微波测量课件:第二章.ppt
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1、微波测量仪器微波测量仪器微波测试设备Network Analyzer Basics信号源信号源可以产生产生正连续弦波,此图中为理想正弦波VoltageTimeVoltageFrequencyRFMicrowaveMillimeter20-50 GHz300 GHz3-6 GHzSpectrum AnalyzerOscilloscope信号源RFMicrowaveMillimeter20-50 GHz300 GHz3-6 GHz可以产生脉冲波信号源产生调制信号信号源 信号源是信号的发生装置,信号具备可感知和描述的特征 赋予和测量信号的特征参量的目的是为了获取或传递信息 正弦信号易于产生控制利用,
2、正弦函数便于数学分析计算 时域表达清晰直观具体真实,频域描述抽象分解唯理唯相微波信号源功能与构成普通信号发生器普通信号发生器在微波信号输出前加上可变衰减器,可以通过选择合适的可变衰减器控制输出信号功率范围当衰减器值改变时可能引起频率改变(频率牵引)普通信号发生器普通信号发生器定向耦合或分支电桥等方式定向耦合或分支电桥等方式信号源带调幅、调频、方波及脉冲等信号的信号源振荡源常用的振荡器VCXO压控晶振DRO介质振荡器VTO(VCO)压控振荡器YTOYIG振荡器OCXO恒温晶振频率单一频谱纯净稳定度好频率微调频谱纯净稳定度较好频率单一频谱较净稳定度较好调谐范围较大频谱一般稳定度一般调谐范围很宽频谱
3、一般稳定度一般YTO高频扫描主线圈驱动 低频调制高频调制低频大电流发生器频谱分离高频电流发生器扫速切换扫描发生器Y T O 频率预置调频输入 微波输出副线圈驱动低频扫描扫宽预置ALCALC是自动电平控制(Auto Level Control)系统的简称ALC实现系统功率输出的精确稳定控制 ALC实现精确的调幅控制和脉冲驱动控制 定向耦合器检波器线性调制器脉冲调制器差分放大器取样保持求和延时比较器频率合成频率合成是指利用物理方法实现频率的数学运算频率合成包括相干合成和非相干合成两大类相干合成包括直接合成和间接合成两种形式直接合成包括分频、倍频、混频、取样和数字直接合成间接合成主要是指锁相环(PL
4、L)频率合成数字合成DDS相位累加器相位寄存器D/A低通滤波锁相合成相位负反馈鉴频鉴相器环路滤波器VCO直接合成混频(加、减)倍频(乘)分频(除)滤波频率合成非相干合成相干合成DDS累加器寄存器cosD/ALPF锁相环FoFr频率参考鉴频鉴相器环路滤波器调谐振荡器反馈网络() FvfOUTPDLPFVCOfREF NPDLPFVCONfREFfOUTfLOfI调频与小数环FoFr频率参考鉴频鉴相器环路滤波器调谐振荡器反馈网络() FvFoFr频率参考鉴频鉴相器环路滤波器调谐振荡器(N+N) Fv微波信号源的基本形式典型框图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
5、、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 os
6、cillator) 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)v tVf t这样的信号在频域中表现为一根信号谱线 VoltageTimeVoltageFrequencySpectrum AnalyzerOscilloscopeVoltageFrequencyUncertaintyEXAMPLEAccuracy = =CW frequency = 1 GHz=aging rate = 0.1
7、52 ppm/year=time since last calibrated = 1 year +_fCWtagingcalt*fCWtagingcaltAccuracy = 152 Hz+_l频率范围Range: Range of frequencies covered by the sourcel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
8、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?maxminl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
9、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 integrated 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) =
10、 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飞,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
11、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 Spectral Densitymeasured as dBc/HzCh1 PM PSD1k10k100kTRACE A:A Marker 10 000 Hz75 dBc/Hz-125 dBc/HzLogMag 5 dBc/div-105 dBc/Hz 但是,在实际应用中,所有信号源的输出都存在着不稳定性,即
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