《现代微波与天线测量技术》全册配套课件

《现代微波与天线测量技术》全册配套课件教材：《现代微波与天线测量技术》，戴晴等，电子工业出版社参考资料：１.《HandbookofMicrowaveTest》,ThomasS.Laverghetta,ARTECHHOUSE２.《微波测量》,汤世贤，国防工业出版社（修订版）３.《微波测量与实验教程》，赵春晖等等，哈尔滨工程大学出版社4.《近代微波测试技术》，董树义，电子工业出版社2课程主要内容绪论(1)微波测试设备(4)微波功率测量(3)频率测量(2)噪声测量(4)频谱分析仪测量(4)矢量网络分析仪测量(4)有源测量(2)实验3绪论微波及微波电路基本知识微波测量基本知识微波测量的重要性及四项基本规则4微波测试设备内容信号发生器(或信号源)

信号振荡器,扫频振荡器,综合信号发生器显示设备和信号检测检波器,功率检测,功率计,频谱分析仪,

噪声系数分析仪辅助元件衰减器,定向耦合器,测量线,调制器,校准件系统(简单说明)5微波功率测量内容基本概念小功率测量中功率测量大功率测量峰值功率测量周期矩形脉冲测量(平均占空比法)

直接脉冲法直接读数法6噪声系数测量内容基本概念手动测量两倍功率方法噪声系数测量

Y因子法噪声系数测量自动噪声系数测量影响噪声系数测试精度的一些因素补充级联电路的噪声系数计算7频谱分析仪测量内容定义几种常见信号频谱单脉冲,周期脉冲,调幅波性能参数重点:分辨带宽补充:谱线显示过程几种测试频率﹑功率﹑相位噪声等参数测试重点讲噪声系数的测量8矢量网络分析仪测量内容定义几个测试例子滤波器测试放大器测试9有源测量内容增益测量1dB压缩点功率测量交调测量交截点测量10微波测量测量是什么？NetworkAnalyzerBasics测量对象繁多Devicetype有源Active无源PassiveIntegrationHighLow天线Antennas开关Switches多路复用器Multiplexers混频器Mixers取样器Samplers倍频器Multipliers二极管Diodes复用器Duplexers双工器Diplexers滤波器Filters耦合器Couplers电桥Bridges分路器Splitters,dividers合路器Combiners隔离器Isolators环形器Circulators衰减器Attenuators适配器Adapters开路，短路，负载Opens,shorts,loads延迟线Delaylines电缆Cables传输线Transmissionlines波导Waveguide谐振器Resonators电解器件DielectricsR,L,C's射频集成电路

RFICs单片微波集成电路

MMICs收发组建T/Rmodules发信机Transceivers收信机Receivers高频头Tuners变频器Converters压控增益放大器

VCAs放大器Amplifiers压控振荡器VCOs振荡器Oscillators调制器Modulators压控衰减器VCAtten’s晶体管Transistors不同测量方法NFStimulustypeComplexSimpleComplexResponsetoolSimpleDC CW SweptSweptNoise 2-tone Multi-Complex Pulsed- Protocolfreqpower tone modulationRFDet/ScopeParam.An.NFMtr.Imped.An.PowerMtr.SNAVNASAVSA84000TG/SADed.TestersI-VAbsol.PowerGain/FlatnessLCR/ZHarm.Dist.LOstabilityImageRej.Gain/Flat.Phase/GDIsolationRtnLs/VSWRImpedanceS-parametersCompr'nAM-PMRFICtestFullcallsequencePulsedS-parm.PulseprofilingBEREVMACPRegrowthConstell.EyeIntermodulationDistortionNFMeasurementplane测量定义测量是针对电参数而言。微波测量意义测量是科学的眼睛，没有测量的科学是盲目的科学。人们掌握微波技术这门学科，不仅要解决这个波段的理论问题，还需要解决电磁波产生、放大、发射、接收、传输、控制和测量等。而在这些过程中，测量是尤其重要的手段。仅仅是发动引擎不能算是汽车专业测试。同样，设计电路或系统只能是说设计是可能的，成功的测试才能决定真是可行性。微波测量技术发展简介19世纪末期建立了麦克斯韦方程组和电磁场理论。1897年J.W.瑞利建立金属波导管传播电磁波理论，并推断出由金属容器（空腔谐振器和有源器件相结合）激发空金属管，有可能传输电磁波能量。大约在1933年，科学家在实验室发现了空金属管能传输电磁波。1936年，索思沃思和W.巴罗发表了波导传输模式的激发＆测量论文。这是微波学科的诞生时期。可见微波学科同其他学科一样，从诞生起就有在理论指导下，伴随实验研究的特点。这是法则！！！简单、手动测量仪器电子管技术、笨重复杂的仪器第一代自动测量系统晶体管技术、计算机大量重复测量、单独编程第二代自动测量系统数字技术、大规模集成电路，标准仪器接口第三代自动测量系统虚拟仪器、模块化、VXI总线、充分利用计算机测量仪器及测试系统的发展30~50年代，发展基础阶段，基本奠定低频至微波波段的各种仪器的结构和功能60~70年代，腾飞与突破，特别是GPIB总线问世，使计算机与仪器有机联系，自动测试称为现实，极大提高测试准确度和重复性80年代，微处理器在测量仪器中广泛适用，智能化仪器出现，测量速度和控制功能提高，增加数据运算与处理能力、自带测试与外设控制以及自检测及自校准能力80年代后期，专用集成电路和表贴技术广泛应用，仪器的集成度极大提高，出现模块化自动测试系统，，90年代后仪器朝标准化、模块化和开放系统方向发展，测量速度与自动测试水平进一步提高电子测量仪器的发展方向小型化数字化智能化网络化虚拟化模块化小型化

