔn)，去控制校準(zhǔn)電子振蕩器，進(jìn)而控制鐘的走動。這種鐘的穩(wěn)定程度很高，目前，最好的銫原子鐘達(dá)到500萬年才相差1秒?，F(xiàn)在國際上，普遍采用銫原子鐘的躍遷頻率作為時間頻率的標(biāo)準(zhǔn)銫原子會被加熱至汽化，并通過一個真空管。在這一過程中，首先銫原子氣要通過一個用來選擇合適的能量狀態(tài)原子的磁場，然后通過一個強(qiáng)烈的微波場。微波能量的頻率在一個很窄的頻率范圍內(nèi)震蕩，以使得在每一個循環(huán)中一些頻率點(diǎn)可以達(dá)到9,192,631,770Hz。在真空管遠(yuǎn)端的盡頭，另一個磁場將那些由于微波場在正確的頻率上而已經(jīng)改變能量狀態(tài)的銫原子分離出來。在真空管盡頭的探測器將打擊在其上的銫原子呈比例的顯示出，并在處在正確頻率的微波場處呈現(xiàn)峰值。這一峰值被用來對產(chǎn)生的晶體振蕩器作微小的修正，并使得微波場正好處在正確的頻率。這一鎖定的頻率被9,192,631,770除，得到常見的現(xiàn)實(shí)世界需要的每秒一個脈沖銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)銫133則被普遍地選用作原子鐘特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，基本不受環(huán)境因素影響（外電場、磁場等）；一級原子頻標(biāo)；10-12數(shù)量級左右穩(wěn)定度。對于一級頻標(biāo)，對頻率或時間以此為基準(zhǔn)，理論上說沒有誤差，但對于單部銫原子頻標(biāo)之復(fù)制性不能絕對無差別，溫度，外場的影響不能完全避免，因此一級頻標(biāo)的確定應(yīng)采用統(tǒng)計(jì)方法，即用許多部銫原子頻標(biāo)取平均值，因此其穩(wěn)定度的得來基于此。氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)有源諧振器，通常稱氫脈澤（原子受激發(fā)射器）。受激產(chǎn)生頻率為1.420405751GHz，功率為10-12W，Q值極高為2×109。有極高的頻率穩(wěn)定度和譜線純度。特點(diǎn)：頻率可以通過精確計(jì)算得到；準(zhǔn)確度數(shù)量級為10-12；長穩(wěn)：10-13/年，短穩(wěn)5×10-13/S；譜線純度高，噪聲特性優(yōu)于銫頻標(biāo)；可成為一級頻率標(biāo)準(zhǔn)的候選者。信號頻率的校準(zhǔn)采用前面介紹的四種頻標(biāo)組成鑒相器對壓控晶體振蕩器進(jìn)行鎖相穩(wěn)定，使壓控晶體振蕩器的輸出信號達(dá)到所用頻標(biāo)的穩(wěn)定度，然后將此信號與被校準(zhǔn)信號一同加到一個比相儀進(jìn)行比較，比相儀將記錄一段時間內(nèi)的累積相位差所對應(yīng)的時間差，從而給出被校準(zhǔn)頻率的相對誤差并進(jìn)行調(diào)校。一般單位可能沒有以上頻率標(biāo)準(zhǔn)，因此可以采用一種簡單易行的方法，即采用“電視彩色副載波傳播的標(biāo)準(zhǔn)頻率”進(jìn)行校準(zhǔn)。副載波頻率穩(wěn)定度為5×10-12/30分鐘，它是由中央電視臺發(fā)布的，用銫原子頻標(biāo)直接控制頻率合成器產(chǎn)生的。頻率測量方法方法有源法外差法計(jì)數(shù)法無源法微波諧振腔方法：一般是將被測頻率直接或間接地與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，可分為有源法和無源法兩種。有源法：測量裝置中包含有標(biāo)準(zhǔn)頻率的振蕩源。無源法：將被測的信號頻率與一個可調(diào)諧的無源回路的自然頻率進(jìn)行比較，并以諧振的出現(xiàn)作為頻率相等的指示。例如諧振式波長計(jì)。有源法--外差法混頻器低頻放大器外差振蕩器標(biāo)準(zhǔn)頻率源差頻輸出fsfx將外來未知信號fx與本機(jī)的外差振蕩器的準(zhǔn)確已知頻率fs一同加于混頻器，取差頻fd=fx-fs。如果fs能夠連續(xù)變化，則精確調(diào)節(jié)fs使fd=0，便知道fs=fx，這個方法稱“零差法”或“零拍法”。零差法：測差法：諧波零拍法：若已知信號和未知信號都帶有諧波，則需要判斷諧波數(shù)，通常這是很困難的事情，因此在用這方法進(jìn)行測試時，需要大致知道信號頻率?，F(xiàn)在外差法已經(jīng)被計(jì)數(shù)法頻率計(jì)所替代。

