成都信息工程学院第一章 引言1射频微波测量射频微波测量技术电子工程学院 曹俊友 caojycuit.edu.cn成都信息工程学院第一章 引言2射频微波测量前置放大功放滤 波基带 信号基带 信号发射本振低噪声放大 双工器接收本振滤 波成都信息工程学院第一章 引言3射频微波测量 思考： 语音信号如何传送到很远的地方？ 收音机选台本质上是调节什么？成都信息工程学院第一章 引言4射频微波测量常见的信号发生器名称 函数信号发生器 模拟信号发生器 数字信号发生器 频率捷变信号发生器 微波信号发生器成都信息工程学院第一章 引言5射频微波测量 定义：一般将输出频率范围在300MHz 30GHz、 工作波长为1m10mm的信号发生器称为微波信号发 生器。 输出频率范围在30GHz 300GHz、工作波长为 10mm1mm的信号发生器称为毫米波信号发生器。30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz米波分米波厘米波毫米波成都信息工程学院第一章 引言6射频微波测量 一、微波信号源的性能特性 二、微波信号源的种类 三、微波扫源 四、微波合成源 五、微波合成扫源 六、微波信号源新技术本章主要内容成都信息工程学院第一章 引言7射频微波测量 dBm, dBw, dBv dBm: 10lg(P/1mw) dBw: 10lg(P) dBv: 20lg(U/1v) dBuV=90+dBm+10*log(R)dBuV = 107+dBm (50欧姆)dBuV = 108.75+dBm (75欧姆)成都信息工程学院第一章 引言8射频微波测量l 为什么用dBm等对数方式表示信号的大小？l 功率的计算公式：P=U2/R信号的大小通常是用电压来表示的；在RF系统中，有确定的阻抗50或75，因 此可用功率来描述信号的大小。成都信息工程学院第一章 引言9射频微波测量l 对数表示更直观 1W = 30dBm 100mW = 20dBm 10mW = 10dBm 1mW = 0dBm 0.1mW= -10dBm 0.01mW= -20dBm 0.001mW= -30dBm 0.0001mW= -40dBml RF仪器中，功率常用线性和对数两种方式显示 。线性显示时，单位为V、mV、uV等；对数显 示时，单位为dBm、dBuV等。成都信息工程学院第一章 引言10射频微波测量一、微波信号源的性能特性l理想的微波信号是CW信号 l定常波（ Costant Wave)：正弦波的各个系数 都是常数l连续波（Continue Wave)：无始无终的正弦波 l u u（t t）=A=A0 0coscos（0 0t + t + 0 0） 微 波 信 号成都信息工程学院第一章 引言11射频微波测量信号( 信号是可以以某种方式感知的客观现象( 信号可以按照其物理和数学特征分类( 信号具备可以被感知和描述的特征( 信号可以提供或探索信息( 信号发生器是信号的产生装置物理特征分类声信号光信号电信号数学特征分类正弦信号脉冲信号随机信号高低高低 强弱强弱明暗明暗 颜色颜色场强场强 波形波形振幅振幅 频率频率周期周期 脉宽脉宽均值均值 方差方差 信息成都信息工程学院第一章 引言12射频微波测量信息信息是人类对信号特征及其变化赋予或抽 象出 的特定含义；可以从信号的存在特征中提取信息； （信号 特征的测量）可以从信号特征的变化规律中提取信息； （网络测量）可以利用对信号特征的控制和检测传递信息。 （通信）成都信息工程学院第一章 引言13射频微波测量 信息信息源信息源发出信号发出信号信号特征信号特征 测量分析测量分析获取信息获取信息信号源信号源激励信号激励信号被测被测 网络网络响应信号响应信号信号特征比对信号特征比对 网络信息反求网络信息反求载波载波 信号信号调制调制调制信号调制信号信息信息 注入注入发送传输接收调制信号调制信号解调解调信息信息 再生再生成都信息工程学院第一章 引言14射频微波测量 电信号J对电磁场存在特征的物理表达和数学描述 K电磁场某一特征的表征量对时间的变化关系L如电压、电流、场强、电势、磁通等等 傅立叶级数与傅立叶变换傅立叶级数与傅立叶变换 u(t) U(f)u(t) U(f) 周期信号可以表示为一系列不同幅度、频率和初始相位的正弦信号的叠加周期信号可以表示为一系列不同幅度、频率和初始相位的正弦信号的叠加非周期信号可以表示为具有不同分布密度的正弦信号的叠加非周期信号可以表示为具有不同分布密度的正弦信号的叠加utf成都信息工程学院第一章 引言15射频微波测量 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。微 波 信 号 成都信息工程学院第一章 引言16射频微波测量调幅调幅调频调频调相调相成都信息工程学院第一章 引言17射频微波测量A（ ）谐波寄生 实际信号理想信号分谐波谱密度成都信息工程学院第一章 引言18射频微波测量微波信号特征参数频频 率率 特特 性性频率：频率：信号特征每秒中重复次数；周期，波长，角频率频率稳定度：频率稳定度：频率随时间的起伏变化；长期，短期频率准确度：频率准确度：实际频率与标称频率的差异；绝对，相对频率分辨率：频率分辨率：最小频率变化间隔；绝对，相对跳频速度：跳频速度：频率突变的过渡时间谐波寄生：谐波寄生：波形畸变造成的倍频伴随分量；分谐波非谐波：非谐波： 无规则寄生伴随频率分量无规则寄生伴随频率分量相位噪声：相位噪声：随机相位起伏造成的频谱展宽；剩余调频：剩余调频：扫频信号发生器在无调制点频工作状态下，输 出信号频率的短期不稳定度或晃动。