得益于大规模集成电路的运用典型的是FPGA的大量使用，门数多达上百万门、仪器中10万门各种存储器容量的增加使得电子产品体积大幅度减小

数字化由于高速A/D的出现，使得模数转化的精度和速度得到极大提高（纳秒级、10位），而大规模DSP芯片的运用又为信号的各种处理提供了快速、可靠的方法。优点：抗干扰、精度高、易生产等典型运用：手机、数字调制（ASK、FSK、PSK、QPSK）

频谱仪：数字中频将滤波器、对数放大等电路利用数字技术来实现本质是利用AD后DSP芯片处理智能化采用人工智能技术：专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等

在设计阶段就充分考虑到维护、自适应等因素，利用软件和设计相应的电路使电子产品具有自测试、自诊断、自恢复、自适应等功能。网络化

各种局域网、广域网的普及，使得网络无处不在，相应的电子技术的发展和网络的发展是相互关联，相互促进的，电子产品的网络化使得网络的构成有了基础，而网络的发展又推动了电子产品更快地向网络化发展。蓝牙技术：短距无线通信，家电组网仪器：网卡远程诊断虚拟化建立在计算机技术基础上核心是建模与仿真:多媒体仿真虚拟现实仿真、分布交互仿真虚拟战场、虚拟仪器、飞行模拟器30年代美国飞行模拟座舱60年代英国警犬导弹研制当今美国HUSTON的飞船仿真波音777采用虚拟技术实现无纸生产我国电网仿真优点：节约、提高速度趋势智能仿真：模糊技术、神经网络模块化由于计算机技术和数字处理技术的快速发展以及各种总线标准的开放，采用标准总线结构，共用相同资源的电子产品大量出现。电子测量仪器：GPIB接口总线、VXI、PXI总线，出现了模块化仪器VXI信号源、频谱仪、示波器、PXI示波器1GHz带宽、4GS/s取样率测量概念

1.概念

a.测量是为确定被测对向量值而进行的实验过程电子测量是对电参数进行的测量

b.电子测量仪器是利用电子技术制造的测量电参数的仪器

2.电子测量内容

a.电能量的测量

b.信号特性测量

c.元器件和电路参数测量电子测量技术电子测量是对一切电参数的测量网络的测量信号参量的测量电阻、电容、电感、阻抗参量、导纳参量混合参量、散射参量信号功率参量、频率参数、调制特性的测量信号采集信号处理、分析数据输出测量被测量值的仪器信号的产生信号处理信号输出产生标准输出的仪器电子测量仪器种类微波测试仪器信号测量网络测量频谱分析仪频率计功率计网络仪噪声仪微波信号源1.低频网络双口网络I1V1V2I2二元器件特性的网络表征方法阻抗参量(Z)导纳参量(Y)ABCD参量V1=Z11I1+Z12I2I1=Y11V1+Y12V2V1=AV2+B(-I1)V2=Z21I1+Z22I2I2=Y21V1+Y22V2I1=CV2+D(-I2)微波网络的表征方法a1b1a2b2b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2a1

端口1的电压入射波S11端口1的反射系数a2

端口2的电压入射波S22

端口2的反射系数b1

端口1的电压出射波S12反向传输增益b2

端口2的电压出射波S21

正向传输增益S11S22S21

S12

时域测量、频域测量标量参数测量矢量参数测量反射、传输参数测量元件参数测量网络测量测量线系统、自动网络分析仪、六端口测量系统、阻抗桥信号的测量信号类型：正弦信号：S（t）=A（t）COS[2f（t）+（t）]时域测量频域测量调制域测量

宽带、能测量相位差、幅度差、脉冲性能无法测量小失真相对窄带、能根据需要压缩带宽、测量小失真、动态范围大测量时间和频率关系信号分析：

时域和频域关系示意图timeAmplitude(power)frequencyTimedomainMeasurementsFrequencyDomainMeasurementsf（t）tV（f）ff（t）ttf（t）V（f）V（f）ff时域波形频域波形时域和频域关系时域频域傅里叶变换dω信号特性频率特性电能量特性频率准确度、稳定度频谱分布、频谱纯度电压、电流功率稳定度分：长稳、短稳调制特性调频、调幅、调相、脉冲调制频率短期稳定度时域阿伦方差频域单边相位噪声傅里叶变换

2=1/2mf02[（f1’-f1)+(f2’-f2)+(f3’-f3)+.....]f1f1’f2f2’f3f3’单边相位噪声(SSB):偏离载波f0为f处,每赫兹带宽的单边带功率和载波功率之比f0f调制域测量S（t）=A（t）COS[2f（t）+（t）]调幅调频调相调幅：v（t）=Ac（1+MaCOSt）COSt调频：v（t）=VcCOS（

t+Mfsint）调相：v（t）=VcCOS（

t+MfCOSt）ttff数据域测量研究以离散的时间和事件为自变量的数据流，用数据流、数据格式、设备结构、状态空间概念表征数字系统特征。微波测量内容微波信号源微波频率及频谱微波功率微波网络参量Q值测量介质参数测量噪声测量交调微波测量仪器的使用（信号源、矢量网络分析仪、标量网络分析仪、功率计、频谱仪、噪声系数测试仪）微波信号特性分析微波——波长很短的电磁波频率f：300MHz~300GHz

