dfs-service-第二章+信號頻率及測量(1)資料.ppt

1、1,第二章 信號頻率及測量,第一節(jié):信號源 第二節(jié):信號檢測和顯示設備 第三節(jié):輔助元件,第一章:微波測試設備,課程回顧,第一節(jié):信號源,了解 信號源及其分類掌握 信號源性能指標定義了解 掃頻源的基本概念掌握 掃頻源的產(chǎn)生、控制方法重點掌握 頻率合成技術（分類、優(yōu)缺點）,課程回顧,重點掌握 頻率合成技術（分類、優(yōu)缺點）,課程回顧,第二節(jié):顯示設備和信號檢測,2.2.1.檢波器 2.2.2.功率檢測 2.2.3.功率計 2.2.4.頻譜分析儀 2.2.5.噪聲系數(shù)分析儀,課程回顧,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

2、件,隔離器,混頻器,課程回顧,7,信號頻率及測量,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 頻率標準 第三節(jié) 頻率測量方法,8,第一節(jié) 概述,頻率是周期性信號的最主要參數(shù)之一,是微波測量中最常需要測量的而且是能夠測量得最準確的一種參量。,9,第二節(jié) 頻率標準,頻率是表征周期現(xiàn)象的一種參數(shù),定義為物體每秒振動的周期數(shù),單位是赫茲(Hz) 即 f=1/T (Hz) T是周期,單位是(S) 所以:頻率的單位直接依賴于基本時間單位秒。,10,11,銫原子的上述躍遷，即成為時間標準，亦成為頻率標準。由于其穩(wěn)定度高，規(guī)定為一級頻率標準，成為國家或大地區(qū)、大單位的計量基準。 二級頻率標準：穩(wěn)定度稍低，如采用高水平的石英晶體振蕩

3、器、穩(wěn)定度更高的銣原子頻率標準。 石英晶體振蕩器主要用來作為頻率合成器及計數(shù)式頻率計等精密儀器內(nèi)含的頻率標準。,12,2.2.1 石英晶體振蕩器,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。 一般晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度： 長期頻率穩(wěn)定度 10-1010-8/日 短期頻率穩(wěn)定度10-11/S 經(jīng)過特殊處理（如精選精片，預先老化處理，雙重恒溫槽），可使其穩(wěn)定度再上一個數(shù)量級。,13,使用石英晶體振蕩器注意事項： 經(jīng)常通電 與上級頻標校準 只能作為二級頻標,14,2.2.2 銣原子頻率標準,現(xiàn)在所熟知的原子頻標可分為無源式和有源式兩類:

4、: 有源式是用以產(chǎn)生確定頻率的震蕩,主要有氫脈澤和銣脈澤兩種; : 無源式產(chǎn)生標準頻率的做法,主要是利用Q值高的諧振腔,將無源原子諧振器作為超穩(wěn)定高Q鑒頻器使用.如下圖所示:,15,用原子諧振器控制5MHz晶振產(chǎn)生標準頻率,16,銣原子頻標特點： 穩(wěn)定度比晶振高12個數(shù)量級，體積小，重量輕，價格僅有銫頻標的一半； 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； 銣原子的躍遷還稍受外磁場的影響； 僅能作二級頻率標準,17,2.2.3 銫原子頻率標準,銫原子頻標與銣頻標在組成原理上基本相似,主要不同是構成微波鑒頻器的原子諧振器是用銫133在超精細能級之間的躍遷. 特點：

5、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； 10-12數(shù)量級左右穩(wěn)定度。,18,對于一級頻標，頻率或時間以此為基準，理論上說沒有誤差，但對于單部銫原子頻標的復制性不能絕對無差別，溫度、外場的影響不能完全避免，因此，一級頻標的確定應采用統(tǒng)計方法，即用許多部銫原子頻標取平均值，因此，其穩(wěn)定度的得來基于此。,19,2.2.4 氫原子頻率標準,氫脈澤即氫原子受激發(fā)射器的簡稱。它用作頻標通常是作為一個有源諧振器，即由它提供頻率為1.420405751GHz的微波振蕩器，功率為1012W，Q值極高,為2 109。有極高的頻率穩(wěn)定度和譜線純度。,20,特點： 頻率可以通過精確計算

6、得到； 準確度數(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； 可成為一級頻率標準的候選者。,21,第三節(jié) 頻率測量,方法：一般是將被測頻率直接或間接地與標準頻率進行比較，可分為有源法和無源法兩種。 有源法：測量裝置中包含有標準頻率的振蕩源。 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行比較，并以諧振的出現(xiàn)作為頻率相等的指示。,22,2.3.1 有源法,外差法 計數(shù)法,23,1）外差法,24,零差法： 測差法： 諧波零拍法：,25,2）計數(shù)法,原理： 將未知頻率fx與標準頻率fs相比較，此時是利用未知頻率fx的脈沖計數(shù)法而

7、測得fx。如利用標準頻率fs去控制一計數(shù)閘門的開放時間，假如開放時間等于fs的m個周期，即 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,26,計數(shù)式頻率計已容易達到40GHz。隨著取樣器技術的發(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（外差變頻），將毫米波頻率變換到通用微波數(shù)字頻率計的測頻范圍進行測試。,27,28,2.3.2 無源法（諧振式頻率計）,利用微波諧振腔進行測量，根據(jù)諧振腔的諧振選頻原理可知，單模諧振腔的諧振頻率決定于腔體尺寸，利用調(diào)諧機構對諧振腔進行調(diào)諧，使之與待測微波信號發(fā)生諧振，就可以根據(jù)諧振時調(diào)諧機構的位置，判斷腔內(nèi)諧振的電磁波的頻率。這就是諧振式頻率計的基本原理。,29,按結構分為同軸諧振腔和圓柱形諧振腔： ：同軸腔(同軸式):Q值