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现代微波测量技术汪海洋汪海洋 83202103逸夫楼逸夫楼416课程性质与教学安排课程性质与教学安排专业选修课专业选修课（电子（电子科学与技术、物理科学与技术、物理电子学）电子学）综合性强，理论与综合性强，理论与实践结合，强调基实践结合，强调基本概念与方法、技本概念与方法、技能掌握能掌握课堂讲学（课堂讲学（30学时）学时）讲授讨论讲授讨论先导课程：电磁场与先导课程：电磁场与波、微波技术基础、波、微波技术基础、电子测量技术电子测量技术教材：教材：教材：教材：现代微波与天线测量技术现代微波与天线测量技术现代微波与天线测量技术现代微波与天线测量技术 戴晴戴晴戴晴戴晴 黄纪军黄纪军黄纪军黄纪军 莫锦军莫锦军莫锦军莫锦军 电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，2008/20122008/2012参考教材：参考教材：参考教材：参考教材：微波测量微波测量微波测量微波测量汤世贤，国防工业出版社汤世贤，国防工业出版社汤世贤，国防工业出版社汤世贤，国防工业出版社 19911991微波测量技术微波测量技术微波测量技术微波测量技术 董树义董树义董树义董树义 电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社 19951995现代微波工程测量现代微波工程测量现代微波工程测量现代微波工程测量 王培章王培章王培章王培章 朱卫刚朱卫刚朱卫刚朱卫刚 电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社 20142014微波器件测量手册微波器件测量手册微波器件测量手册微波器件测量手册 Joel P.Joel P.DunsmoreDunsmore 电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社电子工业出版社 20142014 原原Agielnt 教材与参考资料教材与参考资料 本课程考核方式：本课程考核方式：平时考核（平时考核（30%）（考勤）（考勤+课堂提问）课堂提问）期末考试（期末考试（70%）（开卷）（开卷）理论授课内容理论授课内容微波信号源微波信号源微波信号频率与频谱测量微波信号频率与频谱测量微波信号功率测量微波信号功率测量微波信号噪声测量微波信号噪声测量网络反射参量测量网络反射参量测量网络传输参量测量网络传输参量测量网络参数的全面测定网络参数的全面测定微波信号时域测量微波信号时域测量综合性微波测试实例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、优化及测试腔体滤波器的仿真、优化及测试阻抗阻抗频率频率功率功率表征微波信号的三个重要基本参数表征微波信号的三个重要基本参数 测量测量测量测量测量测量 低频电子电路低频电子电路电压电压电流电流微波测量与低频电子测量比较微波测量与低频电子测量比较 微波传输线中微波传输线中 电压、电流参数使用不方便，特别是在非电压、电流参数使用不方便，特别是在非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如唯一性，如单导体单导体传输线波导模式电压，模传输线波导模式电压，模式电流。式电流。而在而在TEM波传输线系统工作于主模且在波传输线系统工作于主模且在行波条件下，行波电压行波条件下，行波电压V、电流、电流I和传输功率和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。仍满足与低频电路相同关系式。典型代表同轴线典型代表同轴线测量、误差、计量一些基本概念测量、误差、计量一些基本概念中国的标准时间和授时中国的标准时间和授时 课程补充知识课程补充知识狭义测量的定义狭义测量的定义 测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。在在测测量量过过程程中中，人人们们借借助助专专门门的的设设备备，把把被被测测对对象象直直接接或或间间接接地地与与同同类类已已知知单单位位进进行行比比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。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广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的广义地讲，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、定测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。位的测量。位的测量。位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、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。地震源测定、卫星定位等。地震源测定、卫星定位等。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而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一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、图像来显示被维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被维信息，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。测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。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，包括信息广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息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。的感知和信息识别两个环节。的感知和信息识别两个环节。的感知和信息识别两个环节。测量的基本要素测量的基本要素被被被被测对测对象、象、象、象、测测量量量量仪仪器、器、器、器、测测量技量技量技量技术术、测测量人量人量人量人员员和和和和测测测测量环境量环境量环境量环境 测量过程测量过程基本要素之间的互动关系基本要素之间的互动关系 *选择测试仪选择测试仪器，器，器，器，组组建建建建测试测试系系系系统统。制定出制定出制定出制定出测试测试策略（策略（策略（策略（测测量算法）和操作步量算法）和操作步量算法）和操作步量算法）和操作步骤骤（测测 试试程序）程序）程序）程序）*分析分析分析分析测测量量量量误误差并差并差并差并显显示示示示测测量出量出量出量出结结果。果。果。果。测量环境测量环境 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。