波长：

1m~1mm 毫米波高端:亚毫米波段1~0.1mm远红外:0.3mm~0.01mm什么是微波微波：工作频段的波长在1m-1cm（300MHz-30GHz）之间的电路，广义上还包括毫米波（30GHz-300GHz）和亚毫米波（300GHz-3THz）电路。常用的微波波段代号波段代号标称波长（cm）频率范围（GHz）波长范围（cm）L221-230-15S102-415-7.5C54-87.5-3.75X38-123.75-2.5Ku212-182.5-1.67Ku1.2518-271.67-1.11Ka0.827-401.11-0.75U0.640-600.75-0.5V0.460-800.5-0.375W0.380-1000.375-0.3微波测量的任务利用已有的测量装置和仪器，组成合乎要求的测试系统；测量仪器和测量方法的研究：利用当前已有的微波理论和技术，研究符合实际的测量方法，包括研究新的测量仪器和先进的测量方法），而这些将推动微波理论和技术的发展；保证测量结果的可信度：消除误差，提高精度，从而保证在科研和生产中测量结果的可信赖度。近代微波测量的主要特点大跨度的宽频带测试功能和高频率稳定度；为提高测量精确度和速度，要求测量仪器智能化，测量系统自动化；研究信号源，特别是相位噪声的测量方法和理论；微波电子设备小型化的要求激励了微波集成电路的发展，促使微波测量技术向微型测试、电光测量技术方向发展；新型微波电子设备的研究，促进了微波材料的发展。需要研究对微波材料介质参量的测量；可靠的晶体管S参数的测量方法。主要运用与微波电路的CAD方法；利用软件提高测量的精确度。例如采用精密测量技术的各种拟合模型可提高测量精度，误差网络法能在很大程度上消除系统误差，提高测量准确度等。四个非常重要的基本点需要测试的参数是什么适当的测试准备如何履行正确测试如何分析结果需要测试的参数是什么在测试前整理一个需要测量的参数列表仔细研究被测器件，筛选出最能描述器件特性的参数。事先准备好，既可以节约时间，金钱，也可以养成良好的测试习惯。适当的测试准备选择合适的激励源选择合适的接收机选择合适的附件核查仪器及附件功率容量8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz举例对特定的频率范围2.5-3.7GHz感兴趣电平始终在通带内有细微波动，看起来失锁，在频率高端显示中断，仔细检查所有的接头，连接电缆连接都很可靠，网络分析仪，信号源等都经过仔细检查，看起来测试系统完全没有问题波长计是一个高Q值的元件，其幅频特性曲线在带内带外的变化很快，或则说其幅度随频率的变化是变化的在频率高端，波长计的衰减太大，扫源的补偿就无法完成，因此频率高端信号源到被测件的信号已经衰减很大以至于后面示波器检测不到有用信号造成波形不对。解决方案：把波长计放到电平控制环路外即可如何履行正确测试对于如何履行测试环节，并非是我们要进行一步一步的测试，而是我们后面章节将详细说明的具体测试方法，我们将涉及到一些通常会被忽略甚至忽视的具体细节，比如失配、误差校准、测量误差、电缆损耗等一些经常被忽略的因素。一些基本参量，如加在有原电路上的直流电压，如果事先没有进行功率电平测量，可能就会对测量带来无法挽回的损失。大多数时间，上面提到的因素都不被认为是什么真正的大问题。衰减器和热敏电阻计都有自己的校准曲线；仪表手册也给有精确图表；电缆损耗也可以在进行测试时从被测器件中扣除，在校准中把其进行归一化处理；直流偏置也容易可以用伏特表测出；功率电平也可以用功率计读出。这些准备工作当然会占用测量时间，但这样我们将避免因得到错误数据而浪费更对时间。所以对上面提到的一些因素还是要引起重视。正确测试对实验过程也是非常重要的，测试不仅仅为得到一幅图表，测试过程中一定要注意中间有哪些具体步骤，也要知道那些将引入误差，那里又损耗，什么样的电压及功率电平是需要的。总之，事先想清楚，有一个清晰的思路比测试结果本身更为重要。如何分析结果做好测试计划，尽可能从结果中获取更多的有用信息有时候有些测试数据是无法直接获取的，只能通过间接方式取得。我们能做的是一定要仔细分析需要间接获取什么样的参数，然后再来搭建正确的测试系统。比如，若要从测试仪器上读出被测器件的VSWR这个参数，就没有必要为测量反射损耗（returnloss）或反射系数（reflectioncoefficient）等数据而为测试系统进行详尽设置，虽然，我们可以从这两个数据中计算出VSWR值，但如果可以的话，我们的目标应该是直接从测试仪表中读出这个值。显然，最直接的方法是直接读取而不是读取后再计算，也许计算还可能引入计算的人为误差。所以测试追求的不是结论而是正确的结论。总结不要强拧接头；接头要接触可靠且成直线对接；使用接头尽可能不转接；SMA接头连接尽可能用力矩扳手；N型和TNC型接头不能用老虎钳拧；学会如何正确适用APC-7(7mm接头)接头；超过500MHz不能用BNC接头；保持接头整洁；选择合适的连接电缆；有源器件的直流偏置使用前一定要测量；有源器件的直流偏置使用时限流以确保不损坏器件；测试前如果有可能检测测试环境的噪声指标；测试前设置所有仪表为最大量程；打开电源前检查设备（功率计、频谱仪等）允许最大输入功率；确保波导系统成直线排列；保持波导法兰盘（flanges）干净整洁；对同轴耦合器、衰减器、检波器等器件提供支撑，不要悬挂在一起上；用合适的仪器做正确测量；记住所有微波测试仪表均为精密装置，小心善待。微波测量仪器微波测试设备NetworkAnalyzerBasics信号发生器(或信号源)显示设备和信号检测

