微波测量复习题.doc

微波测量复习题
1. 表征微波信号的三个重要基本参数，简要论述微波测量与低频电子电路测量的区别和联络。
（1）功率 、频率 、阻抗。
（2) ①低频电子电路的几何尺寸一般远不不小于工作波长，属于集中参数电路。便于测量的电压电流和频率是基本测试量。
微波元器件的几何尺寸一般和工作波长相比拟，属于分布参数电路。功率，频率和阻抗是基本测试量。
②非TEM波传播线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如单导体传播线波导－模式电压，模式电流。而在TEM波传播线系统工作于主模且在行波条件下，行波电压V、电流I和传播功率P仍满足与低频电路相似关系式。
③它们在测量任务测量措施和测量仪器方面均有所不一样。
2. 测量的基本要素与之间互动关系
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:
1制定出测试方略（测量算法）和操作环节（测试程序）
2选择测试仪器，组建测试系统。
3分析测量误差并显示测量出成果。
3. 什么是测量环境，举例阐明
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。 例如温度、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。
4. 测量误差来源有哪些？
（1）测量对象变化误差（对应测量基本要素）（2）仪器误差（3）理论误差和措施误差（4）人身误差 （5）环境影响误差
5.计量与测量的关系
• 计量的任务是确定测量成果的可靠性。
• 计量是测量的基础和根据。
• 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
6.微波信号源的重要性能指标与含义
微波信号源就是产生微波信号的装置，又称为微波信号发生器。
重要性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。
（1） 频率特性--频率范围，频率的精确度和稳定度，频率辨别率，频率切换时间，频谱纯度。
（2） 输出特性--输出电平，电磁兼容性，输出电平的稳定度、平坦度、精确度
（3） 调制特性--让微波信号的某个参数值随外加控制信号而变化
*微波三极管的重要特性是运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。这种控制是借助变化控制栅极电压，影响阴极附近的电场来实现的。

7.给出定向耦合器耦合度、隔离度、方向性参数定义与之间关系
输入至主线的功率P1与副线中正向传播的功率P3之比称为定向耦合器的耦合度C
C=10lg(P1/P2)(dB)副线中正方向传播的功率P3与反方向传播的功率P4之比称为定向耦 合器的方向性D=10lg(P3/P4)
隔离度D’表达输入至主线的功率P1与副线反方向传播的功率P4之比D’=10lg(P1/P4)
方向性＝隔离度－耦合度
8.为何说采集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？请给出重要推导过程。(见微波测量技术（一）, ppt132-133)

设幅度保持为常数，

有端口②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

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。
9.深入理解定向耦合器方向性影响：一种放大器输出功率100W，输出阻抗50欧，送至一大功率负载，负载驻波为1.5，现通过方向系数分别为25dB和40dB的双定向耦合器测试反射、入射功率，以及驻波大小，试计算方向性产生的误差大小？（不考虑功率计和途径传播损耗影响）
(见微波测量技术（一）, ppt135, 136)
若理想定向耦合器
反射功率为4W-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）
=（4W—C）+（100W—D—C）
=（4W—C）+（0.316W—C）
50传播线系统中（端接匹配阻抗），电压（幅度）与功率的关系式

反射电压最大同相叠加，最小反相叠加，

10.频率合成方式有哪几种？简述直接频率合成原理。
频率合成方式：直接式合成，锁相环式合成，直接数字频率合成（DDS），混合式合成
直接式合成原理：用晶振产生稳定的参照频率作为鼓励源，是参照信号通过谐波发生器产生具有丰富谐波的窄脉冲，再通过混频、分频、倍频、滤波等措施，进行频率变换和组合来产生所需的大量离散频率。
11.基本锁相环有哪几种部分构成和各自作用？
基本锁相环由鉴相器（PD）、低通滤波器（LDF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分构成。VCO输出频率反馈至鉴相器，与基准频率进行相位比较。鉴相器（PD）的输出与和的相位差成正比，经环路滤波器形成调谐信号，调整调谐振荡器的频率，使的相位趋于。由负反馈理论可知，最终到达稳态时，VCO的输出频率等于。可见，锁相环的输出频率和基准频率具有同等稳定度。
11.试给出锁相环实现倍频（Nf1）的原理框图。

12.秒的定义
秒是铯－133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应辐射周期所持续的时间。
13.简要论述频率测量基本措施
有源法：外差法、计数法（外差法：零差法、恒差法、测差法）
无源法：谐振式波长计
直接法（微波技术频率计），间接法
14.请给出直接式频率计数器的原理框图，并阐明重要误差来源