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、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、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、范围源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。及其变化。环境对测量的影响环境对测量的影响 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。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。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。良效应有时会成为测量的严重问题。环环境境对对测测量量人人员员的的影影响响：高高温温、严严寒寒、潮潮湿湿、闷闷气气、嘈嘈杂杂、照照明明不不适适当当等等不不良良工工作作环环境境，会会对对测测量量人人员员的的身身心心产产生生不不良良影影响响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。从而引起不同程度的人身误差乃至差错。海拔海拔温度温度湿度湿度测量误差的定义测量误差的定义 测量误差测量误差的基本概念的基本概念 测量的目的测量的目的:获得被测量的真值。获得被测量的真值。真值真值:在一定的时间和空间环境条件下，被测量本身所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。具有的真实数值。测量误差测量误差:所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差所有测量结果都带有误差 。测量误差的来源测量误差的来源 （2）影响误差）影响误差 由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、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。电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。（1 1）仪器误差）仪器误差 由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等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。素而使仪器带有的误差。测量误差的来源测量误差的来源 （3）理论误差和方法误差）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由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。的误差。（4）人身误差）人身误差 由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲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。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。确，如引起动态误差等。测量误差的表示方法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。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，称为绝由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差，对误差，有大小，又有符号和量纲。有大小，又有符号和量纲。实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值实际应用中常用实际值 A A A A（高一级以上的（高一级以上的（高一级以上的（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。测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。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出，修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。式。相对误差相对误差 一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，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。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相对误差：绝对误差与被测量的真值之比 实际相对误差实际相对误差 示值相对误差示值相对误差 相对真误差相对真误差 计量仪器的示值与被测量（约定）真值之差计量仪器的示值与被测量（约定）真值之差 计量的定义和意义计量的定义和意义 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，就要求一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、统一的单位、基准、标准和测量器具基准、标准和测量器具。计量的定量的定义测量标准的传递测量标准的传递 计量的定义和意义计量的定义和意义 u计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。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，如计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如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、计量监督管单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管单位的统一、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。理、测量方法及其手段的研究等。理、测量方法及其手段的研究等。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。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出具有法律效力的检定证书检定证书。计量的任务是确定测量结果的可靠性。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。计量是测量的基础和依据。没有计量，也谈不上测量。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。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值没有测量，计量将失去价值计量和测量的联系计量和测量的联系 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，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。