辅助元件

系统(简单说明)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VoltageTimeVoltageFrequencyRFMicrowaveMillimeter20-50GHz300GHz3-6GHzSpectrumAnalyzerOscilloscope信号源RFMicrowaveMillimeter20-50GHz300GHz3-6GHz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，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一个微波振荡器，配以必要的控制驱动电路，就构成了最基本的信号源。不同的应用，对信号源的输出有不同的特性要求。信号源的设计，就是围绕振荡器，施加不同的控制处理电路，满足不同应用需求的过程。微波振荡源稳幅功率准确度功率稳定度功率平坦度功率分辨率信号源驻波扫描模拟扫步进扫列表扫锁滚扫合成扫功率扫合成准确稳定捷变高纯高分辨率调制脉冲调制调幅调频调相组合调制I/Q调制普通信号发生器有直流偏置电压及微波输出接口。其中振荡器可能是反射速调管（klystron）YIG振荡器、压控振荡器，甚至也可是机械调节腔体振荡。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）？普通信号发生器可以隔离衰减器值变化引起的振荡器频率变化，增加可靠性！普通信号发生器为保证输出信号稳定度，我们对可变衰减器进行自动增益控制，这样，就算振荡源本身幅度不稳定，也可以保证通过控制衰减器的衰减量来控制微波信号输出幅度稳定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AF振荡器模型|AF|>1AF=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YTO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HH1H2

H=HH1H2mainFMALCALC是自动电平控制（AutoLevelControl）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输出模件输出定向耦合器检波器调制模件主振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

检波范围调制脉冲调幅信号温度补偿平坦度补偿电平控制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（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）☆滤波频率合成非相干合成相干合成DDS累加器寄存器cosθD/ALPF循环展开

低通滤波

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(Ｔ)FvFr=Fv=T{Fo}=>Fo=T-1{Fv}=T-1{Fr}fOUTPDLPFVCOfREF

fOUT=N×fREF÷N

fOUT=N×fLO+fREFPDLPFVCO×NfREFfOUTfLOfI相噪频偏振荡器自由噪声频率参考等效噪声锁相输出实际噪声低通滤波增益带宽调频与小数环FoFr频率参考鉴频／鉴相器环路滤波器调谐振荡器反馈网络(Ｔ)Fv调相调频积分微分FoFr频率参考鉴频／鉴相器环路滤波器调谐振荡器÷(N+

N)Fv中心频率N.FN+

NDCFM

N.F(t)

扫频速度N.F/t

微波信号源的基本形式扫源合成源合成扫源扫源ＣＰＵ电源扫描发生器微波主振调制驱动器调制组件ALC系统输出组件主振驱动合成源ＣＰＵ电源频率合成器微波主振调制驱动器调制组件ALC系统输出组件主振驱动PLL时基合成扫源FvFrFl时基参考发生器中频环鉴相器求和环路滤波器本振环取样器带通/隔离微波主振ΦMFMFoIF环路滤波器取样保持求和调谐振荡器中频参考频率预置FoFvFl鉴相器计数器扫描发生器取样器本振Fr合成源典型框图参考环中频环本振环YTOYO驱动取样调制器开关倍频滤波耦合检波器扫频控制鉴相调制信号发生器ALC下变频CPU电源调制驱动恒温时基外调制输入内调制输出内参考输出外参考输入射频输出典型特征合成源微波扫源智能微波合成扫源10M-20GHz准确、稳定、纯净、精密宽带、连续、准确、灵活稳幅、调制自检测、自诊断、自维护、自适应双层恒温不断电时基简洁的频率合成方案低噪声微波信号输出高分辨率小数分频环快速步进与列表扫频锁滚与锁相跟踪扫频智能扫频准确度校准可平移同步功率扫描连续频率覆盖支持同轴扩频支持波导扩频智能频段切换友好菜单界面标准程控命令自动系统支持智能诊断维护前馈式自动稳幅系统AM、FM、PM、峰值搜索与频响补偿集成微波电路射频舱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u（t）=[A0+A（t）]cos[（ω0+ω（t））t+（ψ0+ψ（t））]调幅调频调相A（ω）谐波寄生实际信号理想信号分谐波谱密度ω频率特性频率：信号特征每秒中重复次数；周期，波长，角频率频率稳定度：频率随时间的起伏变化；长期，短期频率准确度：实际频率与标称频率的差异；绝对，相对频率分辨率：最小频率变化间隔；绝对，相对源驻波：信号源吸收倒灌功率的能力谐波寄生：波形畸变造成的倍频伴随分量；分谐波非谐波：无规则寄生伴随频率相位噪声：随机相位起伏造成的频谱展宽；剩余调频扫频特性：频率连续变化特性；扫频速度、准确度功率特性功率：向特定阻抗负载注入能量的能力；振幅功率稳定度：功率随时间的起伏变化；长期，短期功率准确度：实际功率与标称功率的差异；功率平坦度功率分辨率：功率变化的最小间隔调制特性脉冲调制：开关比，占空比，周期，脉宽，上升沿幅度调制：调制率，调制深度；线性调制，对数调制频率调制：调制率，最大频偏，调制指数；相位调制微波信号特征参数信号源频率特性指标频率范围（Range）：决定了信号源能够提供的输出频率范围分辨率（resolution）：分辨率决定频率能够变化的最小步长精度（accuracy）是精度受连个方面的影响：仪器参考振荡频率（referenceoscillator）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：这样的信号在频域中表现为一根信号谱线VoltageTimeVoltageFrequencySpectrumAnalyzerOscilloscopeVoltageFrequencyUncertaintyEXAMPLEAccuracy=

