1、第一章:微波測試設(shè)備（下）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)第一章:微波測試設(shè)備（下）信號源課程回顧了解 信號源及其分類掌握 信號源性能指標(biāo)定義了解 掃頻源的基本概念掌握 掃頻源的產(chǎn)生、控制方法重點掌握重點掌握 頻率合成技術(shù)（分類、優(yōu)缺點） 課程回顧了解 信號源及其分類1）簡易微波信號發(fā)生器2）標(biāo)準(zhǔn)微波信號發(fā)生器3）微波掃頻信號發(fā)生器課程回顧掌握 信號源性能指標(biāo)定義課程回顧了解 掃頻源的基本概念 1）微波掃頻信號源2）微波合成信號源3）微波合成掃頻信號源課程回顧掌握 掃頻源的產(chǎn)生、控制方法 1）直接頻率合成（DS）2）鎖相環(huán)式合成（PLL）3）

2、直接數(shù)字頻率合成（DDS）1) 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. 直接頻率合成原理說明圖2) 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FoFr頻率參考頻率參考鑒頻鑒相器鑒頻鑒相器環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)() Fv3) 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.ffc頻率控制字N參考晶振LPFD/A轉(zhuǎn)換器正弦查找表相位累加器NK fcf23) 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

3、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.DDS采樣輸出信號的頻譜分析SIN(X)/X包絡(luò)Nyquist帶寬3fc五階鏡頻3fc-fo四階鏡頻2fc+fo222.8277.22fc177.2三階鏡頻2fc-fo二階鏡頻fc+fo122.8一階鏡頻fc-fo時鐘頻率fcNyquist限制輸出基頻fo信號幅度MSPS77.2-30dB-20dB-10dB0dB22.8503002001000課程回顧重點掌握重點掌握 頻率合成技術(shù)（分類、優(yōu)缺點） 頻率合成方法頻率合成方法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點直接頻率合成 頻率捷變速度快，相位噪聲低 雜散差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，調(diào)試難間接頻率合成 雜散特性好，易

4、于集成 頻率捷變時間長，相位噪聲較差直接數(shù)字合成 頻率捷變時間短，頻率分辨率高易于集成，相對帶寬寬，任意波形輸出，信號調(diào)制功能 雜散較差，調(diào)諧帶寬窄、輸出頻率低，功率耗散大 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：鎖相倍頻結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源 鎖相混頻結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源 多環(huán)鎖相結(jié)構(gòu)毫米波頻率合成源方框圖 性能指標(biāo)1.頻率間隔:最小頻率間隔,也稱分辨力2.

5、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.典型特征合成源微波掃源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、自適應(yīng)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的根據(jù)微波的正弦表達式，信號具有幅度頻率和相位特性實際的微波信號其正弦表達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

6、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A（）諧波寄生實際信號理想信號分諧波譜密度信號源頻率特性指標(biāo)（Range）：決定了信號源能夠提供的輸出頻率范圍（resolution）：分辨率決定頻率能夠變化的最小步長（accuracy）是精度受連個方面的影響：儀器參考振蕩頻率（reference oscillator） 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：00( )sin(2)v tVf t這樣的信號

7、在頻域中表現(xiàn)為一根信號譜線 VoltageTimeVoltageFrequencySpectrum AnalyzerOscilloscopeVoltageFrequencyUncertaintyEXAMPLEAccuracy = =CW frequency = 1 GHz=aging rate = 0.152 ppm/year=time since last calibrated = 1 year +_fCWtagingcalt*fCWtagingcaltAccuracy = 152 Hz+_l頻率范圍Range: Range of frequencies covered by the sou

8、rcel分辨力Resolution: Smallest frequency increment.l準(zhǔn)確度Accuracy: How accurately can the source frequency be set.信號源指標(biāo)說明.Frequencyppm:part per million 百萬分之一信號源指標(biāo)說明.AmplitudeDUTSource protected from accidental transmission from DUTVoltageFrequencyHow accurate is this number?What is P out?What is P out?ma