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。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。或仪器，简称标准。检定：检定：是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的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被检者的1/3到到1/10。比对：比对：在规定条件下，对相同准确度等级的同类基在规定条件下，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。是考核量值的一致性。校准：校准：校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标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。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：量值的传递：指一个物理量单位通过各级基准、标准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。测量仪器、量具，以保证量值统一的全过程。例：以太阳为基准，时间测量的精确度例：以太阳为基准，时间测量的精确度1 1天内可达到天内可达到1 1秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过也不超过1 1秒。秒。如果时间测量精度不能突破百万分之一秒，目前如果时间测量精度不能突破百万分之一秒，目前如果时间测量精度不能突破百万分之一秒，目前如果时间测量精度不能突破百万分之一秒，目前的的的的GPSGPSGPSGPS系统将不可能应用系统将不可能应用系统将不可能应用系统将不可能应用?。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。学水平。北京时间从何而来？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 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。务系统。n 转动体的自由旋转地球自转（世界时，转动体的自由旋转地球自转（世界时，msms级）级）n 天体开普勒运动地球公转（历书时，精度不高）天体开普勒运动地球公转（历书时，精度不高）n 原子谐波振荡运动铯原子钟（原子谐波振荡运动铯原子钟（19671967年年1010月，国际月，国际时间标准）时间标准）中国的标准时间和授时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一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡9192631770919263177091926317709192631770周期所持续的时间，更长的时间单位由秒的累加而得。周期所持续的时间，更长的时间单位由秒的累加而得。周期所持续的时间，更长的时间单位由秒的累加而得。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（谐振频率（谐振频率（谐振频率f f f f9.192631770GHz9.192631770GHz9.192631770GHz9.192631770GHz，频率基准，频率基准，频率基准，频率基准)国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（BPIMBPIMBPIMBPIM）建立并保持，其分析处理全世界约建立并保持，其分析处理全世界约建立并保持，其分析处理全世界约建立并保持，其分析处理全世界约50505050个时间实验室的个时间实验室的个时间实验室的个时间实验室的200200200200台原子钟数据。台原子钟数据。台原子钟数据。台原子钟数据。中国科学院国家授时中心有中国科学院国家授时中心有中国科学院国家授时中心有中国科学院国家授时中心有19191919台铯原子钟和台铯原子钟和台铯原子钟和台铯原子钟和4 4 4 4台氢台氢台氢台氢原子钟数据定期传送给原子钟数据定期传送给原子钟数据定期传送给原子钟数据定期传送给BIPMBIPMBIPMBIPM。中国的标准时间和授时中国的标准时间和授时 微波测试注意事项微波测试注意事项微波测试仪器有两个特点：微波测试仪器有两个特点：1、价格昂贵；、价格昂贵；2、种类多。、种类多。对于微波测试仪器来说，经常是动辄几十万甚至上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，百万元。因此，在操作的过程中在操作的过程中 （1）必须要注意电网的安全性）必须要注意电网的安全性 （2）保证设备接地良好）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）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）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。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常用微波测量仪器简介 网络分析仪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。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、矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、带外抑制、带外抑制、VSWRVSWR、S S参数（包括幅值和相位）、阻抗、插参数（包括幅值和相位）、阻抗、插入相移、群延时等指标；而入相移、群延时等指标；而标量网络分析仪则只能测试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上述指标中与相位无关的参数。常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 频谱分析仪频谱分析仪 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。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常用微波测量仪器简介 噪声系数测试仪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。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常用微波测量仪器简介 功率计功率计分为连续波功率计和峰值功率计。分为连续波功率计和峰值功率计。HP8991A峰值功率计峰值功率计E4418B连续波功连续波功率计率计思考题：二者能否混用？