现代微波测量技术一.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,现代微波测量技术,汪海洋,hhywa,83202103,逸夫楼,416,课程性质与教学安排,专业选修课,（电子科学与技术、物理电子学）,综合性强，理论与实践结合，强调基本概念与方法、技能掌握,课堂讲学（,30,学时）,讲授讨论,先导课程：电磁场与波、微波技术基础、电子测量技术,教材：,现代微波与天线测量技术,戴晴 黄纪军 莫锦军 电子工业出版社，,2008/2012,参考教材：,微波测量,汤世贤，国防工业出版社,1991,微波测量技术,董树义 电子工业出版社,1995,现代微波工程测量,王培章 朱卫刚,电子工业出版社,2014,微波器件测量手册,Joel P.Dunsmore,电子工业出版社,2014,原,Agielnt,教材与参考资料,本课程考核方式：,平时考核（,30%,）（考勤,+,课堂提问）期末考试（,70%,）（开卷）,理论授课内容,微波信号源,微波信号频率与频谱测量,微波信号功率测量,微波信号噪声测量,网络反射参量测量,网络传输参量测量,网络参数的全面测定,微波信号时域测量,综合性微波测试实例,单重入式微波谐振腔设计与参数测试,腔体滤波器的仿真、优化及测试,阻抗,频率,功率,表征微波信号的三个重要基本参数,测量,测量,测量,低频电子电路,电压,电流,微波测量与低频电子测量比较,微波传输线中,电压、电流参数使用不方便，特别是在非,TEM,波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如,单导体,传输线波导模式电压，模式电流。,而在,TEM,波传输线系统,工作于主模且在行波,条件下，行波电压,V,、电流,I,和传输功率,P,仍满足与低频电路相同关系式。,典型代表同轴线,测量、误差、计量一些基本概念,中国的标准时间和授时,课程补充知识,狭义测量的定义,测量是为了,确定被测对象的量值,而进行的实验过程。,在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用,数值和单位,共同表示的测量结果。,广义测量的定义,广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量,。,例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。,而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。,广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。,测量的基本要素,被测对象、测量仪器、,测量技术,、测量人员和,测量环境,测量过程,基本要素之间的互动关系,*,选择测试仪器，组建测试系统。,制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测,试程序）,*,分析测量误差并显示测量出结果。,测量环境,测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的,一切物理和化学条件,的总和。,测量环境包括,温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量,（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。,环境对测量的影响,环境对被测对象的影响：,某些被测对象客体（如器件、电路或系统）的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感，因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。,环境对仪器系统的影响,：,环境可能直接或间接地影响到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。,环境对测量人员的影响：,高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。,海拔,温度,湿度,测量误差的定义,测量误差,的基本概念,测量的目的,:,获得被测量的,真值,。,真值,:,在一定的时间和空间环境条件下，被测量本身所,具有的真实数值。,测量误差,:,所有测量结果都带有误差。,测量误差的来源,（,2,）影响误差,由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。,（,1,）仪器误差,由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。,测量误差的来源,（,3,）理论误差和方法误差,由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。