原理：將未知頻率fx與標(biāo)準(zhǔn)頻率fs相比較，此時是利用未知頻率fx的脈沖計(jì)數(shù)法而測得fx。如利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs去控制一計(jì)數(shù)閘門的開放時間，假如開方時間

等于fs的m個周期，即計(jì)數(shù)法而在開放期間通過閘門的未知頻率脈沖個數(shù)為n，則因此

或如取閘門開放時間則fx=nHz。計(jì)數(shù)法在8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中，例如顯示數(shù)字為：12345678（計(jì)數(shù)值n），即選中閘門開放時間為=1S時，利用

則fx=12345678Hz因此如選擇閘門開放時間為1ms，如n不變，還是12345678，則

fx=12345678MHz

計(jì)數(shù)法注意：

一臺計(jì)數(shù)式頻率計(jì)所能直接測量（計(jì)數(shù)）的最高頻率上限既不取決于計(jì)數(shù)器位數(shù)的多少，也不取決于閘門開放時間的長短，而是決定于最末一位數(shù)字（個位）的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高翻轉(zhuǎn)速度。因此，目前采用此方案也僅能到微波頻率低端。閘門時間的選擇：應(yīng)使8位數(shù)字均有顯示。閘門開和關(guān)的時間與首末一個信號脈沖到來的時間是沒有相互時間配合的，因此會造成最低一位計(jì)數(shù)有±1的誤差。因此，對于計(jì)數(shù)頻率計(jì)總的誤差可表示為：

±時基準(zhǔn)確度±1個計(jì)數(shù)例如，n=12345678，選擇=1S，則

fx=12345678Hz±1Hz誤差，最后的8Hz不能準(zhǔn)確讀出相對測量精度可以表示為

時基相對誤差±1/（閘門時間秒數(shù)×被測頻率（赫茲））由此可見，在測量低頻時，將增加測量誤差。一個改進(jìn)的方法是測周期，即倒數(shù)式方案。此方案是將頻標(biāo)和待測fx位置互換。

計(jì)數(shù)法該圖中，由于一次計(jì)數(shù)為2個ns，因此誤差為±2ns，及10-9的數(shù)量級。由因此m為計(jì)數(shù)值，n由開關(guān)位置決定。圖中，Ts=2ns。計(jì)數(shù)法改進(jìn)后，可以到達(dá)微波頻段，甚至到mm波。方法是采用預(yù)分頻法、外差變頻法、頻率轉(zhuǎn)換式和諧波外差式等。計(jì)數(shù)法利用這些改進(jìn)方法，計(jì)數(shù)式頻率計(jì)已容易達(dá)到40GHz。隨著取樣器技術(shù)的發(fā)展，正向毫米波更高的頻段發(fā)展。我們還可以采用一種變通的測量方法，即利用毫米波基波或諧波混頻技術(shù)（外差變頻），將毫米波頻率變換到通用微波數(shù)字頻率計(jì)的測頻范圍進(jìn)行測試。直接計(jì)數(shù)式頻率計(jì)特點(diǎn)信號波形

連續(xù)正弦波，非正弦波，脈沖波，甚至可以是調(diào)制（調(diào)幅、調(diào)頻）后的載波頻率；對輸入信號自動進(jìn)行重復(fù)測量；只能到微波頻率低端