= CWfrequency=1GHz

= agingrate=0.152ppm/year = timesincelastcalibrated=1year

+_fCWtagingcalt**fCWtagingcaltAccuracy=152Hz+_频率范围Range:Rangeoffrequenciescoveredbythesource分辨力Resolution:Smallestfrequencyincrement.准确度Accuracy:Howaccuratelycanthesourcefrequencybeset.信号源指标说明...Frequencyppm:partpermillion百万分之一信号源指标说明...AmplitudeDUTSourceprotectedfromaccidentaltransmissionfromDUTVoltageFrequencyHowaccurateisthisnumber?WhatisPout?WhatisPout?maxmin范围Range(-136dBmto+13dBm)准确度Accuracy(+/-0.5dB)分辨力(0.02dB)开关速度SwitchingSpeed(25ms)反向功率保护ReversePowerProtection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。相位噪声PhaseNoise残余调频ResidualFM杂散信号Spuriousnon-harmonicspur~65dBcharmonicspur~30dBcCWoutputResidualFMistheintegratedphasenoiseover300Hz-3kHzBWphasenoise

0.5f0f0

2f0sub-harmonics信号源的频谱纯度信号源中放大器幅输入看成： vo(t)=a1vi(t)+a2vi2(t)+a3vi3(t)+...即 vo(t)=a1sin(wt)+a2sin2(wt)+a3sin3(wt)+... =a2/2+a1sin(wt)+3a3/4sin(wt)+a2/2sin(2wt)+a3/4sin(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30dB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SpectralPurity:相位噪声PhaseNoiseCWoutputfrequencyPowerSpectralDensitymeasuredasdBc/HzCh1PMPSD1k10k100kTRACEA:AMarker10000Hz75dBc/Hz-125dBc/HzLogMag5dBc/div-105dBc/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，即存在着幅度、频率或相位的起伏，这样的不纯信号可表示为：

通常情况下，信号源的输出中都有幅度变化

，它不直接造成频率起伏或相位起伏，在这里可以忽略不计。这些相位起伏的特征描述通常叫做相位噪声。由于频率是相位对时间的导数，因此研究瞬时频率稳定度问题归结为研究瞬时相位起伏的问题。在频域用频谱分析仪观察，相位噪声表现为噪声边带连续地分布在载波频率的上下两边，如图所示。频域表示的相位噪声可以简单地看作是无限数目的相位调制边带，每一个相位调制边带又是由一个低频信号对载波进行相位调制而产生。

相位噪声的来源

通常情况下，信号源的相位起伏同时具有随机的或离散的特性，用频谱分析仪观察的结果如图所示。其中，信号边带中的为离散分布的信号称作杂散分量，另外一种为连续分布的随机信号，称作相位噪声。信号源中的杂散分量一般是由由电源纹波、机械振动或系统内部鉴相信号的泄漏或其它电路的信号窜扰，通过振荡器的供电端或调谐端对振荡器的输出信号进行调频产生的，这种杂散的分布一般情况下具有一定的规律性。另外一种呈随机分布的相位噪声通常是由振荡器本身内各器件所产生的各种随机噪声(如电阻产生的热噪声、半导体器件所产生的散弹噪声和闪烁噪声等)引起的。其它电路所产生的随机噪声，也可以通过振荡器的供电端或调谐端对输出信号进行调频产生相位噪声。频谱分析仪上显示的信号源相位噪声单边带相位噪声的定义

信号源中，由于相位噪声的存在，在频域中，输出信号的谱线是以调制边带的形式连续地分布在载波的两边，是双边带的，并以载波频率f0为中心对称。通常分析问题时，只取其中一个边带就可以了，把这一个边带称为单边带(SSB)相位噪声，用L(fm)表示，如图所示(a)相位噪声边带(b)单边带相位噪声L(fm)

单边带相位噪声的定义为偏离载波频率fm赫兹处，在1Hz带宽内，一个相位调制边带的功率PSSB与总功率PS之比,即L(fm)通常用相对于载波1Hz带宽的对数来表示，单位为dBc/Hz@fm。第二节:显示设备和信号检测2.2.1.检波器2.2.2.功率检测2.2.3.功率计2.2.4.频谱分析仪2.2.5.噪声系数分析仪2.2.1.检波器Scalarbroadband(nophaseinformation)DiodeDCACRF93微波检波器的基本结构主要性能指标频率范围,频率响应,灵敏度,端口阻抗,最大输入功率,极性,VSWR,接头形式95微波检波器应用举例:2.2.2.功率检测a)热电偶b)电阻测辐射热仪a)热电偶

用于准确测量温度的热电子元件,尤指一个热电子元件,由两种连在一起的不同金属组成,这样连接点间产生的电压变化就是两点间温度差异的量度.b)电阻测辐射热仪

利用某些温度敏感元件的电阻随所加的功率大小而变化的效应,对功率大小进行检测.