,（,4,）人身误差,由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。,（,5,）测量对象变化误差：,测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准,确，如引起动态误差等。,测量误差的表示方法,测量误差有,绝对误差,和,相对误差,两种表示方法。,由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差，有大小，又有符号和量纲。,实际应用中常用实际值,A,（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）,来代替真值。,与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为,修正值,测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。,相对误差,一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。,相对误差：绝对误差与被测量的真值之比,实际相对误差,示值相对误差,相对真误差,计量仪器的示值与被测量（约定）真值之差,计量的定义和意义,为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求,统一的单位、,基准,、,标准和测量器具,。,计量的定义,测量标准的传递,计量的定义和意义,计量的三个主要特征是,统一性、准确性和法制性,。,计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。,计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。,计量是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的,检定证书,。,计量的任务是确定测量结果的可靠性。,计量是测量的基础和依据。,没有计量，也谈不上测量。,测量发展的客观需要才出现了计量。,测量是计量应用的重要途径。,没有测量，计量将失去价值,计量和测量的联系,为了保证测量结果的准确性，必须定期对,仪器进行检定和校准,，这个过程就是计量。,基准,用来复现某一基本测量单位的量值，只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。,根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的计量标准量具或仪器，简称,标准,。,检定：,是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的计量器具进行比较，以达到全面评定被检计量器具的计量性能是否合格的目的。,一般要求计量标准的准确度为被检者的,1/3,到,1/10,。,比对：,在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作计量器之间的量值进行比较，其目的是考核量值的一致性。,校准：,校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标准相比较，以确定被校计量器具的示值误差（有时也包括确定被校器具的其他计量性能）的全部工作。,量值的传递：,指一个物理量单位通过各级基准、标准及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。,例：以太阳为基准，时间测量的精确度,1,天内可达到,1,秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过,1,秒。,如果时间测量精度不能突破百万分之一秒，目前的,GPS,系统将不可能应用,?,。,一个时期的,测量基准,反映当时的人类认识水平和科学水平。,北京时间从何而来？,中国的标准时间和授时,中国的标准时间和授时,时间是一个基本物理量，,任何一个大国都拥有自己独立的，并力图保持同时代最好水平的时间标准和服务系统。,转动体的自由旋转地球自转（世界时，,ms,级）,天体开普勒运动地球公转（历书时，精度不高）,原子谐波振荡运动铯原子钟（,1967,年,10,月，国际时间标准）,中国的标准时间和授时,一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡,9192631770,周期所持续的时间，更长的时间单位由秒的累加而得。,（谐振频率,f,9.192631770GHz,，频率基准,),国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（,BPIM,）建立并保持，其分析处理全世界约,50,个时间实验室的,200,台原子钟数据。