思考题：二者能否混用？常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 频率计（波长计）频率计（波长计）用来准确地测量信号的频率值。用来准确地测量信号的频率值。Agilent 53181A计数器及计数器及Agilent 5361B脉冲脉冲/CW计数器计数器常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 频率计（波长计）频率计（波长计）用来准确地测量信号的频率值。用来准确地测量信号的频率值。常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 信号发生器信号发生器可以产生可以产生CW及各种调制的微波信号，分为及各种调制的微波信号，分为模拟和模拟和矢量信号发生器。矢量信号发生器。常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 示波器示波器 高实时带宽数字存储示波器高实时带宽数字存储示波器TD6604数字存储示数字存储示波器，输入阻抗波器，输入阻抗50,模拟带宽模拟带宽6GHz（实时带宽）（实时带宽）Lecroy已有模拟带已有模拟带宽宽65GHz产品（实产品（实时带宽）时带宽）常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 示波器示波器 低端数字存储示波器低端数字存储示波器如如TDS 3000系列系列模拟带宽模拟带宽300MHz（输入阻抗（输入阻抗-50/1M）波形测试波形测试功率测试功率测试检波器常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 示波器带宽的重要性示波器带宽的重要性-最值钱的指标最值钱的指标 问题：问题：对于对于5MHz5MHz的时钟信号需要用多少带宽的示波器的时钟信号需要用多少带宽的示波器 常见回答：常见回答：100MHz100MHz足够了，带宽是被测信号频率的足够了，带宽是被测信号频率的3-53-5倍倍 考虑即可。考虑即可。（1 1）被测信号是方波还是正弦波）被测信号是方波还是正弦波 （2 2）如是方波，上升沿是多少？）如是方波，上升沿是多少？LecroyLecroy带宽为带宽为200MHz200MHz，1GHz1GHz，6GHz6GHz测量结果测量结果 tr=1.7ns tr=873ps实时采样技术实时采样技术等效采样技术等效采样技术常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 相位噪声测试系统相位噪声测试系统 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。标的设备。常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 相位噪声测试系统相位噪声测试系统 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。标的设备。Agilent E5500A-series 相位噪声测相位噪声测试系统试系统 常用微波测量仪器简介常用微波测量仪器简介 矢量信号分析仪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。的设备和系统的测试。Agilent 89441A及及Agilent 89640A矢量信号分析仪矢量信号分析仪 国内微波测量仪器与现状国内微波测量仪器与现状 沿海企业与科技沿海企业与科技 20052005年第年第4 4期期目前国内市场上主要的微波测量仪器厂家有：目前国内市场上主要的微波测量仪器厂家有：美国美国 安捷伦（安捷伦（AgilentAgilent）原来惠普（原来惠普（HPHP）日本日本 安立（安立（AnritsuAnritsu）公司）公司 德国德国 罗德施瓦茨（罗德施瓦茨（Rohde&Schwarz)Rohde&Schwarz)公司公司 国内国内-中电中电4141所所2002中国销售额中国销售额 2014？公司公司AgilentAnritsuRohde&Schwarz41所所美国嘉兆美国嘉兆IFR亿元亿元25.010.010.015.0 差距：技术指标与性能，品牌，技术服务，价格差距：技术指标与性能，品牌，技术服务，价格 频谱拓宽频谱拓宽-THz-THz 微波测量仪器的数字化、智能化、自动化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测量与时频分析 时域、频域、调制域、时频域时域、频域、调制域、时频域 网络仪器联网与共享应用软件（网络仪器联网与共享应用软件（LANLAN接口）接口）Agilent VEE proLabView 虚拟仪器设计与开发虚拟仪器设计与开发 现代微波测量技术发展趋势现代微波测量技术发展趋势 虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器（虚拟仪器（Virtual Instrument简称简称VI）是计算机技术同仪器技术深层次结）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次革命。虚拟仪器是继第一代仪器模模拟式仪表、第二代仪器拟式仪表、第二代仪器分立元件式仪分立元件式仪表、第三代仪器表、第三代仪器数字式仪表、第四代数字式仪表、第四代仪器仪器智能化仪器之后的新一代仪器。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仪器功能的软硬件组合，它并不强调物理上的实现形式。现形式。虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与功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，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。理以及测试结果显示的测试测量系统。虚拟仪器虚拟仪器传统仪器传统仪器开发和维护费用低开发和维护费用低开发和维护费用高开发和维护费用高技术更新周期短（技术更新周期短（0.5-10.5-1年）年）技术更新周期长（技术更新周期长（3-53-5年年）软件是关键软件是关键硬件是关键硬件是关键价格低价格低价格昂贵价格昂贵开开放放灵灵活活与与计计算算机机同同步步，可可重复用和重配置重复用和重配置固定固定可用网络联络周边各仪器可用网络联络周边各仪器只可连有限的设备只可连有限的设备自动、智能化、远距离传输自动、智能化、远距离传输功能单一，操作不便功能单一操作不便虚似仪器和传统仪器的比较虚似仪器和传统仪器的比较 第一章第一章 微波信号源微波信号源 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。