正温度系数副温度系数

2.2.3.功率计功率探头功率测量仪100一些传感器具有代表性的检测功率范围：

-70dBm~-20dBm

-30dBm~+20dBm

-17dBm~+35dBm

-10dBm~+35dBm

微波功率计根据所测信号的不同分为连续波功率计和脉冲功率计.

根据读数显示形式可以分为模拟式和数字式.2.2.4.频谱分析仪8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzRFInputNumerickeypadControlfunctions(RBW,sweeptime,VBW)Primaryfunctions(Frequency,Amplitude,Span)Softkeys8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHzFrequencyRangeAccuracy:Frequency&AmplitudeResolutionSensitivityDistortionDynamicRange扫频超外差式频谱仪的原理方框图3dB3dBBWLOMixerIFFilter/ResolutionBandwidthFilter(RBW)SweepDetectorInputSpectrumDisplayRBW2.2.5.噪声系数测试仪a)噪声源b)噪声系数计

噪声源有很多不同的种类,通常应用的噪声源分为三种类型:

热/冷噪声源固态噪声源气体放电噪声源第三节:辅助元件2.3.1:衰减器2.3.2:定向耦合器2.3.3:槽线2.3.4:调制器2.3.5:校准件隔离器混频器1082.3.1:衰减器a)固定衰减器b)可变衰减器连续可变步进109a)固定衰减器(给定衰减量,计算电阻值)110性能指标频率范围衰减量衰减精确度VSWR最大输入功率接头形式程控步进衰减器111连续可调衰减器性能指标:衰减范围步进衰减器

在一定范围内按固定值递增,主要采用开关和固定衰减器相结合的方式进行设计性能指标:步进及衰减范围1132.3.2:定向耦合器114

定向耦合器有很多不同的结构,其中最常见的是支线耦合器,兰格耦合器和平行耦合线耦合器115基本的定向耦合器和双向定向耦合器的示意图性能指标频率范围耦合度耦合度偏差插入损耗方向性端口阻抗VSWR最大承受功率接头形式117定向耦合器的应用2.3.3:槽线(测量线):主要用来测量VSWR,和波长等参数.按传输线的结构来分,主要有波导式＆同轴式主要包含三部分:开槽线,耦合指示器＆传动矩形波导测量线120矩形波导测量线示意图121122波导开槽线:它是在矩形波导宽边的中央开一条严格平行于纵向轴线的长条槽缝构成的,是与待测元件连接的一段波导传输线.耦合指示机构它由探针,调谐腔体,晶体检波器和指示设备构成.探针通过波导的槽缝伸进波导内,与所在位置的电场发生耦合,在探针上产生与该处电场强度成比例的感应电动势,并经过探针的调谐腔体送至晶体检波器,从而转换成直流电流,用微安计等来指示.1231.VSWR=Vmax/Vmin2.两个最高点或最低点间的距离是半个波长1242.3.4:调制器许多微波测试应用中经常需要调制信号,特别是通信方面,比如幅度调制,脉冲调制等1252.3.5:校准件

为了获得准确的测试数据,测试前必须校掉系统误差,这样的测试结果才是可信的.矢量网络分析仪校准件126第四节:系统127Agilent8363B矢量网络分析仪吸波材料测试系统应用采用弓形框法测量不同方向电磁波照射情况下，被测材料吸波特性，满足隐身材料吸波特性测试的要求。129130131T/R组件测试系统用于机载雷达罩插入相位精密测量，用于雷达罩生产过程相位均匀性监测和生产、出厂最终检验测试。雷达罩插入相位测试系统天线测试系统RCS测试系统微波毫米波天线与RCS通用测试平台应用该系统能广泛应用于电磁频谱普查、查找干扰信号方位、无线台站选址及维护等工程中。系统对环境中不同频段的电磁频谱分布测量进行信号方位测试，系统可车载和固定安装。信号测向功能频谱检测功能电磁环境和热电噪声测试功能干扰信号判断能力数据库功能测量报表功能电磁环境综合测试系统AV4063AX/AV4063X现场电磁频谱检测系统针对信息化时代的通信、武器装备的具体特点，利用仪器设备，结合的计算机技术、网络通信技术、测试技术组成高度机动性的智能化电子情报收集系统。该系统能以地面、舰载或机载方式部署，可单独使用，也可作为信号情报系统的一部分随时部署到不同的电磁环境中执行各种任务，可满足陆海空三军对阵地、舰艇、机场等目标区域以及无线电管理对城市区域实施电磁特征检测的需要，也可为武器装备电磁特征的检测提供重要手段。具有高灵敏度、宽频带、大动态范围和超宽分析带宽的检测功能。具有对信息设备的电磁泄漏信息检测分析能力具有对计算机机电系信息设备电磁泄漏的视频信息进行还原功能。可以解调AM/FM信号。宽带电磁信息检测系统用于在X波段和Ku波段，脉冲功率2000W状态下，准确测量出雷达发射机输出的脉冲功率、平均功率、脉冲波形和输出效率等参数机载雷达发射机大功率测试系统主要用于解决卫星有效载荷在生产过程、地面模拟实际空间工作环境、老化试验和可靠性试验过程中的自动测试问题。XXX卫星环境试验自动测试系统微波信号频率及波长测量频率定义频率是周期性信号的主要参量之一，也是微波信号源的两大要素之一。它是微波测量中常常需要搞清楚的一个参量，而且也是最容易被准确测量的一个参量。频率是周期的倒数，即每秒中振荡的周期数频率：f=1/T（Hz）角频率：ω=2π/T=2πf(rad/s)瞬时角频率：ω(t)=dψ/dt瞬时频率：f(t)=dψ/2πdt瞬时相位：时间的定义一级频率标准：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，如采用高水平的石英晶体振荡器、稳定度更高的铷原子频率标准。以前——平均太阳日的1/86400现在——秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间（1967年第13届国际计量大会规定）。秒的定义以前——天文秒现在——原子秒频率的测量实际上是时间间隔的测量，其标准应该是时间“秒”石英晶体振荡器石英晶体具有高度稳定的物理特性话化学特性，作为极高Q值的谐振电路，组成高质量的频率标准。利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。石英晶体压电石英片电极支架基本构成：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。石英晶体振荡器若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。高性能的晶体，大多数工作于5MHz，采用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。正反馈放大晶体盒C0RqLqCq分布电容分布电容ZinYout石英晶体振荡器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石英晶体振荡器信号纯度：-130dBcoffset100Hz；-140dBcoffset1KHz。使用石英晶体振荡器注意事项：经常通电与上级频标校准只能作为二级频标