,中国科学院国家授时中心有,19,台铯原子钟和,4,台氢原子钟数据定期传送给,BIPM,。,中国的标准时间和授时,微波测试注意事项,微波测试仪器有两个特点：,1,、价格昂贵；,2,、种类多。,对于微波测试仪器来说，经常是动辄几十万甚至上百万元。因此，,在操作的过程中,（,1,）必须要注意电网的安全性,（,2,）保证设备接地良好,（,3,）,绝对禁止仪器的带电连接操作（必要时除外）,（,4,）禁止调试时带电焊接,在微波测试仪器当中，有许多针对各种技术指标的专用测试仪器；另外，一台测试仪器通常也只能覆盖某一个频率范围。所以往往是对于,不同频段,的产品或者是,不同的指标,，就需要不同的微波测试仪器。,常用微波测量仪器简介,网络分析仪,网络分析仪分为,标量网络分析仪,和,矢量网络分析仪。,矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、带外抑制、,VSWR,、,S,参数（包括幅值和相位）、阻抗、插入相移、群延时等指标；而,标量网络分析仪则只能测试上述指标中与相位无关的参数,。,常用微波测量仪器简介,频谱分析仪,频谱分析仪主要用来分析和测试信号的频谱、相位噪声、杂波以及谐波等。,Agilent 8560-series,Agilent PSA-series,常用微波测量仪器简介,噪声系数测试仪,噪声系数测试仪是进行噪声系数测试的专用仪器。,常用微波测量仪器简介,功率计,分为连续波功率计和峰值功率计。,HP8991A,峰值功率计,E4418B,连续波功率计,思考题：二者能否混用？,常用微波测量仪器简介,频率计（波长计）,用来准确地测量信号的频率值。,Agilent 53181A,计数器及,Agilent 5361B,脉冲,/CW,计数器,常用微波测量仪器简介,频率计（波长计）,用来准确地测量信号的频率值。,常用微波测量仪器简介,信号发生器,可以产生,CW,及各种调制的微波信号，分为,模拟和矢量信号发生器。,常用微波测量仪器简介,示波器,高实时带宽数字存储示波器,TD6604,数字存储示波器，输入阻抗,50,模拟带宽,6GHz,（实时带宽）,Lecroy,已有模拟带宽,65GHz,产品（实时带宽）,常用微波测量仪器简介,示波器,低端数字存储示波器,如,TDS 3000,系列,模拟带宽,300MHz,（输入阻抗,-50/1M,）,波形测试,功率测试,检波器,常用微波测量仪器简介,示波器带宽的重要性,-,最值钱的指标,问题：,对于,5MHz,的,时钟信号,需要用多少带宽的示波器,常见回答：,100MHz,足够了，带宽是被测信号频率的,3-5,倍,考虑即可。,（,1,）被测信号是方波还是正弦波,（,2,）如是方波，上升沿是多少？,Lecroy,带宽为,200MHz,，,1GHz,，,6GHz,测量结果,t,r,=1.7ns,t,r,=873ps,实时采样技术,等效采样技术,常用微波测量仪器简介,相位噪声测试系统,相噪测试系统是专门用来测试微波信号,相位噪声,指标的设备。,常用微波测量仪器简介,相位噪声测试系统,相噪测试系统是专门用来测试微波信号,相位噪声,指标的设备。,Agilent E5500A-series,相位噪声测试系统,常用微波测量仪器简介,矢量信号分析仪,矢量信号分析仪具有频域、相位域、时域和调制域（调幅、调频、调相）分析能力；具有猝发信号和瞬变信号分析以及瞬时功率测量的能力；具有眼图、星座图和矢量（即坐标图）等显示形式，可用于采用数字调制体制的设备和系统的测试。,Agilent 89441A,及,Agilent 89640A,矢量信号分析仪,国内微波测量仪器与现状,沿海企业与科技,2005,年第,4,期,目前国内市场上主要的微波测量仪器厂家有：,美国 安捷伦（,Agilent,）,原来惠普（,HP,）,日本 安立（,Anritsu,）公司,德国 罗德施瓦茨（,Rohde&Schwarz),公司,国内,-,中电,41,所,2002,中国销售额,2014,？,公司,Agilent,Anritsu,Rohde&,Schwarz,41,所,美国嘉兆,IFR,亿元,25.0,10.0,10.0,15.0,差距：,技术指标与性能，品牌，技术服务，价格,频谱拓宽,-THz,微波测量仪器的数字化、智能化、自动化,微波测量仪器的宽频带、多信息、标准化、模块化,时域测量与时频分析,时域、频域、调制域、时频域,网络仪器联网与共享应用软件（,LAN,接口）,Agilent VEE pro,LabView,虚拟仪器设计与开发,现代微波测量技术发展趋势,虚拟仪器,虚拟仪器（,Virtual Instrument,简称,VI,）是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。