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）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）一定输出功率（稳定度，阻抗，驻波）调制特性（脉冲、调幅、调频）调制特性（脉冲、调幅、调频）第一章第一章 微波信号源微波信号源 真空真空固态固态频率合成源频率合成源扫频源扫频源 第一章第一章 微波信号源微波信号源 毫米波倍频源毫米波倍频源50-75GHz60-90GHz75-110GHz90-140GHz110-170GHz325-500GHzCW Source Specifications.AmplitudeDUTSource protected from accidental transmission from DUTWhat is P out?VoltageFrequencyHow accurate is this number?What is P out?maxminlRange(-136dBm to+13dBm)lAccuracy(+/-0.5dB)lResolution(0.02dB)lSwitching Speed(25ms)lReverse Power Protection微波微波微波微波振荡振荡振荡振荡源源稳幅稳幅扫描扫描扫描扫描模拟扫模拟扫模拟扫模拟扫步进扫步进扫步进扫步进扫列表扫列表扫列表扫列表扫锁滚扫锁滚扫锁滚扫锁滚扫合成扫合成扫合成扫合成扫功率扫功率扫功率扫功率扫合成合成准确准确准确准确 稳定稳定稳定稳定 捷变捷变捷变捷变 高纯高纯高纯高纯 高分辨率高分辨率高分辨率高分辨率调制调制调制调制脉冲调制脉冲调制脉冲调制脉冲调制 调幅调幅调幅调幅 调频调频调频调频 调相调相调相调相 组合调制组合调制组合调制组合调制 I/QI/Q调制调制调制调制功率准确度功率准确度功率准确度功率准确度功率稳定度功率稳定度功率稳定度功率稳定度功率平坦度功率平坦度功率平坦度功率平坦度功率分辨率功率分辨率功率分辨率功率分辨率信号源驻波信号源驻波信号源驻波信号源驻波第一章第一章 微波信号源微波信号源 微波三极管灯塔管振荡器微波三极管灯塔管振荡器阴极阴极阳极阳极栅极栅极第一章第一章 微波信号源微波信号源 微波三极管的主要特征是利用微波三极管的主要特征是利用静电控制原理静电控制原理控控制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功能。能。这种控制是借助改变控制栅极电压，影响阴极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。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极进行到另一个电极所需的时间大的多的情形下大的多的情形下进行的。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 不能无限提高不能无限提高 振荡频率振荡频率 电子渡越时间效应电子渡越时间效应 第一章第一章 微波信号源微波信号源 反射速调管反射速调管 利用电子渡越利用电子渡越时间效应与交变电时间效应与交变电磁场相互作用并交磁场相互作用并交换能量。换能量。同轴式或重入式谐振腔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）速度调制群聚谐波谐振腔（决定需要频率分量）第一章第一章 微波信号源微波信号源 返波振荡器信号源返波振荡器信号源返波管返波管第一章第一章 微波信号源微波信号源 电子枪电子枪 微波信号的能量来源微波信号的能量来源聚焦装置聚焦装置 约束电子束的发散约束电子束的发散慢波系统慢波系统 减慢电磁波速度减慢电磁波速度收集极收集极 用以形成回路，回收电子用以形成回路，回收电子 返波管工作于返波模式返波管工作于返波模式相速与群速方向相反。相速与群速方向相反。返波管的主要特点是在返波管的主要特点是在很宽的频率范围内实现连很宽的频率范围内实现连续的快速电调，可达几个续的快速电调，可达几个倍频程倍频程空间谐波概念空间谐波概念第一章第一章 微波信号源微波信号源 固态微波三极管振荡器固态微波三极管振荡器集电极接地电容集电极接地电容抽头式三点振荡抽头式三点振荡线路线路第一章第一章 微波信号源微波信号源 固态微波二极管振荡器固态微波二极管振荡器体效应管不同于一般体效应管不同于一般pn结型二结型二极管，它是在一整块极管，它是在一整块类类半导体化合物（如半导体化合物（如GaAsGaAs）的两）的两边各安上一个欧姆式接触电极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构成。两级间所加电压超过某一阈值，电压增加反而引起电一阈值，电压增加反而引起电流下降。流下降。工作时所加偏压应处于负阻区工作时所加偏压应处于负阻区中央。中央。耿式管（耿式管（Gunn）雪崩管（雪崩管（IMPATT）I-V曲线上出现负阻区域曲线上出现负阻区域第一章第一章 微波信号源微波信号源 3mm雪崩管振荡器（雪崩管振荡器（CW 100mW）（PW W级）级）雪崩二极管的工作原理是基雪崩二极管的工作原理是基于反向偏置的于反向偏置的pn结出现雪崩式结出现雪崩式击穿产生大量游离电荷及这些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。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雪崩振荡器能工作于连续波和和脉冲状态，最大特点是能和和脉冲状态，最大特点是能工作到很高的毫米波段且有相工作到很高的毫米波段且有相当大的功率输出，当大的功率输出，但噪声较高，但噪声较高，调谐范围较窄。调谐范围较窄。第一章第一章 微波信号源微波信号源 振荡条件分析振荡条件分析耿氏管及雪崩管等负阻器件，只要装配适当的耿氏管及雪崩管等负阻器件，只要装配适当的调谐调谐回路回路并加上适当的直流偏压，便能产生振荡。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幅稳定或增长的条件振荡频率振荡频率维持自激振荡必须同时满足维持自激振荡必须同时满足(负阻）负阻）第一章第一章 微波信号源微波信号源 振荡器调制问题调频、调幅、脉冲振荡器调制问题调频、调幅、脉冲VoltageTimeCarrierModulationAM,PulseFMPMqV=A(t)sin (t)pV=A(t)sin2 f(t)+(t)fVoltageTime第一章第一章 微波信号源微波信号源 振荡器调制问题调频、调幅、脉冲振荡器调制问题调频、调幅、脉冲VoltageTimeAM,PulseFMPMqV=A(t)sin (t)pV=A(t)sin2 f(t)+(t)flFrequency DeviationlModulation FrequencyldcFMlAccuracylResolution第一章第一章 微波信号源微波信号源 振荡器调制问题调频、调幅、脉冲振荡器调制问题调频、调幅、脉冲TimePulseOn/Off ratioRisetimeRate=1/TTWidthPowert1/t1/TPowerImportant Signal Generator Specs for Pulse ModulationlPulse widthlPulse periodlOn/Off ratiolRise timeAmplitudeFrequency PhaseBoth Amplitudeand Phase第一章第一章 微波信号源微波信号源 第一章第一章 微波信号源微波信号源 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影响输出功率直接采