微波測量儀器微波測試設(shè)備NetworkAnalyzerBasics信號(hào)發(fā)生器(或信號(hào)源)顯示設(shè)備和信號(hào)檢測

輔助元件

系統(tǒng)(簡單說明)信號(hào)源信號(hào)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(hào)源RFMicrowaveMillimeter20-50GHz300GHz3-6GHz可以產(chǎn)生脈沖波信號(hào)源產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)信號(hào)源信號(hào)源是信號(hào)的發(fā)生裝置，信號(hào)具備可感知和描述的特征賦予和測量信號(hào)的特征參量的目的是為了獲取或傳遞信息正弦信號(hào)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(shí)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(hào)源功能與構(gòu)成一個(gè)微波振蕩器，配以必要的控制驅(qū)動(dòng)電路，就構(gòu)成了最基本的信號(hào)源。不同的應(yīng)用，對信號(hào)源的輸出有不同的特性要求。信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)發(fā)生器在微波信號(hào)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(hào)功率范圍當(dāng)衰減器值改變時(shí)可能引起頻率改變（頻率牽引）？普通信號(hào)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(hào)發(fā)生器為保證輸出信號(hào)穩(wěn)定度，我們對可變衰減器進(jìn)行自動(dòng)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(hào)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(hào)源帶調(diào)幅、調(diào)頻、方波及脈沖等信號(hào)的信號(hào)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(dòng)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(dòng)低頻掃描掃寬預(yù)置HH1H2

H=HH1H2mainFMALCALC是自動(dòng)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(dòng)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(shí)比較器

檢波范圍調(diào)制脈沖調(diào)幅信號(hào)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(hào)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(dòng)器調(diào)制組件ALC系統(tǒng)輸出組件主振驅(qū)動(dòng)合成源ＣＰＵ電源頻率合成器微波主振調(diào)制驅(qū)動(dòng)器調(diào)制組件ALC系統(tǒng)輸出組件主振驅(qū)動(dòng)PLL時(shí)基合成掃源FvFrFl時(shí)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(dòng)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(hào)發(fā)生器ALC下變頻CPU電源調(diào)制驅(qū)動(dòng)恒溫時(shí)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(shí)基簡潔的頻率合成方案低噪聲微波信號(hào)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(dòng)系統(tǒng)支持智能診斷維護(hù)前饋式自動(dòng)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(hào)源由于工程和技術(shù)的原因，微波信號(hào)往往是在頻域表達(dá)的根據(jù)微波的正弦表達(dá)式，信號(hào)具有幅度頻率和相位特性實(shí)際的微波信號(hào)其正弦表達(dá)式的每一個(gè)因子都是時(shí)變的根據(jù)信號(hào)特征的變化，微波信號(hào)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(hào)理想信號(hào)分諧波譜密度ω微波信號(hào)特征參數(shù)信號(hào)源頻率特性指標(biāo)頻率范圍（Range）：決定了信號(hào)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(gè)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(shí)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(hào)源輸出的信號(hào)是完純的正弦波信號(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(hào)源指標(biāo)說明...Frequencyppm:partpermillion百萬分之一信號(hào)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(hào)源的頻譜純度信號(hào)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(huì)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(hào)Spuriousnon-harmonicspur~65dBcharmonicspur~30dBcCWoutputResidualFMistheintegratedphasenoiseover300Hz-3kHzBWphasenoise

0.5f0f0

2f0sub-harmonics信號(hào)源的頻譜純度信號(hào)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(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、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(hào)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(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(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(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)邊帶中的為離散分布的信號(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)諧端對輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻產(chǎn)生相位噪聲。頻譜分析儀上顯示的信號(hào)源相位噪聲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)

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(hào)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)DiodeDCACRF39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41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(gè)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46一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(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.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542.3.1: