微波频率测量15.docVIP

频率和波长的测量 一频率和波长的测量的基本概念 1频率和波长的测量分别属于两个不同物理量的测量 频率的测量—时间的测量 波长的测量—长度的测量 2“秒”的定义 █早期：天文秒—平均太阳日1/86400 上世纪初开始科学家们发现地球自传不均匀，且有变慢的趋势。而现代科学对时间标准的要求越来越严格，如导航，人造卫星的发射与回收，…等。天文秒越来越受到严重的考验。与此同时，科学技术的发展人们认识到微观世界中的运动比宏观运动更稳定，且易于观测，于是产生了新的“秒”—原子秒的定义 █近代：原子秒—基态超精细能级F3-F4之间，电子跃迁时间的9192631770倍为1秒 1967年10月，第13届国际计量大会通过 1972年1月1日零时开始实施 二数字式频率计原理 门 整形放大 标准时间信号产生器 整形放大，计数 数字显示 三波长计测频率—频率的“间接”测量 █反应式电路 I x f X0 f0 X0 x I （谐振时发生强烈反射） █通过式电路 L X I x X0 f0 f I X X0 (谐振时耦合输出加大) 微波频率测量 .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 (.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，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。 .2 有源比较法测频原理 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.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 (.2-1) 图 .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=|fx-fs|，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2-2 内插法 所谓内插法就是利用一个辅助振荡器，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 (.2-2) .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