虚拟仪器是继第一代仪器,模拟式仪表,、第二代仪器,分立元件式仪表,、第三代仪器,数字式仪表,、第四代仪器,智能化仪器,之后的新一代仪器。,虚拟仪器,是一种功能意义上的仪器，是具有仪器功能的软硬件组合，它并不强调物理上的实现形式。,虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来，充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本仪器设备配件的支持下，利用软件完成资料的采集，控制，资料分析和处理以及测试结果显示的测试测量系统。,虚拟仪器,传统仪器,开发和维护费用低,开发和维护费用高,技术更新周期短（,0.5-1,年）,技术更新周期长（,3-5,年,）,软件是关键,硬件是关键,价格低,价格昂贵,开放灵活与计算机同步，可重复用和重配置,固定,可用网络联络周边各仪器,只可连有限的设备,自动、智能化、远距离传输,功能单一，操作不便,虚似仪器和传统仪器的比较,第一章 微波信号源,微波测量用信号源主要指产生,微波正弦振荡,的各种微波信号发生器。,频率可调（频段，频率精度，稳定度，频谱纯度）,一定输出功率（稳定度，阻抗，驻波）,调制特性（脉冲、调幅、调频）,第一章 微波信号源,真空,固态,频率合成源,扫频源,第一章 微波信号源,毫米波倍频源,50-75GHz,60-90GHz,75-110GHz,90-140GHz,110-170GHz,325-500GHz,CW Source Specifications,.Amplitude,DUT,Source protected from accidental transmission from DUT,What is P out?,Voltage,Frequency,How accurate is this number?,What is P out?,max,min,Range(-136dBm to+13dBm),Accuracy(+/-0.5dB),Resolution(0.02dB),Switching Speed(25ms),Reverse Power Protection,微波,振荡,源,稳幅,扫描,模拟扫,步进扫,列表扫,锁滚扫,合成扫,功率扫,合成,准确 稳定 捷变 高纯,高分辨率,调制,脉冲调制 调幅 调频 调相 组合调制,I/Q,调制,功率准确度,功率稳定度,功率平坦度,功率分辨率,信号源驻波,第一章 微波信号源,微波三极管灯塔管振荡器,阴极,阳极,栅极,第一章 微波信号源,微波三极管的主要特征是利用,静电控制原理,控制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功能。,这种控制是借助改变控制栅极电压，影响阴极附近的电场来实现的。,电极上所加的交变电压的周期比电子由一个电极进行到另一个电极所需的时间,大的多的情形下进行的。,真空三极管的振荡频率：极间电容及引线电感的存在最高,不能无限提高 振荡频率,电子渡越时间效应,第一章 微波信号源,反射速调管,利用电子渡越时间效应与交变电磁场相互作用并交换能量。,同轴式或重入式谐振腔,机械调谐，改变腔体尺寸，电压调谐困难,速度调制,群聚,谐波,谐振腔（决定需要频率分量）,第一章 微波信号源,返波振荡器信号源,返波管,第一章 微波信号源,电子枪,微波信号的能量来源,聚焦装置,约束电子束的发散,慢波系统,减慢电磁波速度,收集极,用以形成回路，回收电子,返波管工作于返波模式,相速与群速方向相反。,返波管的主要特点是在很宽的频率范围内实现连续的,快速电调,，可达几个倍频程,空间谐波概念,第一章 微波信号源,固态微波三极管振荡器,集电极接地电容抽头式三点振荡线路,第一章 微波信号源,固态微波二极管振荡器,体效应管不同于一般,pn,结型二极管，它是在一整块,类半导体化合物（如,GaAs,）的两边各安上一个欧姆式接触电极构成。两级间所加电压超过某一阈值，电压增加反而引起电流下降。,工作时所加偏压应处于负阻区中央。,耿式管（,Gunn,）,雪崩管（,IMPATT,）,I-V,曲线上出现负阻区域,第一章 微波信号源,3mm,雪崩管振荡器（,CW 100mW,）,（,PW W,级）,雪崩二极管的工作原理是基于反向偏置的,pn,结出现雪崩式击穿产生大量游离电荷及这些电荷有结区向两极漂移的渡越时间的联合作用产生负阻效应。,雪崩振荡器能工作于连续波和和脉冲状态，最大特点是能工作到很高的毫米波段且有相当大的功率输出，,但噪声较高，调谐范围较窄。,第一章 微波信号源,振荡条件分析,耿氏管及雪崩管等负阻器件，只要装配适当的,调谐回路,并加上适当的直流偏压，便能产生振荡。