!第二章-信号频率及测量资料.ppt

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其次章信号频率及测量1 信号频率及测量第一节概述其次节频率标准第三节频率测量方法2 第一节概述频率是周期性信号的最主要参数之一,是微波测量中最常须要测量的而且是能够测量得最精确的一种参量.3 其次节频率标准频率是表征周期现象的一种参数,定义为物体每秒振动的周期数,单位是赫兹(Hz)即f=1/T(Hz)T是周期,单位是(S)所以:频率的单位干脆依靠于基本时间单位秒.4 5 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：稳定度稍低，如接受高水平的石英晶体振荡器、稳定度更高的铷原子频率标准。石英晶体振荡器主要用来作为频率合成器及计数式频率计等精密仪器内含的频率标准。6 2.2.1石英晶体振荡器高性能的晶体，大多数工作于5MHz，接受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。一般晶体振荡器的频率稳定度：长期频率稳定度——10-10~10-8/日短期频率稳定度<10-11/S经过特殊处理（如精选精片，预先老化处理，双重恒温槽），可使其稳定度再上一个数量级。7 运用石英晶体振荡器留意事项：常常通电与上级频标校准只能作为二级频标8 2.2.2铷原子频率标准现在所熟知的原子频标可分为无源式和有源式两类:Δ:有源式是用以产生确定频率的震荡,主要有氢脉泽和铷脉泽两种;Δ:无源式产生标准频率的做法,主要是利用Q值高的谐振腔,将无源原子谐振器作为超稳定高Q鉴频器运用.如下图所示:9 用原子谐振器限制5MHz晶振产生标准频率10 铷原子频标特点：稳定度比晶振高1~2个数量级，体积小，重量轻，价格仅有铯频标的一半；铷泡R中，混有惰性气体，以削减铷原子碰撞，会引起频率f变动，不简洁测准；铷原子的跃迁还稍受外磁场的影响；仅能作二级频率标准11 2.2.3铯原子频率标准铯原子频标与铷频标在组成原理上基本相像,主要不同是构成微波鉴频器的原子谐振器是用铯133在超精细能级之间的跃迁.特点：频率稳定度高，基本不受环境因素影响（外电场、磁场等）；一级原子频标；10-12数量级左右稳定度。12 对于一级频标，频率或时间以此为基准，理论上说没有误差，但对于单部铯原子频标的复制性不能确定无差别，温度、外场的影响不能完全避开，因此，一级频标的确定应接受统计方法，即用很多部铯原子频标取平均值，因此，其稳定度的得来基于此。13 2.2.4氢原子频率标准氢脉泽即氢原子受激放射器的简称。它用作频标通常是作为一个有源谐振器，即由它供应频率为1.420405751GHz的微波振荡器，功率为10－12W，Q值极高,为2×109。有极高的频率稳定度和谱线纯度。14 特点：频率可以通过精确计算得到；精确度数量级为10-12；长稳：10-13/年，短稳5×10-13/S；谱线纯度高，噪声特性优于铯频标；可成为一级频率标准的候选者。15 第三节频率测量方法：一般是将被测频率干脆或间接地与标准频率进行比较，可分为有源法和无源法两种。有源法：测量装置中包含有标准频率的振荡源。无源法：将被测的信号频率与一个可调谐的无源回路的自然频率进行比较，并以谐振的出现作为频率相等的指示。16 2.3.1有源法外差法计数法17 1）外差法18 零差法：测差法：谐波零拍法：19 2）计数法原理：将未知频率fx与标准频率fs相比较，此时是利用未知频率fx的脉冲计数法而测得fx。如利用标准频率fs去限制一计数闸门的开放时间，假如开放时间等于fs的m个周期，即在开放期间通过闸门的未知频率脉冲个数为n，则因此或20 计数式频率计已简洁达到40GHz。随着取样器技术的发展，正向毫米波更高的频段发展。我们还可以接受一种变通的测量方法，即利用毫米波基波或谐波混频技术（外差变频），将毫米波频率变换到通用微波数字频率计的测频范围进行测试。21 22 2.3.2无源法（谐振式频率计）利用微波谐振腔进行测量，依据谐振腔的谐振选频原理可知，单模谐振腔的谐振频率确定于腔体尺寸，利用调谐机构对谐振腔进行调谐，使之与待测微波信号发生谐振，就可以依据谐振时调谐机构的位置，推断腔内谐振的电磁波的频率。这就是谐振式频率计的基本原理。23 按结构分为同轴谐振腔和圆柱形谐振腔：Δ：同轴腔(同轴式):[Q值不高,属中等精度频率计,应用于1GHz以下]Δ：圆柱腔(空腔式):[Q值高,谐振曲线尖锐,测量精度高]24 利用谐振式频率计测量频率时，依据其接入测量系统的方式可以分为通过式接法和吸取式接法。25 通过式接法26 吸取式接法27