微波频率测量.doc

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1、第8部分微波频率测量8.1概述频率是表征微波信号特性的最重要的参数，因此微波频率的测量也是微波信号分析的最重要内容。频率基本测量方法是比较法。频率与时间在概念上是统一的。所定义的时间标准是比较的原始基准。比较方法分为有源比较法和无源比较法两类。前者以标准频率源作为未知频率的比较标准，后者用已知频率特性的无源电路作为比较标准，使未知频率的信号通过无源电路，与无源电路的已知特性相比较，通过已知频率特性求出未知频率，即(8.1-1)式中A、B、C、...是无源电路的已知常数。如利用波导的传输特性就属于此种测频方法，其中具有已知的频率特性。当然

2、，无源电路的已知特性，需要用更高一级的频率标准来校准，所以归根到底还是以标准频率源作为比较法的基准。无源比较法在微波测量中常称为波长测量。采用有源比较法需要解决两个问题。一是比较的基准；二是比较的方法。前者提供标准频率源，后者提供未知频率与标准频率比较的技术。常用的频率标准有晶体频标和原子频标两种。晶体频标的稳定度和准确度一般为10-6量级。但长期工作会产生不可逆的缓慢变化，即老化，因此要定期与天文时间进行对比、校正和调整，以保持可作为标准的足够高的准确度。原子频标的准确度可达5×10-13，稳定度2×10-13/h。8.2有源比较法测

3、频原理有源比较法有零拍法、测差法和内插法三种，现分别介绍其原理。一、零拍法如图8.2-1(a)所示，把未知频率f和标准频率fs一起加到混频-检波器，调节fs出现零拍，得fx=fs。若待测频率是一段频谱(或单一频率但频谱不纯)，欲测其中的某一频率分量，则由于频谱中各频率成分相互组合，可能会产生很多低频组合频率，因而使听取未知频率和标准频率之间的零拍音调发生严重困难。这时可采用图8.2-1(b)示出的方法，在混频器的输出电路中接一固定频率的窄带带通滤波器，再接到检波指示器上。连续调整时，可以得到两次最大指示，相应频率为和，由次得出(8.2-

4、1)图8.2-1零拍法(b)(a)二、测差法把未知频率fx和与它靠得最近的标准频率fs一起加到混频器，得出它们的差频F=

5、fx-fs

6、，再用较低频率计或一般数字频率计测出差频F，则fx=fs+F或fx=fs-F。这种测量微波频率的方法，对F的测频准确度不必要求很高，而能使微波频率具有很高的测量准确度。例如需要把3000MHz左右的频率测准到10-6，即要求把差频F测准到3kHz。这时如果选用足够靠近的标准频率，使F=3MHz左右，那么只要把F测准到10-3就够了，这一般是不困难的。三、内插法图8.2-2内插法所谓内插法就是利用一个辅助振

7、荡器，其频率在一定范围内连续可调、且具有直线频率刻度。这个辅助振荡器常称为内插振荡器。把内插振荡器的频率按零拍法调到与未知频率相等，读出内插度盘刻度Ax。然后在内插振荡器的度盘上找出两点，这两点是最接近于未知频率fx两侧的两个标准频率fs1和fs2(图8.2-2)。由于内插振荡器的频率连续可调且具有直线刻度，因此有，由此得出(8.2-2)8.3微波数字频率计原理数字频率计具有精度高、速度快、操作简便等优点。由于其一般是以计算在一定时间间隔内的脉冲数目为测量原理，因此也常称为计数器。由于微波频率较高，若采用电子计数器直接计数，则会受电路翻

8、转速度的限制而不能实现。所以需要把微波频率变换到较低射频上，再由计数器直接计数，然后乘以变换比或加上差值来实现微波频率的数字显示。常用的变换方式有外差式、频率转换式、同步分频式(取样式)三种。下面先简要复习直接计数法原理，然后介绍微波外差式和频率转换式数字频率计基本原理。一、直接计数式数字频率计基本原理直接计数式频率计的简化方框图示于图8.3-1。待测信号fx从A通道输入，经过放大整形使每个周期形成一个脉冲，即把输入的周期信号转变成频率为fx的脉冲信号。把它们送入闸门电路。闸门开启时，信号通过闸门进入计数电路，闸门关闭时，终止计数。闸门

9、的启闭时刻是受一个脉冲宽度非常标准(比如准确地等于1s)的秒方波信号严格控制的。当秒方波信号到来时(对应于方波前沿瞬间)闸门立即开放，在方波后沿瞬间，闸门断然关闭。这样，计数电路在1秒钟内所累计的脉冲个数就有了频率意义。如果闸门开闭时间为Ts，计数器累计数目为N，则未知频率fx=N/T。可见秒方波信号是数字频率计中的本机标准，它通常是由恒温控制的高稳定度的石英晶体振荡器产生的标准信号，再经过分频而获得。若振荡周期为T0，分频次数为k，则秒信号周期为T=kT0。图8.3-1数字频率计的简化方框图二、微波外差式数字频率计基本原理外差式频率计

10、的测频原理，将未知频率fx与仪器内部标准频率fs的谐波混频之后能得到差频fD=

11、fx-nfs

12、，fx=nfs+fD。将差频fD由计数器直接计数，谐波次数n由模拟电路求出，并能判断fD的符号，就可构成外差式数