采用LC振荡回路铷原子频率标准原子频标：有源式：铷脉泽，氢脉泽无源式：Q值高的谐振腔铷原子频标特点：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，以减少铷原子碰撞，会引起频率f变动，不容易测准；铷原子的跃迁还稍受外磁场的影响；仅能作二级频率标准铯原子频率标准利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高，目前，最好的铯原子钟达到500万年才相差1秒。现在国际上，普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准铯原子会被加热至汽化，并通过一个真空管。在这一过程中，首先铯原子气要通过一个用来选择合适的能量状态原子的磁场，然后通过一个强烈的微波场。微波能量的频率在一个很窄的频率范围内震荡，以使得在每一个循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。在真空管远端的尽头，另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率上而已经改变能量状态的铯原子分离出来。在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出，并在处在正确频率的微波场处呈现峰值。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正，并使得微波场正好处在正确的频率。这一锁定的频率被9,192,631,770除，得到常见的现实世界需要的每秒一个脉冲铯原子频率标准铯133则被普遍地选用作原子钟特点：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。对于一级频标，对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之复制性不能绝对无差别，温度，外场的影响不能完全避免，因此一级频标的确定应采用统计方法，即用许多部铯原子频标取平均值，因此其稳定度的得来基于此。氢原子频率标准有源谐振器，通常称氢脉泽（原子受激发射器）。受激产生频率为1.420405751GHz，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。特点：频率可以通过精确计算得到；准确度数量级为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。信号频率的校准采用前面介绍的四种频标组成鉴相器对压控晶体振荡器进行锁相稳定，使压控晶体振荡器的输出信号达到所用频标的稳定度，然后将此信号与被校准信号一同加到一个比相仪进行比较，比相仪将记录一段时间内的累积相位差所对应的时间差，从而给出被校准频率的相对误差并进行调校。一般单位可能没有以上频率标准，因此可以采用一种简单易行的方法，即采用“电视彩色副载波传播的标准频率”进行校准。副载波频率稳定度为5×10-12/30分钟，它是由中央电视台发布的，用铯原子频标直接控制频率合成器产生的。频率测量方法方法有源法外差法计数法无源法微波谐振腔方法：一般是将被测频率直接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。例如谐振式波长计。有源法--外差法混频器低频放大器外差振荡器标准频率源差频输出fsfx将外来未知信号fx与本机的外差振荡器的准确已知频率fs一同加于混频器，取差频fd=fx-fs。如果fs能够连续变化，则精确调节fs使fd=0，便知道fs=fx，这个方法称“零差法”或“零拍法”。零差法：测差法：谐波零拍法：若已知信号和未知信号都带有谐波，则需要判断谐波数，通常这是很困难的事情，因此在用这方法进行测试时，需要大致知道信号频率。现在外差法已经被计数法频率计所替代。

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去控制一计数闸门的开放时间，假如开方时间

等于fs的m个周期，即计数法而在开放期间通过闸门的未知频率脉冲个数为n，则因此

或如取闸门开放时间则fx=nHz。计数法在8位二进制计数器中，例如显示数字为：12345678（计数值n），即选中闸门开放时间为=1S时，利用

则fx=12345678Hz因此如选择闸门开放时间为1ms，如n不变，还是12345678，则

fx=12345678MHz

计数法注意：

一台计数式频率计所能直接测量（计数）的最高频率上限既不取决于计数器位数的多少，也不取决于闸门开放时间的长短，而是决定于最末一位数字（个位）的十进制计数器的最高翻转速度。因此，目前采用此方案也仅能到微波频率低端。闸门时间的选择：应使8位数字均有显示。闸门开和关的时间与首末一个信号脉冲到来的时间是没有相互时间配合的，因此会造成最低一位计数有±1的误差。因此，对于计数频率计总的误差可表示为：

±时基准确度±1个计数例如，n=12345678，选择=1S，则

fx=12345678Hz±1Hz误差，最后的8Hz不能准确读出相对测量精度可以表示为

时基相对误差±1/（闸门时间秒数×被测频率（赫兹））由此可见，在测量低频时，将增加测量误差。一个改进的方法是测周期，即倒数式方案。此方案是将频标和待测fx位置互换。