9、xminl范圍Range (-136dBm to +13dBm)l準(zhǔn)確度Accuracy (+/- 0.5dB)l分辨力(0.02dB)l開關(guān)速度Switching Speed (25ms)l反向功率保護Reverse Power Protection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。l相位噪聲Phase Noisel殘余調(diào)頻Residual FMl雜散信號Spuriousnon-harmonic spur65dBcharmonic spur30dBcCW outputResidual FM is the int

10、egrated phase noise over 300 Hz - 3 kHz BWphase noise 0.5 f0 f0 2f0sub-harmonics信號源的頻譜純度信號源中放大器幅輸入看成：vo(t) =a1 vi(t) + a2 vi2(t) + a3 vi3(t) + .即 vo(t) = a1 sin(wt) + a2 sin2(wt) + a3 sin3(wt) + . =a2/2 + a1 sin(wt) + 3a3/4 sin(wt)+ a2/2 sin(2wt) + a3/4 sin(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

11、諧波功率與基波功率可以達到30 dB以上，除了諧波以外，還可以產(chǎn)生其他的一些頻率成分，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(biāo)，是高穩(wěn)定度高、高純度頻率源的一項十分重要的指標(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Spectral Purity: 相位噪聲Phase NoiseCW outputfrequencyPower Sp

12、ectral Densitymeasured as dBc/HzCh1 PM PSD1k10k100kTRACE A:A Marker 10 000 Hz75 dBc/Hz-125 dBc/HzLogMag 5 dBc/div-105 dBc/Hz 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 ：00( )1( ) sin 2( )v tVA tf tt 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。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

13、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行相位調(diào)制而產(chǎn)生。 相位噪聲的來源相位噪聲的來源 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

14、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。 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)

15、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()SSBmSPfP功率密度（一個相位調(diào)制邊帶，1Hz）總的載波功率LL(fm)通常用相對于載波1Hz帶寬的對數(shù)來表示，單位為dBc/Hzfm。 第二節(jié):顯示設(shè)備和信號檢測（了解）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2.2.1.檢波器Scalar broadband (no phase information)DiodeDCACRF34微波檢波器的基

16、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36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,這樣連接點間產(chǎn)生的電壓變化就是兩點間溫度差異的量度.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),對功率大小進行檢測. 正溫度系數(shù) 負(fù)溫度系數(shù) 2.2.3.功率計 功率探頭 功率測量儀41一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

17、+20dBm-17dBm +35dBm-10dBm +35dBm 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.2.2.4.頻譜分析儀8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHzRF InputNumerickeypadControl functions(RBW, sweep time, VBW)Primary functions(Frequency, Amplitude, Span)Softkeys8563ASPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHzFrequency Range

18、Accuracy: Frequency & AmplitudeResolutionSensitivityDistortionDynamic Range掃頻超外差式頻譜儀的原理方框圖3 dB3 dB BWLOMixerIF Filter/Resolution Bandwidth Filter (RBW)SweepDetectorInputSpectrumDisplayRBW2.2.5.噪聲系數(shù)測試儀a)噪聲源b)噪聲系數(shù)計 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3.1:衰減器3.2:定向耦合器3.3:槽線3.4:調(diào)

19、制器3.5:校準(zhǔn)件隔離器混頻器493.1:衰減器a) 固定衰減器b) 可變衰減器 連續(xù)可變 步進50a) 固定衰減器(給定衰減量,計算電阻值)51性能指標(biāo) 頻率范圍 衰減量 衰減精確度 VSWR 最大輸入功率 接頭形式程控步進衰減器52連續(xù)可調(diào)衰減器 性能指標(biāo):衰減范圍步進衰減器 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(biāo):步進及衰減范圍543.2:定向耦合器55 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56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

20、VSWR 最大承受功率 接頭形式58定向耦合器的應(yīng)用3.3:槽線槽線(測量線測量線)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60矩形波導(dǎo)測量線示意圖矩形波導(dǎo)測量線示意圖6162a. 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.b. 耦合指示機構(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.631.VSWR=Vmax/Vmin2.兩個最高點或最低點間的距離是半個波長643.4: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653.5: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66第四節(jié):系統(tǒng)（了解）67Agilent 8363B 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(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。697071T/R組件測試組件測試系統(tǒng)系統(tǒng)用于機載雷