當(dāng)測量較高頻率，計(jì)數(shù)時開關(guān)翻轉(zhuǎn)不過來，導(dǎo)致無法計(jì)數(shù)。毫米波頻率與波長測量微波波段：采用閉式諧振腔測波長毫米波：采用有閉式、開式和干涉法無源法測頻率利用微波諧振腔類型同軸諧振腔圓柱形諧振腔同軸諧振腔工作模式為TEM模λ/2式λ/4式電容加載式一般要求同軸線尺寸滿足D、d分別代表同軸線內(nèi)外導(dǎo)體直徑；λmin是上限波長

圓柱形諧振腔式工作模式E010(TM010)主模，電容加載式H111(TE111)主模H011(TE011)高次模式需仔細(xì)選擇腔體尺寸各種諧振式波長計(jì)。波長計(jì)利用諧振現(xiàn)象測量無線電波波長的儀器。微波波長計(jì)通常用波導(dǎo)或同軸的可調(diào)諧振腔做成（見圖）。諧振頻率f（或波長λ）與調(diào)諧活塞的位置之間的關(guān)系預(yù)先用已知頻率標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)，根據(jù)活塞的位置可確定波的波長。諧振波長計(jì)的調(diào)諧精度主要決定于腔體有載Q值（也與調(diào)諧機(jī)構(gòu)回差、讀數(shù)裝置誤差等因素有關(guān)），而它的波長（頻率）調(diào)諧范圍取決于對干擾模式的抑制程度。因此，設(shè)計(jì)時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鲄^(qū)。波長計(jì)與外電路耦合可用小孔或小環(huán)。按照腔諧振時對外電路反應(yīng)情況，可分為通過式（或稱為傳輸式）和吸收式(或稱為反應(yīng)式)兩種波長計(jì)。前者，腔體有輸入和輸出兩個耦合裝置，諧振時腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，通過輸出耦合使外電路指示I最大；而吸收式波長計(jì)的腔體僅有一個輸入耦合裝置,諧振時,通過耦合；腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，使外電路輸出指示I最?。?。毫米波波長計(jì)采用準(zhǔn)光學(xué)腔，如共焦球面諧振腔、米切爾森干涉儀等諧振腔微波諧振器又稱作微波諧振腔，它廣泛應(yīng)用于微波信號源、微波濾波器及波長計(jì)中。它相當(dāng)于低頻集中參數(shù)的LC諧振回路，是一種基本的微波元件。諧振腔是速調(diào)管、磁控管等微波電子管的重要組成部分。微波諧振器可由一段兩端短路或兩端開路的傳輸線段組成，電磁波在其上呈駐波分布，即電磁能量不能傳輸，只能來回振蕩。因此，微波諧振器是具有儲能與選頻特性的微波元件。

微波諧振器可以定性地看作是由集中參數(shù)LC諧振回路過渡而來的，如圖所示。諧振腔

微波諧振器中電磁能量關(guān)系和集中參數(shù)LC諧振回路中能量關(guān)系有許多相似之處，如圖。諧振腔但微波諧振器和LC諧振回路也有許多不同之處。1、LC諧振回路的電場能量集中在電容器中，磁場能量集中在電感器，而微波諧振器是分布參數(shù)回路，電場能量和磁場能量是空間分布的；2、LC諧振回路只有一個諧振頻率，而微波諧振器一般有無限多個諧振頻率；微波諧振器可以集中較多的能量，且損耗較小，因此它的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)大于LC集中參數(shù)回路的品質(zhì)因數(shù)，另外，微波諧振器有不同的諧振模式(即諧振波型)。微波諧振器有兩個基本參量：諧振頻率f0(或諧振波長

0)和品質(zhì)因數(shù)Q。諧振腔參數(shù)諧振頻率f0

諧振頻率f0是指諧振器中該模式的場量發(fā)生諧振時的頻率，也經(jīng)常用諧振波長

0表示。它是描述諧振器中電磁能量振蕩規(guī)律的參量。諧振頻率可采用電納法分析。在諧振時，諧振器內(nèi)電場能量和磁場能量彼此相互轉(zhuǎn)換，其諧振器內(nèi)總的電納為零。如果采用某種方法得到諧振器的等效電路，并將所有的等效電納歸算到同一個參考面上，則諧振時，此參考面上總的電納為零，即利用上式便可以求得諧振頻率。諧振腔參數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q

