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1、1,第二章 信号频率及测量,第一节:信号源 第二节:信号检测和显示设备 第三节:辅助元件,第一章:微波测试设备,课程回顾,第一节:信号源,了解 信号源及其分类掌握 信号源性能指标定义了解 扫频源的基本概念掌握 扫频源的产生、控制方法重点掌握 频率合成技术（分类、优缺点）,课程回顾,重点掌握 频率合成技术（分类、优缺点）,课程回顾,第二节:显示设备和信号检测,2.2.1.检波器 2.2.2.功率检测 2.2.3.功率计 2.2.4.频谱分析仪 2.2.5.噪声系数分析仪,课程回顾,第三节:辅助元件,2.3.1:衰减器 2.3.2:定向耦合器 2.3.3:槽线 2.3.4:调制器 2.3.5:校准
2、件,隔离器,混频器,课程回顾,7,信号频率及测量,第一节 概述 第二节 频率标准 第三节 频率测量方法,8,第一节 概述,频率是周期性信号的最主要参数之一,是微波测量中最常需要测量的而且是能够测量得最准确的一种参量。,9,第二节 频率标准,频率是表征周期现象的一种参数,定义为物体每秒振动的周期数,单位是赫兹(Hz) 即 f=1/T (Hz) T是周期,单位是(S) 所以:频率的单位直接依赖于基本时间单位秒。,10,11,铯原子的上述跃迁，即成为时间标准，亦成为频率标准。由于其稳定度高，规定为一级频率标准，成为国家或大地区、大单位的计量基准。 二级频率标准：稳定度稍低，如采用高水平的石英晶体振荡
3、器、稳定度更高的铷原子频率标准。 石英晶体振荡器主要用来作为频率合成器及计数式频率计等精密仪器内含的频率标准。,12,2.2.1 石英晶体振荡器,高性能的晶体，大多数工作于5MHz，采用分频或倍频电路可以得到各种频率输出，然而这样相位噪声将会有所增加。 一般晶体振荡器的频率稳定度： 长期频率稳定度 10-1010-8/日 短期频率稳定度10-11/S 经过特殊处理（如精选精片，预先老化处理，双重恒温槽），可使其稳定度再上一个数量级。,13,使用石英晶体振荡器注意事项： 经常通电 与上级频标校准 只能作为二级频标,14,2.2.2 铷原子频率标准,现在所熟知的原子频标可分为无源式和有源式两类:
4、: 有源式是用以产生确定频率的震荡,主要有氢脉泽和铷脉泽两种; : 无源式产生标准频率的做法,主要是利用Q值高的谐振腔,将无源原子谐振器作为超稳定高Q鉴频器使用.如下图所示:,15,用原子谐振器控制5MHz晶振产生标准频率,16,铷原子频标特点： 稳定度比晶振高12个数量级，体积小，重量轻，价格仅有铯频标的一半； 铷泡R中，混有惰性气体，以减少铷原子碰撞，会引起频率f变动，不容易测准； 铷原子的跃迁还稍受外磁场的影响； 仅能作二级频率标准,17,2.2.3 铯原子频率标准,铯原子频标与铷频标在组成原理上基本相似,主要不同是构成微波鉴频器的原子谐振器是用铯133在超精细能级之间的跃迁. 特点：
5、频率稳定度高，基本不受环境因素影响（外电场、磁场等）； 一级原子频标； 10-12数量级左右稳定度。,18,对于一级频标，频率或时间以此为基准，理论上说没有误差，但对于单部铯原子频标的复制性不能绝对无差别，温度、外场的影响不能完全避免，因此，一级频标的确定应采用统计方法，即用许多部铯原子频标取平均值，因此，其稳定度的得来基于此。,19,2.2.4 氢原子频率标准,氢脉泽即氢原子受激发射器的简称。它用作频标通常是作为一个有源谐振器，即由它提供频率为1.420405751GHz的微波振荡器，功率为1012W，Q值极高,为2 109。有极高的频率稳定度和谱线纯度。,20,特点： 频率可以通过精确计算
6、得到； 准确度数量级为10-12； 长稳：10-13/年，短稳5 10-13 /S； 谱线纯度高，噪声特性优于铯频标； 可成为一级频率标准的候选者。,21,第三节 频率测量,方法：一般是将被测频率直接或间接地与标准频率进行比较，可分为有源法和无源法两种。 有源法：测量装置中包含有标准频率的振荡源。 无源法：将被测的信号频率与一个可调谐的无源回路的自然频率进行比较，并以谐振的出现作为频率相等的指示。,22,2.3.1 有源法,外差法 计数法,23,1）外差法,24,零差法： 测差法： 谐波零拍法：,25,2）计数法,原理： 将未知频率fx与标准频率fs相比较，此时是利用未知频率fx的脉冲计数法而
7、测得fx。如利用标准频率fs去控制一计数闸门的开放时间，假如开放时间等于fs的m个周期，即 在开放期间通过闸门的未知频率脉冲个数为n，则 因此 或,26,计数式频率计已容易达到40GHz。随着取样器技术的发展，正向毫米波更高的频段发展。我们还可以采用一种变通的测量方法，即利用毫米波基波或谐波混频技术（外差变频），将毫米波频率变换到通用微波数字频率计的测频范围进行测试。,27,28,2.3.2 无源法（谐振式频率计）,利用微波谐振腔进行测量，根据谐振腔的谐振选频原理可知，单模谐振腔的谐振频率决定于腔体尺寸，利用调谐机构对谐振腔进行调谐，使之与待测微波信号发生谐振，就可以根据谐振时调谐机构的位置，判断腔内谐振的电磁波的频率。这就是谐振式频率计的基本原理。,29,按结构分为同轴谐振腔和圆柱形谐振腔： ：同轴腔(同轴式):Q值不高,属中等精度频率计,应用于1GHz以下 ：圆柱腔(空腔式):Q值高,谐振曲线尖锐,测量精度高,30,利用谐振式频率计测量频率时，按照其接入测量系统的方式可以分为通过式接法和吸收式接法。,31,通过式接法,32,吸收式接法,
