1、1,第二章 信號(hào)頻率及測(cè)量,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,第一章:微波測(cè)試設(shè)備,課程回顧,第一節(jié):信號(hào)源,了解 信號(hào)源及其分類掌握 信號(hào)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(diǎn)掌握 頻率合成技術(shù)（分類、優(yōu)缺點(diǎn)）,課程回顧,重點(diǎn)掌握 頻率合成技術(shù)（分類、優(yōu)缺點(diǎn)）,課程回顧,第二節(jié):顯示設(shè)備和信號(hào)檢測(cè),2.2.1.檢波器 2.2.2.功率檢測(cè) 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,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(zhǔn)

2、件,隔離器,混頻器,課程回顧,7,信號(hào)頻率及測(cè)量,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 頻率標(biāo)準(zhǔn) 第三節(jié) 頻率測(cè)量方法,8,第一節(jié) 概述,頻率是周期性信號(hào)的最主要參數(shù)之一,是微波測(cè)量中最常需要測(cè)量的而且是能夠測(cè)量得最準(zhǔn)確的一種參量。,9,第二節(jié) 頻率標(biāo)準(zhǔn),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(dòng)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(shí)間單位秒。,10,11,銫原子的上述躍遷，即成為時(shí)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(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)，成為國(guó)家或大地區(qū)、大單位的計(jì)量基準(zhǔn)。 二級(jí)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

3、器、穩(wěn)定度更高的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)。 石英晶體振蕩器主要用來(lái)作為頻率合成器及計(jì)數(shù)式頻率計(jì)等精密儀器內(nèi)含的頻率標(biāo)準(zhǔn)。,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(huì)有所增加。 一般晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度： 長(zhǎng)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(guò)特殊處理（如精選精片，預(yù)先老化處理，雙重恒溫槽），可使其穩(wěn)定度再上一個(gè)數(shù)量級(jí)。,13,使用石英晶體振蕩器注意事項(xiàng)： 經(jīng)常通電 與上級(jí)頻標(biāo)校準(zhǔn) 只能作為二級(jí)頻標(biāo),14,2.2.2 銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在所熟知的原子頻標(biāo)可分為無(wú)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(wú)源式產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率的做法,主要是利用Q值高的諧振腔,將無(wú)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(biāo)準(zhǔn)頻率,16,銣原子頻標(biāo)特點(diǎn)： 穩(wěn)定度比晶振高12個(gè)數(shù)量級(jí)，體積小，重量輕，價(jià)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(huì)引起頻率f變動(dòng)，不容易測(cè)準(zhǔn)； 銣原子的躍遷還稍受外磁場(chǎng)的影響； 僅能作二級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn),17,2.2.3 銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn),銫原子頻標(biāo)與銣頻標(biāo)在組成原理上基本相似,主要不同是構(gòu)成微波鑒頻器的原子諧振器是用銫133在超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷. 特點(diǎn)：

5、頻率穩(wěn)定度高，基本不受環(huán)境因素影響（外電場(chǎng)、磁場(chǎng)等）； 一級(jí)原子頻標(biāo)； 10-12數(shù)量級(jí)左右穩(wěn)定度。,18,對(duì)于一級(jí)頻標(biāo)，頻率或時(shí)間以此為基準(zhǔn)，理論上說(shuō)沒(méi)有誤差，但對(duì)于單部銫原子頻標(biāo)的復(fù)制性不能絕對(duì)無(wú)差別，溫度、外場(chǎng)的影響不能完全避免，因此，一級(jí)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(lái)基于此。,19,2.2.4 氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn),氫脈澤即氫原子受激發(fā)射器的簡(jiǎn)稱。它用作頻標(biāo)通常是作為一個(gè)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(diǎn)： 頻率可以通過(guò)精確計(jì)算

6、得到； 準(zhǔn)確度數(shù)量級(jí)為10-12； 長(zhǎng)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(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)的候選者。,21,第三節(jié) 頻率測(cè)量,方法：一般是將被測(cè)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(wú)源法兩種。 有源法：測(cè)量裝置中包含有標(biāo)準(zhǔn)頻率的振蕩源。 無(wú)源法：將被測(cè)的信號(hào)頻率與一個(gè)可調(diào)諧的無(wú)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。,22,2.3.1 有源法,外差法 計(jì)數(shù)法,23,1）外差法,24,零差法： 測(cè)差法： 諧波零拍法：,25,2）計(jì)數(shù)法,原理： 將未知頻率fx與標(biāo)準(zhǔn)頻率fs相比較，此時(shí)是利用未知頻率fx的脈沖計(jì)數(shù)法而

7、測(cè)得fx。如利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs去控制一計(jì)數(shù)閘門的開(kāi)放時(shí)間，假如開(kāi)放時(shí)間等于fs的m個(gè)周期，即 在開(kāi)放期間通過(guò)閘門的未知頻率脈沖個(gè)數(shù)為n，則 因此 或,26,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(cè)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(cè)頻范圍進(jìn)行測(cè)試。,27,28,2.3.2 無(wú)源法（諧振式頻率計(jì)）,利用微波諧振腔進(jìn)行測(cè)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(jī)構(gòu)對(duì)諧振腔進(jìn)行調(diào)諧，使之與待測(cè)微波信號(hào)發(fā)生諧振，就可以根據(jù)諧振時(shí)調(diào)諧機(jī)構(gòu)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(jì)的基本原理。,29,按結(jié)構(gòu)分為同軸諧振腔和圓柱形諧振腔： ：同軸腔(同軸式):Q值