品質(zhì)因數(shù)Q是微波諧振器的一個主要參量，它描述了諧振器選擇性的優(yōu)劣和能量損耗的大小，其定義為式中W0為諧振器中的儲能，PL為諧振器中的損耗功率。其它計(jì)算公式諧振腔參數(shù)同軸諧振腔

由一段同軸線構(gòu)成，常用作波長計(jì)和振蕩回路，腔內(nèi)的最低模式是TEM模，常用的有圖中的三種形式。同軸諧振腔

/2型同軸諧振腔由上式可導(dǎo)出諧振波長

0與腔體長度l的關(guān)系為或

/2型同軸諧振腔的品質(zhì)因數(shù)為

當(dāng)(b/a)=3.6時，同軸腔的品質(zhì)因數(shù)Q0達(dá)最大。

/2型同軸諧振腔由兩端短路的一段同軸線構(gòu)成，如下圖所示。諧振條件為同軸諧振腔諧振時應(yīng)滿足：

或諧振波長

0與腔體長度l的關(guān)系為

由于這類同軸腔內(nèi)導(dǎo)體長度為

0/4的奇數(shù)倍，故稱為四分之一波長型同軸諧振腔。

/4型同軸諧振腔

/4型同軸諧振腔

同軸諧振腔電容加載型同軸諧振腔如右圖所示。諧振條件：滿足諧振條件的C值由右式確定如果將縫隙電場近似看作均勻分布，則式中C可按平板電容公式計(jì)算

0為空氣的介電常數(shù)，a為同軸腔內(nèi)導(dǎo)體半徑，d為縫隙寬度。電容加載型同軸諧振腔

矩形諧振腔

矩形諧振腔是由一段兩端短路的矩形波導(dǎo)構(gòu)成，它的橫截面尺寸為a

b，長度為l，如下圖所示。諧振模式及其場分布矩形波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪Ｊ接蠺E模和TM模，相應(yīng)諧振腔中同樣有TE諧振模和TM諧振模，分別以TEmnp和TMmnp表示，其中下標(biāo)m、n和p分別表示場分量沿波導(dǎo)寬壁、窄壁和腔長度方向上分布的駐波數(shù)。在眾多諧振模中，TE101為最低諧振模。矩形諧振腔諧振波長諧振條件與

/2型同軸諧振腔相同，波導(dǎo)中傳輸?shù)牟ㄊ巧⒉?。式?/p>

c為波導(dǎo)中相應(yīng)模式的截止波長。此式也適用于圓柱諧振腔。對于矩形腔有TE101模的諧振波長為它為最低諧振模。

圓柱諧振腔在圓波導(dǎo)兩端用導(dǎo)電壁短路而構(gòu)成。在圓柱形波導(dǎo)腔中,與圓波導(dǎo)主模TE11相應(yīng)的最低諧振模式是TE111。由于圓波導(dǎo)中TE01模的損耗小,相應(yīng)的諧振腔模式為TE011，它沒有縱向電流，管壁損耗小,其Q值可比TE111模高2～3倍，是圓柱形諧振波長計(jì)的工作腔中最有用的模式，但它不是最低模,而且與TM111模簡并,須特別注意耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。林為干在1950年發(fā)現(xiàn)圓柱形波導(dǎo)腔中至少存在五個簡并模，此外，還發(fā)現(xiàn)了球形腔中的簡并模。林為干1919年10月生，廣東臺山縣人。中共黨員，中國科學(xué)院院士，電子科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。中國電子學(xué)會理事，IEEE微波理論與技術(shù)學(xué)會北京分會主席。林為干院士是微波理論專家，1939年畢業(yè)于清華大學(xué)，后留學(xué)美國獲博士學(xué)位。在《中國科學(xué)》、《J．A．P》、《IEEEMTT》等國內(nèi)外雜志上發(fā)表論文80余篇。1951。培養(yǎng)出50余位博士，曾為全國之冠。1978年獲全國科學(xué)大會和四川省科學(xué)大會獎。并被評為全國勞模。著有《微波網(wǎng)絡(luò)》、《微波理論與技術(shù)》、《電磁場工程》、《電磁場理論》等。圓柱諧振腔