,振幅稳定或增长的条件,振荡频率,维持自激振荡必须同时满足,(,负阻）,第一章 微波信号源,振荡器调制问题,调频、调幅、脉冲,Voltage,Time,Carrier,Modulation,AM,Pulse,FM,PM,q,V=A(t)sin (t),p,V=A(t)sin2 f(t)+(t),f,Voltage,Time,第一章 微波信号源,振荡器调制问题,调频、调幅、脉冲,Voltage,Time,AM,Pulse,FM,PM,q,V=A(t)sin (t),p,V=A(t)sin2 f(t)+(t),f,Frequency Deviation,Modulation Frequency,dcFM,Accuracy,Resolution,第一章 微波信号源,振荡器调制问题,调频、调幅、脉冲,Time,Pulse,On/Off ratio,Rise,time,Rate=1/T,T,Width,Power,t,1/t,1/T,Power,Important Signal Generator Specs for Pulse Modulation,Pulse width,Pulse period,On/Off ratio,Rise time,Amplitude,Frequency,Phase,Both Amplitude,and Phase,第一章 微波信号源,第一章 微波信号源,适当改变管子的偏压可以实现固态二极管的调频,影响输出功率,直接采用直流偏压上附加低频信号来产生调幅,不适用。,输出,PIN,调制振荡器可保持良好工作状态。,振荡器调制问题,调频、调幅、脉冲,第一章 微波信号源,PIN,调制器,它是由高掺杂的,P+,区和,N+,区加有一本征,I,层所构成，,I,层的厚度因用途而异，从用于微波控制电路的,10,m,以下到用于电力电子功率电路的几百,m,不等。由于,I,层的电荷存储导致的,I,层电导调制效应使得,PIN,二极管广泛应用于微波控制电路如开关电路、移相器、限幅电路等。,（,与普通二极管比？,）,第一章 微波信号源,PIN,调制器（有直流偏置）,无直流偏置？,第一章 微波信号源,PIN,微波开关,20ns/70ns,，脉宽,/,周期,第一章 微波信号源,微波管脉冲调制的实现？,第一章 微波信号源,1-1,微波信号发生器主要性能指标,1,、频率特性,频率范围,频率准确度和分辨力,实际频率与标称频率的差异；最,小频率变化间隔,频率稳定度,频率随时间的起伏变化；长期，,短期,频谱纯度,非谐波：,无规则寄生伴随频率分量,谐波寄生：波形畸变造成的倍频伴随分量,相位噪声：随机相位起伏造成的频谱展宽,。,第一章 微波信号源,Voltage,Frequency,Uncertainty,EXAMPLE,Accuracy=,=CW frequency=1 GHz,=aging rate=0.152 ppm/year,=time since last calibrated=1 year,f,CW,t,aging,cal,t,*,*,f,CW,t,aging,cal,t,Accuracy=152 Hz,+,_,1,、频率特性,+,_,Agilent E8257D,Analog Signal Generator,Phase Noise,Residual FM,Spurious,CW Source Specifications,.Spectral Purity,non-harmonic spur,65dBc,harmonic spur,30dBc,CW output,Residual FM is the integrated phase noise over 300 Hz-3 kHz BW,phase noise,0.5 f0 f0 2f0,sub-harmonics,第一章 微波信号源,vo(t)=a1 sin(wt)+a2 sin,2,(wt)+a3 sin,3,(wt)+.,=a2/2+a1 sin(wt)+3a3/4 sin(wt)+a2/2 sin(2wt)+a3/4 sin(3wt)+.,frequency,Power Spectral Density,CW output,measured as dBc/Hz,Ch1 PM PSD,1k,10k,100k,TRACE A:,A Marker,10 000 Hz,75 dBc/Hz,-125 dBc/Hz,LogMag,5 dBc/div,-105 dBc/Hz,第一章 微波信号源,第一章 微波信号源,1-1,微波信号发生器主要性能指标,2,、输出特性,输出功率,输出阻抗,驻波比,输出功率的读数是指接额定匹配负载时的输出功率，实际输出功率还与源、负载阻抗匹配有关,Voltage,Frequency,How accurate is this number?,What is P out?,max,min,第一章 微波信号源,2,、,输出特性,Sweeper Specifications,.Frequency,频率扫描,ramp sweep,accuracy,sweep time,resolution,step sweep,accuracy,number of points,switching