误差来源：（1）计数器计数的精确性（量化误差）， （2）闸门启闭时间相对误差，晶振频率稳定性、精确度、分频电路和闸门开关速度及其稳定性等原因（原则频率误差） （3）时基信号所引起的闸门时间精确性（时基误差）
15.微波计数器使用注意事项。
①晶体在经受多种物理扰动时会变化它的振动频率，从而影响计数器的精度，这些不一样扰动的累积效应即晶体的老化，校准计数器是对老化的赔偿。
②调整敏捷度，防止噪声触发
16.波长计工作原理。
运用分布式参数的微波腔体谐振器对频率的选择作用测量频率的一类器件。
17.同轴TEM型波长计的工作原理
构造：一段同轴线，一端为固定短路面，另一端用短路活塞封闭，其长度可以通过活塞调整，但长度与波长非精确对应。
为保证单值性
18.阐明圆柱腔式波长计工作原理，并阐明H011波长计的长处
场构造稳定，无极化简并模式，损耗小（伴随频率升高而减小）。腔体侧壁和两个端壁内表面只有φ向电流，非接触式活塞Q值高，高精度波长计

19.反应式波长计串并联电路接入方式对谐振腔入口到主线分岔点之间电长度有什么规定？
串联接入：L=λ/2 并联接入:L=λ/4
20.反应式波长计工作原理分析，证明谐振时，负载功率曲线3dB带宽等于
谐振时，

曲线半腰宽度（3dB带宽）等于
21.频谱仪与示波器在测量信号上各有何特点？
频谱仪测的是信号在频率上的特性(频域上)
示波器测的是信号在时间上的特性(时域上)
示波器：显示的是信号的幅度随时间变化的一条曲线，通过该曲线可得到信号的波形、幅度和反复的周期。
频谱仪测量：显示的是不一样频率点的功率幅度分布，离散图谱能获得谐波分量、寄生、交调、噪声边带等。
22.频谱仪辨别率带宽参数设置对测试有什么影响？
较小辨别率带宽，提高动态范围－扫描时间增大；对于调制信号须有足够带宽，否则极大影响测试成果
1. 选择最佳的辨别率带宽---------不是最低
2. 改善测量精度（幅值和频率）
3. 优化低电平测量敏捷度
4. 为失真测量提高动态范围
5. 识别内部失真
6. 优化瞬态测量的测量速度
7. 选择最佳的显示检测模式
8. 测量突发信号－时间选通频谱分析仪
23.功率单位换算与对应50欧姆传播线（匹配状态）上对应电压幅值计算
A(dBm)=10lg A(dBW)=10lg

0dBm
-30dBm
27dBm
0dBW=30dBm
1mW
mW
0.5W
1W
0.31V
0.01mV
7.07V
10V

24.微波检波二极管使用注意事项
（1） 额定功率（持续波，脉冲波）
（2）阻抗匹配（瞬态测试，敏捷度）
（3）平方律合用功率范围
（4）敏捷度
（5）输入驻波，频率范围，输出检波电平极性
25.试给出几种单次窄脉冲（几十ns），脉冲功率（W级）测试措施，包括脉冲包络测试，画出简要测试框图。
需要同步进行脉冲包络和脉冲功率测试，一般采用检波二极管。
比较实用的是替代法校准。
（1）原则源－检波器——得到功率与检波幅值
对应关系。
（2） 待测源－检波器——得到输出功率
脉冲包络对于窄脉冲（几十ns），前沿较小测试需注意，检波器输出视频带宽严重影响测试成果。

26.功率方程级数方式推导，并阐明资用功率PA，无反射负载功率PO，任意负载功率PL的意义，给出各自体现式。
(见微波测量技术（三）P74-75,P86)

入射频率：
反射频率：
负载净功率
为功率源传播到无反射负载上的功率，它表征源的输出功率。
当时，负载上的功率最大：
称为信号源的资用功率，它表达信号源也许输出的最大功率。
传播到任意附在上的净功率与信号源资用功率之间的关系为：

27.频谱仪测相位基本原理与使用局限性
频谱分析就是将待测信号同步引入一系列带宽相似，但中心频率以带宽为步进等差递增的带通滤波器，再分别通过各频率检波器检波，得出各频率点功率的大小，最终再通过显示屏显示出来。
频谱仪－简朴迅速，不合用某些漂移较大振荡器，不能辨别PN 和AM，近频测试困难。
（1）此法不能从噪声中辨别出调幅噪声，且规定后者远小
（2）（C-N）受限于频谱仪动态范围，本振相位噪声必须比被测信号低的多
（3）很难测试靠近载频相位噪声，3dB带宽（RBW）限制
RBW太小，扫描时间很长
一般用于预测试，摸底，常常使用
合用于测量漂移较小但相位噪声相对较高的信号源,尤其合用于迅速、定性地初步测试信号源性能，简朴以便。
28.噪声系数基本定义与数学体现式
定义为用分贝（dB）表达的射频或微波器件输入处的信噪比（SNR）除以输出处的SNR。从它的名称可知，SNR是在给定传播环境中的信号电平与噪声电平之比。