圓柱諧振腔是由一段長度為l，兩端短路的圓波導(dǎo)構(gòu)成，其圓柱腔半徑為R。圓柱腔中場分布分析方法和諧振波長的計(jì)算與矩形腔相同。式中m、n和p分別表示場分量沿沿圓周、半徑和腔長度方向分布的駐波數(shù)。圓柱諧振腔三種常用諧振模式圓柱腔中最常用的三個諧振模式為TM010模、TE111模和TE011模。下面分別說明這三種諧振模式的特點(diǎn)和應(yīng)用。TM010模圓波導(dǎo)TM01模的截止波長

c=2.62R和p=0圓柱腔TM010模的諧振波長

0的計(jì)算公式為圓柱腔TE111模的諧振波長

0的計(jì)算公式為TE011模圓柱腔TE011模的諧振波長

0的計(jì)算公式為圓柱諧振腔模式圖對于圓柱腔TEmnp諧振模，有對于圓柱腔TMmnp諧振模，有

若取不同的m、n和p值，將上面兩式畫在橫坐標(biāo)為(D/l)2，縱坐標(biāo)為(f0D)2的坐標(biāo)系內(nèi)，則可得到一系列的直線，這些直線構(gòu)成了右圖所示的模式圖。即使同一個腔長，對于不同的模式都會同時諧振于同一個頻率上，這就是圓柱腔存在的干擾模問題。圓柱諧振腔為了使諧振腔正常工作，就必須合理選擇工作方框，使工作方框內(nèi)不出現(xiàn)或少出現(xiàn)不需要的干擾模式。工作方框是以工作模式的調(diào)諧直線為對角線，由最大和最小的(f0D)2和相對應(yīng)(D/l)2所確定的區(qū)域。設(shè)計(jì)諧振腔時，對所選的工作模式都可確定其相應(yīng)的工作方框，方框的中心位置由固有品質(zhì)因數(shù)來確定，一般取D/l=1。因該處Q值較高。方框的高度由工作頻帶來確定，在工作方框中任何非對角線模式，都是不需要的干擾模式。這些干擾模會影響諧振腔正常工作。因此，選擇工作方框時，應(yīng)盡量避免干擾模進(jìn)入工作方框。在設(shè)計(jì)圓柱諧振腔時，應(yīng)盡可能消除干擾模的影響，除了合理選擇工作方框，移動方框的中心位置或縮小工作方框，使干擾模不出現(xiàn)在工作方框內(nèi)以外，還可以合理選擇激勵和耦合機(jī)構(gòu)，使干擾模不被激勵，或者使已出現(xiàn)的干擾模無法耦合輸出。諧振腔參數(shù)諧振腔的主要參數(shù)是諧振頻率f和品質(zhì)因數(shù)Q。諧振頻率決定于腔的形狀、尺寸和工作模式。諧振腔的有載品質(zhì)因數(shù)QL與固有品質(zhì)因數(shù)Q0、外部品質(zhì)因數(shù)Qe之間的關(guān)系如下則根據(jù)電路理論，Q0、Qe及QL可表示為上式表明諧振腔的輸出耦合越緊，則有載品質(zhì)因數(shù)QL值越低。高QL可以通過提高固有品質(zhì)因數(shù)Q0和減弱負(fù)載與諧振腔的耦合來達(dá)到。波長計(jì)波導(dǎo)的兩端用導(dǎo)電板短路而構(gòu)成的封閉腔體。電磁場被限制在腔內(nèi)，沒有輻射損耗，諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q值較高。隨著諧振頻率的提高，要求腔體的尺寸減小,致使損耗加大、Q值下降，所以在毫米波、亞毫米波還采用開放腔。重入式同軸腔又名凹形腔(圖3)。其外形與電容加載式同軸腔相似,所不同的是:后者的高度L、半徑ρ1、ρ2都與工作波長λ0屬同一數(shù)量級;而前者的ρ1和ρ2均遠(yuǎn)小于λ0。從電磁場分布的觀點(diǎn)看,電場主要集中在圖中的B區(qū),可等效為一個電容；而磁場主要集中在A區(qū),可等效為一個電感。因此，這種諧振腔可等效為并聯(lián)諧振電路。介