微波测量课件：第三章微波信号频率及波长测量.ppt

1、微波信号频率及波长测量微波信号频率及波长测量频率定义频率是周期性信号的主要参量之一，也是微波信号源的两大要素之一。它是微波测量中常常需要搞清楚的一个参量，而且也是最容易被准确测量的一个参量。频率是周期的倒数，即每秒中振荡的周期数频率是周期的倒数，即每秒中振荡的周期数频率： f=1/T（Hz）角频率： =2/T= 2f(rad/s)瞬时角频率：(t)=d/dt瞬时频率： f(t)= d/2 dt瞬时相位：时间的定义一级频率标准：一级频率标准：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：二级频率标准：稳定度

2、稍低，如采用高水平的石英晶体振荡器、稳定度更高的铷原子频率标准。n以前以前平均太阳日的平均太阳日的1/86400n现在现在 秒是铯秒是铯-133原子基态的两个超精原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应的辐射的细能级之间的跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间（个周期的持续时间（1967年第年第13届国际计量大会规定）。届国际计量大会规定）。秒的定义n以前以前天文秒天文秒n现在现在 原子秒原子秒频率的测量实际上是时间间隔的测量，其标准应该是时间“秒”石英晶体振荡器石英晶体具有高度稳定的物理特性话化学特性，作为极高Q值的谐振电路，组成高质量的频率标准。利用石英晶体的压电效应制成的

3、一种谐振器件。石英晶体压电石英片电极支架基本构成：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。石英晶体振荡器若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机

4、械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。高性能的晶体，大多数工作于高性能的晶体，大多数工作于5MHz5MHz，采用分频或倍频电路可以得到各，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。种频率输出，然而这样相位噪声将会有所增加。正反馈放大晶体盒C0RqLqCq分布电容分布电容ZinYout石英晶体振荡器一般晶体振荡器的频率稳定度：一般晶体振荡器的频率稳定度： 长期频率稳定度长期频率稳定度 1

5、0 10-10-101010-8-8/ /日日 短期频率稳定度短期频率稳定度 101过耦合K=1临界耦合k1欠耦合反应式波长计工作原理22100YZGE当信号源与负载都匹配串联接入主线ELQQQ1110带入GnYk20考虑得2/10kQQL并联接入主线并联接入同样可得2/10kQQL在a-a面看到的外电路导纳为2Y0，经/4变换到b-b面，GE认为Y0/2反应式波长计工作原理20202max22)2(1)1 ()2/1/(1)(LLQQKPP负载功率000式中失谐时 1，有20)2(LQmax22)(PP谐振时 ，有P2达到最小值002max22)2/(11)(kPP由上两式可看出谐振曲线宽度

6、 时LQ1200由上两式可看出谐振曲线宽度2)(min2max22PPP2max22)2/(11)(kPP%100%100)2/1 (1%02max2min2QQkPPDL下陷比反应式波长计工作原理当接入支线不符合下式要求时EEGCnQ02ELGGnCnQ202谐振曲线发生畸变大牛股波长计接入的外部电路不匹配时，由外部反应到波长计b-b面上的不仅又电导分量 GE使其Q0降低为QL，其电纳分量使谐振频率发生偏移，称为频率牵引。传输式波长计20022)2(11)()(LQPP传输式波长计的输出口功率LQ1200其半功率响应出现在 ，有120LQ2101kkQQL21,kk为传输式谐振腔两个耦合口的耦合系数传输式波长计传输/反射混合用法传输式波长计有点： 其输入口所接引线只要求匹配，不计其长度，谐振曲线不会出现畸变情况d的长度须按串联或并联选用合符规定的长度