第1章 微波测量仪器和系统(下)

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1、第一章:微波测试设备（下）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 第四节:系统(简单说明)第一章:微波测试设备（下）信号源课程回顾了解 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、控制方法重点掌握重点掌握 频率合成技术（分类、优缺点） 课程回顾了解 信号源及其分类1）简易微波信号发生器2）标准微波信号发生器3）微波扫频信号发生器课程回顾掌握 信号源性能指标定义课程回顾了解 扫频源的基本概念 1）微波扫频信号源2）微波合成信号源3）微波合成扫频信号源课程回顾掌握 扫频源的产生、控制方法 1）直接频率合成（DS）2）锁相环式合成（PLL）3）

2、直接数字频率合成（DDS）1) 直接频率合成 由一个高稳定度的参考源,通过分频、混频、倍频和滤波等方法产生所需的各种输出频率. 直接频率合成原理说明图2) 间接频率合成应用锁相环的频率合成方法称为间接频率合成FoFr频率参考频率参考鉴频鉴相器鉴频鉴相器环路滤波器环路滤波器调谐振荡器调谐振荡器反馈网络反馈网络() Fv3) 直接数字频率合成(DDS) 是直接对参考正弦时钟进行抽样,数字化,然后用数字计算技术和数模变换器来产生信号,实现频率合成.ffc频率控制字N参考晶振L P FD / A转换器正弦查找表相位累加器NK fcf23) 直接数字频率合成(DDS) 是直接对参考正弦时钟进行抽样,数字

3、化,然后用数字计算技术和数模变换器来产生信号,实现频率合成.DDS采样输出信号的频谱分析SIN(X)/X包络Nyquist带宽3fc五阶镜频3fc-fo四阶镜频2fc+fo222.8277.22fc177.2三阶镜频2fc-fo二阶镜频fc+fo122.8一阶镜频fc-fo时钟频率fcNyquist限制输出基频fo信号幅度MSPS77.2-30dB-20dB-10dB0dB22.8503002001000课程回顾重点掌握重点掌握 频率合成技术（分类、优缺点） 频率合成方法频率合成方法优点优点缺点缺点直接频率合成 频率捷变速度快，相位噪声低 杂散差，结构复杂、体积庞大，调试难间接频率合成 杂散特

4、性好，易于集成 频率捷变时间长，相位噪声较差直接数字合成 频率捷变时间短，频率分辨率高易于集成，相对带宽宽，任意波形输出，信号调制功能 杂散较差，调谐带宽窄、输出频率低，功率耗散大 在实际应用中,可以采用上述几种方法相结合的方式,来弥补单独应用某种方式所具有的局限性。例如,可以采用PLL和DDS相结合的方式,实现高分辨率,低杂散输出的信号。同样,也可以利用PLL和DS相结合的方式,实现具有高输出频率,低杂散输出的信号。 下面简单介绍几个频率合成器的设计方案：锁相倍频结构毫米波频率合成源 锁相混频结构毫米波频率合成源 多环锁相结构毫米波频率合成源方框图 性能指标1.频率间隔:最小频率间隔,也称分

5、辨力2.频率转换时间:从一个频率转换到另一个频率,并达到锁定状态,这个过程所需要的时间3.长期和短期频率稳定度 长期稳定度通常以年月日来计算典型值为:f/f=(10-710-10)/每日 短期频率稳定度是指秒级频率稳定度,通常用相位噪声表示.典型特征合成源微波扫源10M-20GHz准确、稳定、纯净、精密宽带、连续、准确、灵活稳幅、调制自检测、自诊断、自维护、自适应信号源由于工程和技术的原因，微波信号往往是在频域表达的根据微波的正弦表达式，信号具有幅度频率和相位特性实际的微波信号其正弦表达式的每一个因子都是时变的根据信号特征的变化，微波信号可以调幅、调频和调相在线性系统中，调频和调相是可以互相转

6、化的表达形式在非线性系统中，调幅和调频调相可以有条件互相转化A（）谐波寄生实际信号理想信号分谐波谱密度信号源频率特性指标（Range）：决定了信号源能够提供的输出频率范围（resolution）：分辨率决定频率能够变化的最小步长（accuracy）是精度受连个方面的影响：仪器参考振荡频率（reference oscillator） 及目前离最后一次校准后的使用时间长短。1.频率范围2.频率准确度和分辨力3.频率稳定度4.频谱纯度5.射频输出功率6.射频输出功率准确度7.最大输出功率8.调制特性理想情况下，信号源输出的信号是完纯的正弦波信号，可用式表示如下：00()sin(2)vtVft这样的信

7、号在频域中表现为一根信号谱线 VoltageTimeVoltageFrequencySpectrum AnalyzerOscilloscopeVoltageFrequencyUncertaintyEXAMPLEAccuracy = =CW frequency = 1 GHz=aging rate = 0.152 ppm/year=time since last calibrated = 1 year +_fCWtagingcalt*fCWtagingcaltAccuracy = 152 Hz+_l频率范围Range: Range of frequencies covered by the so

8、urcel分辨力Resolution: Smallest frequency increment.l准确度Accuracy: How accurately can the source frequency be set.信号源指标说明.Frequencyppm:part per million 百万分之一信号源指标说明.AmplitudeDUTSource protected from accidental transmission from DUTVoltageFrequencyHow accurate is this number?What is P out?What is P out?m

9、axminl范围Range (-136dBm to +13dBm)l准确度Accuracy (+/- 0.5dB)l分辨力(0.02dB)l开关速度Switching Speed (25ms)l反向功率保护Reverse Power Protection信号源的频谱纯度信号源都只能由非理想条件下的元器件，部件组成，这些非理想的元器件会引入相位噪声和我们非常讨厌的失真。l相位噪声Phase Noisel残余调频Residual FMl杂散信号Spuriousnon-harmonic spur65dBcharmonic spur30dBcCW outputResidual FM is the in

10、tegrated phase noise over 300 Hz - 3 kHz BWphase noise 0.5 f0 f0 2f0sub-harmonics信号源的频谱纯度信号源中放大器幅输入看成：vo(t) =a1 vi(t) + a2 vi2(t) + a3 vi3(t) + .即 vo(t) = a1 sin(wt) + a2 sin2(wt) + a3 sin3(wt) + . =a2/2 + a1 sin(wt) + 3a3/4 sin(wt)+ a2/2 sin(2wt) + a3/4 sin(3wt) + .由于放大器的非线性特性，产生了二次、三次以及更高次的谐波，典型的二

11、次谐波功率与基波功率可以达到30 dB以上，除了谐波以外，还可以产生其他的一些频率成分，比如，只有偏置电压引入，这些其他非谐波的频率成份和基波相比大约又65dB以上的差距相位噪声的基本概念相位噪声的基本概念 相位噪声是指信号源中，由各种随机噪声所引起的输出信号瞬时频率或相位的起伏，它表征的是信号源输出频率的短期稳定性指标，是高稳定度高、高纯度频率源的一项十分重要的指标。由于相位噪声的存在，引起载波频谱的扩展，其范围可以从偏离载波小于1Hz一直延伸到几兆赫兹。 信号源指标. 频谱纯度Spectral Purity: 相位噪声Phase NoiseCW outputfrequencyPower S