time,time,frequency,f,2,t,2,t,1,f,1,t,4,t,3,t,1,t,2,f,4,f,3,f,1,f,2,frequency,Sweeper Specifications,.Amplitude,Frequency Sweep,Level Accuracy,Flatness,Source Match(SWR),Power Sweep,Power Sweep Range,Power Slope Range,Source Match(SWR),flatness spec,level accuracy spec,f,1,f,2,frequency,power,power,P,2,P,1,power sweep range,t,1,t2,第一章 微波信号源,1-1,微波信号发生器主要性能指标,补充：屏蔽的严密性,135dBm,0.032pW,（步进衰减器,-,专门选件）,信号发生器的所有高频部分都必须有严格的屏蔽措施，保证达到输出端口的的信号为确实为经过衰减器输出，,而无其他耦合通道泄漏进入。,（包括信号源本身内部各种途径耦合）,外来电磁干扰也可耦合直接进入到输出端口或测试接收机电路。,测试须在屏蔽室进行。,第一章 微波信号源,1-1,微波信号发生器主要性能指标,3,、调制特性,调制种类,调制信号特性,调制指数,调制失真,第一章 微波信号源,补充：微波信号发生器的稳幅与稳频,1,、自动稳幅,输出端口匹配和方向性很高定向耦合器,补充：深入讨论定向耦合器方向性,定向耦合器是微波测量和其它微波系统中的常用元件，,是近代扫频反射计的核心部件,。它是一种有方向性的微波功率分配器件。,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,第一章 微波信号源,常见类型有：波导、同轴线、带状线及微带线等。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙耦合元件，将一部分功率耦合至副线中，由于波的干涉及叠加，使功率仅沿副线的一个方向传输（称为“正方向”），而在另一方向几乎没有（或极少）功率传输（称为“反方向”）。,常见的波导定向耦合器有波导十字孔定向耦合器、波导双定向耦合器,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,定向耦合器的特性参量,（,1,）,耦合度,（,2,）,方向性,（,3,）,输入驻波比,（,4,）,带宽范围,输入至主线的功率,P1,与副线中正向传输的功率,P3,之比称为定向耦合器的耦合度,C,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,定向耦合器的特性参量,（,1,）,耦合度,（,2,）,方向性,（,3,）,输入驻波比,（,4,）,带宽范围,副线中正方向传输的功率,P3,与反方向传输的功率,P4,之比称为定向耦合器的方向性,D,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,隔离度,隔离度表示输入至主线的功率,P1,与副线反方向传输的功率,P4,之比,方向性隔离度耦合度,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,设,幅度保持为常数，,由端口,向左看，可等效为一信号源，其输出,为 ，反射系数为,等效源反射系数由,方向性,（隔离度，耦合度）而定,第一章 微波信号源,补充：深入讨论定向耦合器方向性,很小,采用输出,端口匹配良好,和,方向性很高,的定向耦合器作为取样，可以大大改善信号源的匹配。,第一章 微波信号源,定向耦合器使用注意要点,定向耦合器的隔离端口一般都接有,匹配负载,，以吸收传来的功率，避免产生反射波，否则由于不匹配而产生的反射波，会影响其它端口的功率分配，使定向耦合器的性能下降。,思考：方向性系数（,10dB,）对于功率、电压驻波比、回波损耗测试结果误差的定量分析？,计算实例：,一个放大器输出功率,100W,，输出阻抗,50,，,送至一大功率负载，负载驻波为,1.5,，现通过方向性系数分别为,25dB,和,40dB,的双定向耦合器测试反射、入射功率，以及驻波大小，则由,方向性,产生的误差？,（不考虑功率计和路径传输影响,入射及反射耦合度均为,C,）,第一章 微波信号源,若理想定向耦合器，反射功率为,4W-C,设耦合度为,C,真实反射功率主反射功率,方向性反射功率,主反射功率入射功率（,D,C,）,第一章 微波信号源,真实反射功率主反射功率,方向性反射功率,主反射功率入射功率（,D,C,）,（,4W,C,）,（,100W,D,C,）,（,4W,C,）（,0.316W,C,）,50,传输线系统中（端接匹配阻抗），电压,（幅值）,与功率关系式,反射,电压最大同相叠加，最小反相叠加，,第一章 微波信号源,总结：,方向性越好，测试精度越高,方向性大小对正向与反向功率的测试不同影响,负载驻波大小也对正向与反向功率的测试有不同影响,问题提出：,入射功率取样对定耦方向性的要求？