第一章 微波測(cè)試設(shè)備

第一章微波測(cè)試設(shè)備1微波測(cè)試設(shè)備第一節(jié):信號(hào)源第二節(jié):信號(hào)檢測(cè)和顯示設(shè)備

第三節(jié):輔助元件

第四節(jié):系統(tǒng)(簡(jiǎn)單說明)2第一節(jié):信號(hào)源3最基本的波形:正弦波4周期性矩形脈沖885一些調(diào)制波形61.1.1振蕩信號(hào)源1.1.2掃頻信號(hào)源1.1.3綜合信號(hào)發(fā)生器(或合成信號(hào)源)71.1.1振蕩信號(hào)源8微波振蕩信號(hào)源9主要性能指標(biāo)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10頻率準(zhǔn)確度圖示11功率輸出及精確度圖示12頻譜純度圖示13實(shí)際應(yīng)用中一些性能指標(biāo)引起的一些問題1415161.1.2掃頻信號(hào)源1718常見的微波掃頻信號(hào)源(或振蕩器):1.變?nèi)荻O管電調(diào)振蕩器varactortunedoscillators(VTO)2.YIG電調(diào)諧振蕩器YIGtunedoscillators(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(shí)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(hào)發(fā)生器

(或合成信號(hào)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(gè)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(duì)參考正弦時(shí)鐘進(jìn)行抽樣,數(shù)字化,然后用數(shù)字計(jì)算技術(shù)和數(shù)模變換器來產(chǎn)生信號(hào),實(shí)現(xiàn)頻率合成.28在實(shí)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(bǔ)單獨(dú)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(shí)現(xiàn)高分辨率,低雜散輸出的信號(hào).同樣,也可以利用PLL和DS相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)具有高輸出頻率,低雜散輸出的信號(hào).下面簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)頻率合成器的設(shè)計(jì)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性能指標(biāo)1.頻率間隔:最小頻率間隔,也稱分辨力2.頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間:從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率,并達(dá)到鎖定狀態(tài),這個(gè)過程所需要的時(shí)間3.長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定度長(zhǎng)期穩(wěn)定度通常以年月日來計(jì)算典型值為:Δf/f=(10-7—10-10)/每日短期頻率穩(wěn)定度是指秒級(jí)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

相位噪聲是指信號(hào)源中，由各種隨機(jī)噪聲所引起的輸出信號(hào)瞬時(shí)頻率或相位的起伏，它表征的是信號(hào)源輸出頻率的短期穩(wěn)定性指標(biāo)，是高穩(wěn)定度、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。34理想情況下，信號(hào)源輸出的信號(hào)是純的正弦波信號(hào)，可用式表示如下：這樣的信號(hào)在頻域中表現(xiàn)為一根信號(hào)譜線

純正弦信號(hào)的譜線35

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，所有信號(hào)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(hào)可表示為

通常情況下，信號(hào)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(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(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，因此研究瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度問題歸結(jié)為研究瞬時(shí)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(jiǎn)單地看作是無限數(shù)目的相位調(diào)制邊帶，每一個(gè)相位調(diào)制邊帶又是由一個(gè)低頻信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制而產(chǎn)生。

不純正弦信號(hào)的噪聲邊帶頻譜36相位噪聲的來源

通常情況下，信號(hào)源的相位起伏同時(shí)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(hào)邊帶中的離散分布的信號(hào)稱作雜散分量，另外一種為連續(xù)分布的隨機(jī)信號(hào)，稱作相位噪聲。信號(hào)源中的雜散分量一般是由電源紋波、機(jī)械振動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部鑒相信號(hào)的泄漏或其它電路的信號(hào)竄擾，通過振蕩器的供電端或調(diào)諧端對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)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(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻產(chǎn)生相位噪聲。37頻譜分析儀上顯示的信號(hào)源相位噪聲38單邊帶相位噪聲的定義

信號(hào)源中，由于相位噪聲的存在，在頻域中，輸出信號(hào)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(duì)稱。通常分析問題時(shí)，只取其中一個(gè)邊帶就可以了，把這一個(gè)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(gè)相位調(diào)制邊帶的功率PSSB與總功率PS之比,即L(fm)通常用對(duì)數(shù)來表示，單位為dBc/Hz@fm。40第二節(jié):信號(hào)檢測(cè)和指示(顯示)設(shè)備1.2.1.檢波器1.2.2.功率檢測(cè)1.2.3.功率計(jì)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)43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

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(cè)a)熱電偶b)電阻測(cè)輻射熱儀46a)熱電偶

用于準(zhǔn)確測(cè)量溫度的熱電子元件,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.47b)電阻測(cè)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(duì)功率大小進(jìn)行檢測(cè).正溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)

481.2.3.功率計(jì)功率探頭功率測(cè)量?jī)x49一些傳感器具有代表性的檢測(cè)功率范圍：

-70dBm~-20dBm

-30dBm~+20dBm-17dBm~+35dBm-10dBm~+35dBm50微波功率計(jì)根據(jù)所測(cè)信號(hào)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.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(cè)試儀a)噪聲源b)噪聲系數(shù)計(jì)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(zhǔn)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(jìn)57a)固定衰減器(給定衰減量,計(jì)算電阻值)58性能指標(biāo)頻率范圍衰減量衰減精確度VSWR最大輸