30.如表所示三个匹配级联放大器，请计算出级联噪声系数最小值，并给出此时放大器级联次序：
放大器
功率增益（dB）
噪声系数
A
6（4）
1.7
B
12（16）
2
C
20（100）
4

由于均不小于2，因此其他级联次序的噪声系数都会不小于2，那么可以得出级联络数的最小值即为1.997，此时放大器的级联次序为A-B-C

31.简述Y系数法测量噪声系数原理
网络等效输入噪声温度

假如，则
32.微波网络分析特点
(1)不一样模式（波型）对应于不一样的网络。
n端口（m个模式）-n×m个端口网络(无互耦） 模式电压，模式电流
(2) 端口参照面的选择
参照面变化，网络参量变化 端口参照面远离不均匀区域
(3) 某些微波元件等效（电感，电容）与频率有关，某一频段内等效成立
(4) 参照面相似，等效措施不一样，网络参数不一样
矩形波导TE10模，圆波导TM01，TE11
33.简述测量线基本构成，并阐明其测量反射参数原理
测量线测量线由波导开槽线（尽量不影响传播线场分布）、耦合指示机构（检波器）和传动机构（平稳度与平行度0.01mm）三个部分构成。
；先得到驻波系数，再测量反射系数的相位。测量待测负载相位的思绪是：首先在测量线上找到一种已知相位的点，如波幅点或波节点，再通过测量该点到待测负载端面的距离，换算成角度即可。
34.如图单定向耦合器反射计信流图，给出反射系数体现式并简要分析提高反射参数测量精度措施。

解得：
与源反射系数有关；源匹配，定耦匹配，方向性好

理想状况下：
35. 分析微波等电阻比臂电桥工作原理，试推导证明电桥对角线上的失衡信号电压正比于

由图（b）所示，可写出o、c两点间的总电阻为
两端的电压可由分压得
电桥输出d、b两端得电位为
将以上三式联立求解，并考虑到，便得
将微波信号源端电压对归一化，便可得微波信号源波幅，输出端电压归一化为出射波波幅，便可将上式写成微波常见形式

36.综合比较标量网络分析仪和矢量网络分析仪的工作基本原理，阐明各自合用范围。
标量网络分析仪：标量网络分析仪是在扫频反射技术基础上开发出来的成套仪器，由于平常需大量进行反射系数和传播系数测试，仅需幅值即可。
合用范围：交流检波方式对窄带滤波器、功率敏感器件、反馈回路系统等不能对的响应经脉冲调制的微波信号，这时，提供应待测器件的微波信号就必须为持续波信号，而这就规定用直流检波；对于直流检波方式由于信号源宽带噪声的引入而导致动态范围减少，一般只能到-40dBm左右，此外，在测量信号靠近或低于-50dBm时，直流放大器的漂移也将带来很大的误差。
矢量网络分析仪：根据四个S参数定义，通过度离(S参数测试装置)后的入射波、反射波、传播波，进行下变频，运用中频幅相测量措施测出入射波、反射波、传播波的幅度和相位，从而得到四个S参数。
标量网只能测量网络的幅频特性，没有选频特性，动态范围小。接受机二极管检波，矢量仪可同步测量被测网络幅度信息和相位信息。接受机采用调谐接受，具有选频特性，有效克制干扰和杂散，动态范围大。
37.如图单端口反射参数误差网络模型，阐明各误差项的意义，并求出校正值的解。
（1）串话误差：测试通道定向耦合器的有限方向性；
（2）跟踪误差：定向耦合器、接受器的频率跟踪误差；
（3）等效源失配误差:等效源失配误差。
由信号流图解出反射系数的测量值为

显然，假如待测元件的反射系数很大，产生的影响小，和产生的影响大；反之，产生一定比例的误差，而成为重要的误差。
假如求出，则可由上式求得待测反射系数的校正值为

38.如图传播误差网络模型，阐明各误差项意义，求出传播参数测量值。
正向6误差项
EDF：定耦前向方向性误差
ESF：前向信号源失配误差
ERF：前向反射跟踪误差
EXF：前向隔离或串扰
ELF：前向负载失配
ETF：前向传播跟踪误差

39.简述TDR工作原理
时域反射测量（TDR）
指运用迅速阶跃信号发生器和接受机来进行传播或反射的测量措施。
TDR（时域反射计）是对具有这种测试能力的示波器的通称。
时域反射测量相称于闭路雷达，对于故障定位、连接器阻抗变化、有选择地消除不但愿的响应、简化滤波器的调谐等测试中有广泛应用。

40.简述适量网络分析仪进行时域测量分析需要处理的三个问题。
（1）截断频率－测试频段有限
（2）离散取样－扫描频率步进
（3）定标和再归一化－保证时域变换值保留物理意义。