,定耦耦合度取值是否越小越好？,第一章 微波信号源,微波信号发生器的稳幅与稳频,2,、锁相稳频,基波锁相环非连续,稳定度：,10,-6,10,-9,，频率固定，低频,第一章 微波信号源,微波信号发生器的稳幅与稳频,2,、锁相稳频,采样式谐波锁相环,分立谐波点,次数不能太高,第一章 微波信号源,微波信号发生器的稳幅与稳频,2,、锁相稳频,变频锁相环,基本实现宽带连续稳频,第一章 微波信号源,1-2,微波扫频信号发生器,1,、返波管扫频振荡器,电调谐,，频段较宽，短毫米波段仍在使用（,75-110GHz,甚至,400GHz,）,体积大，重量高，工作电压高,第一章 微波信号源,1-2,微波扫频信号发生器,2,、固态扫频振荡器变容二极管,第一章 微波信号源,1-2,微波扫频信号发生器,3,、固态扫频振荡器,YIG,调谐振荡器,具有电磁谐振特性,与小球尺寸无关，线性依赖于直流磁场,H,0,，与高频电路耦合后取决于管子的带宽。,扫频范围宽，可达几个倍频程；,扫频线性度好，不需要采用任何线性度措施，可优于,0.5%;,YIG,小球等效为无源谐振器，,Q,值高（无载,Q,值可到,10,5,）、稳定性好，寿命长，可靠性高；,第一章 微波信号源,1-2,微波扫频信号发生器,3,、固态扫频振荡器,YIG,调谐振荡器,第一章 微波信号源,1-3,微波合成信号源,频率准确度和频谱纯度要求,直接式,间接式,需要大量混频器（？），倍频器（？），分频器（？）对标准频率进行必要的算术操作。,稳定，响应快，成本高,利用锁相环,(PLL),以标准频率源来控制一个频率可变的压控振荡器,(VCO),来获得输出信号。,频率转换速度（稳定锁相）,环路失锁,频率合成的提出,输出具备时基的相对准确度和长期稳定度,1,、直接式,第一章 微波信号源,2,锁相式频率合成器,扩展输出频率,基本锁相原理参考前述锁频锁相,第一章 微波信号源,2,锁相式频率合成器,兼顾输出频率范围与频率步长,第一章 微波信号源,3,直接数字频率合成（,DDS,）,采用全数字处理技术，用一个高稳定、高精度的参考时钟源来产生频率和相位可调的输出信号，具有很高的频率分辨率和相位分辨率。,频率、相位分辨率高，快速跳频。,第一章 微波信号源,现代微波信号源结构框图,第一章 微波信号源,RF CW Block Diagram,Reference Section,f,Phase,Detector,Optional External Reference Input,Reference Oscillator(TCXO or OCXO),TCXO,OCXO,Aging Rate,+/-2ppm/year,+/-0.1 ppm/year,Temp.,+/-1ppm,+/-0.01 ppm,Line Voltage,+/-0.5ppm,+/-0.001 ppm,to synthesizer section,divide,by X,RF CW Block Diagram,Synthesizer Section,f,VCO,Phase,Detector,Frac-N,from reference section,to output section,X,2,multiplier,Front panel,control,5MHz,465.5 MHz,N=93.1,931 MHz,5MHz,.produces accurate,clean signals,RF CW Block Diagram,Synthesizer Section,reference,oscillator,phase noise of source,VCO noise,phase detector noise,broadband noise floor,20logN,phase-locked-loop(PLL)bandwidth selected for optimum noise performance,PLL/Fractional-N,.suppresses phase noise,frequency,noise,RF CW Block Diagram,Output Section,ALC=automatic level control,ALC Modulator,ALC,Driver,ALC Detector,Output,Attenuator,from synthesizer section,source output,ALC,maintains output power by adding/subtracting power as needed,Output Attenuator,mechanical or electronic,provides attentuation to achieve wide output range(e.g.-136dBm to+13dBm),