扫频特性：扫频特性：频率连续变化特性；扫频速度、准确度成都信息工程学院第一章 引言19射频微波测量微波信号特征参数功率特性功率特性功率：功率：向特定阻抗负载注入能量的能力；振幅向特定阻抗负载注入能量的能力；振幅功率稳定度：功率稳定度：功率随时间的起伏变化；长期，短期功率随时间的起伏变化；长期，短期功率准确度：功率准确度：实际功率与标称功率的差异；功率平坦度实际功率与标称功率的差异；功率平坦度功率分辨率：功率分辨率：功率变化的最小间隔功率变化的最小间隔源驻波：源驻波：信号源吸收倒灌功率的能力信号源吸收倒灌功率的能力成都信息工程学院第一章 引言20射频微波测量微波信号特征参数调制特性调制特性脉冲调制脉冲调制幅度调制幅度调制频率调制频率调制相位调制相位调制成都信息工程学院第一章 引言21射频微波测量微波信号源功能与构成微波微波 振荡源振荡源稳幅稳幅功率准确度功率准确度功率稳定度功率稳定度功率平坦度功率平坦度功率分辨率功率分辨率信号源驻波信号源驻波扫描扫描模拟扫模拟扫步进扫步进扫列表扫列表扫锁滚扫锁滚扫合成扫合成扫功率扫功率扫合成合成准确准确 稳定稳定 捷变捷变 高纯高纯 高分辨率高分辨率调制调制脉冲调制脉冲调制 调幅调幅 调频调频 调相调相 组合调制组合调制 I/QI/Q调制调制一个微波振荡器，配以必一个微波振荡器，配以必 要的控制驱动电路，就构成了要的控制驱动电路，就构成了 最基本的信号源。不同的应用最基本的信号源。不同的应用 ，对信号源的输出有不同的特，对信号源的输出有不同的特 性要求。信号源的设计，就是性要求。信号源的设计，就是 围绕振荡器，施加不同的控制围绕振荡器，施加不同的控制 处理电路，满足不同应用需求处理电路，满足不同应用需求 的过程。的过程。成都信息工程学院第一章 引言22射频微波测量二、微波信号源的种类 信号源一般有以下三种： 微波扫源 微波合成源 微波合成扫源成都信息工程学院第一章 引言23射频微波测量三、微波扫源输出信号的频率在一定范围内，按照一定规律 重复连续变化的信号源成为扫频信号源。 在某一时刻，扫源的输出波形为正弦波，因此 ，微波扫源具有一般正弦信号源的特性。 扫源也可以设置成单一连续波频率的工作状态 。成都信息工程学院第一章 引言24射频微波测量微波扫源基本构成框图扫描发生器电 源主振驱动调制驱动器系统微波主振调制组件输出组件成都信息工程学院第一章 引言25射频微波测量 主 振A AF F振荡器模型振荡器模型 |AF|1|AF|1AF=2nAF=2n 常用的振荡器VCXO 压控晶振DRO 介质振荡器VTO（VCO） 压控振荡器YTO YIG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一般稳定度一般成都信息工程学院第一章 引言26射频微波测量微波扫源的优缺点 优点 电路相对简单 成本相对较低 缺点 频率稳定度和准确度都很差 由于剩余调频很大，谈不上相位噪声成都信息工程学院第一章 引言27射频微波测量四、微波合成源微波扫源实现比较容易，频率准确度和稳定度 比较差，不能用于精密测量场合。 利用频率合成技术，使得频率准确度和稳定度 达到要求，称该源为微波合成源。成都信息工程学院第一章 引言28射频微波测量微波合成源的原理框图电 源时 基频率合成器主振驱动调制驱动器系统微波主振调制组件输出组件合成信号发生器原理框图成都信息工程学院第一章 引言29射频微波测量频率 合成 频率合成是指利用物理方法实现频率的数学运算 直接合成包括分频、倍频、混频、取样 数字直接合成 间接合成主要是指锁相环（PLL）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） 滤波频率合成成都信息工程学院第一章 引言30射频微波测量请大家思考DS、PLL、DDS这3种频率 合成技术的原理和优缺点？ 熟悉这3种技术的优缺点对于指导我们的 设计有非常重要的作用，下面我们一起来 复习。成都信息工程学院第一章 引言31射频微波测量直接式频率合成DS直接式频率合成使用的元件多，结构复杂，体 积大，造价高，杂波抑制太差，这是它的一个 致命缺点，足以抵消它的所有优点。 如何抑制杂波以及组合频率也是直接频率合成 器首要关注的问题。因此，几乎在所有的应用 场合，均被锁相技术的间接频率合成方法所代 替。成都信息工程学院第一章 引言32射频微波测量间接式频率合成间接式频率合成是第二代频率合成技术，以 高指标的晶体振荡器作为参考频率，利用锁 相环技术进行锁相并达到倍频的目的，产生 所需要的频点。 间接式频率合成又称锁相环频率合成技术。 合成器具有良好的窄带跟踪特性，可以很好 的选择所需要频率的信号，频率覆盖范围较 大，杂散抑制也很好，并且避免了使用大量 的滤波器，十分有利于集成化和小型化。参考文献： Analog Devices, Fractional-N Frequency Synthesizer, ADF4154, Device Datasheet, 2004:67成都信息工程学院第一章 引言33射频微波测量基本锁相环FoFr频率参考鉴频鉴相器环路滤波器调谐振荡器反馈网络()FvfOUTPDLPFVCO fREFf fOUTOUT= =N NffREFREF N成都信息工程学院第一章 引言34射频微波测量微波锁相