计数法该图中，由于一次计数为2个ns，因此误差为±2ns，及10-9的数量级。由因此m为计数值，n由开关位置决定。图中，Ts=2ns。计数法改进后，可以到达微波频段，甚至到mm波。方法是采用预分频法、外差变频法、频率转换式和谐波外差式等。计数法利用这些改进方法，计数式频率计已容易达到40GHz。随着取样器技术的发展，正向毫米波更高的频段发展。我们还可以采用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。直接计数式频率计特点信号波形

连续正弦波，非正弦波，脉冲波，甚至可以是调制（调幅、调频）后的载波频率；对输入信号自动进行重复测量；只能到微波频率低端

当测量较高频率，计数时开关翻转不过来，导致无法计数。毫米波频率与波长测量微波波段：采用闭式谐振腔测波长毫米波：采用有闭式、开式和干涉法无源法测频率利用微波谐振腔类型同轴谐振腔圆柱形谐振腔同轴谐振腔工作模式为TEM模λ/2式λ/4式电容加载式一般要求同轴线尺寸满足D、d分别代表同轴线内外导体直径；λmin是上限波长

圆柱形谐振腔式工作模式E010(TM010)主模，电容加载式H111(TE111)主模H011(TE011)高次模式需仔细选择腔体尺寸各种谐振式波长计。波长计利用谐振现象测量无线电波波长的仪器。微波波长计通常用波导或同轴的可调谐振腔做成（见图）。谐振频率f（或波长λ）与调谐活塞的位置之间的关系预先用已知频率标准定标，根据活塞的位置可确定波的波长。谐振波长计的调谐精度主要决定于腔体有载Q值（也与调谐机构回差、读数装置误差等因素有关），而它的波长（频率）调谐范围取决于对干扰模式的抑制程度。因此，设计时应选择适当的工作模式和工作区。波长计与外电路耦合可用小孔或小环。按照腔谐振时对外电路反应情况，可分为通过式（或称为传输式）和吸收式(或称为反应式)两种波长计。前者，腔体有输入和输出两个耦合装置，谐振时腔内建立起较强的振荡，通过输出耦合使外电路指示I最大；而吸收式波长计的腔体仅有一个输入耦合装置,谐振时,通过耦合；腔内建立起较强的振荡，使外电路输出指示I最小（。毫米波波长计采用准光学腔，如共焦球面谐振腔、米切尔森干涉仪等谐振腔微波谐振器又称作微波谐振腔，它广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中。它相当于低频集中参数的LC谐振回路，是一种基本的微波元件。谐振腔是速调管、磁控管等微波电子管的重要组成部分。微波谐振器可由一段两端短路或两端开路的传输线段组成，电磁波在其上呈驻波分布，即电磁能量不能传输，只能来回振荡。因此，微波谐振器是具有储能与选频特性的微波元件。

微波谐振器可以定性地看作是由集中参数LC谐振回路过渡而来的，如图所示。谐振腔

微波谐振器中电磁能量关系和集中参数LC谐振回路中能量关系有许多相似之处，如图。谐振腔但微波谐振器和LC谐振回路也有许多不同之处。1、LC谐振回路的电场能量集中在电容器中，磁场能量集中在电感器，而微波谐振器是分布参数回路，电场能量和磁场能量是空间分布的；2、LC谐振回路只有一个谐振频率，而微波谐振器一般有无限多个谐振频率；微波谐振器可以集中较多的能量，且损耗较小，因此它的品质因数远大于LC集中参数回路的品质因数，另外，微波谐振器有不同的谐振模式(即谐振波型)。微波谐振器有两个基本参量：谐振频率f0(或谐振波长

0)和品质因数Q。谐振腔参数谐振频率f0

谐振频率f0是指谐振器中该模式的场量发生谐振时的频率，也经常用谐振波长

0表示。它是描述谐振器中电磁能量振荡规律的参量。谐振频率可采用电纳法分析。在谐振时，谐振器内电场能量和磁场能量彼此相互转换，其谐振器内总的电纳为零。如果采用某种方法得到谐振器的等效电路，并将所有的等效电纳归算到同一个参考面上，则谐振时，此参考面上总的电纳为零，即利用上式便可以求得谐振频率。谐振腔参数品质因数Q

品质因数Q是微波谐振器的一个主要参量，它描述了谐振器选择性的优劣和能量损耗的大小，其定义为式中W0为谐振器中的储能，PL为谐振器中的损耗功率。其它计算公式谐振腔参数同轴谐振腔

由一段同轴线构成，常用作波长计和振荡回路，腔内的最低模式是TEM模，常用的有图中的三种形式。同轴谐振腔

/2型同轴谐振腔由上式可导出谐振波长

0与腔体长度l的关系为或

/2型同轴谐振腔的品质因数为

当(b/a)=3.6时，同轴腔的品质因数Q0达最大。

/2型同轴谐振腔由两端短路的一段同轴线构成，如下图所示。谐振条件为同轴谐振腔谐振时应满足：

或谐振波长

0与腔体长度l的关系为

由于这类同轴腔内导体长度为

0/4的奇数倍，故称为四分之一波长型同轴谐振腔。

/4型同轴谐振腔

/4型同轴谐振腔

同轴谐振腔电容加载型同轴谐振腔如右图所示。谐振条件：满足谐振条件的C值由右式确定如果将缝隙电场近似看作均匀分布，则式中C可按平板电容公式计算

0为空气的介电常数，a为同轴腔内导体半径，d为缝隙宽度。电容加载型同轴谐振腔

矩形谐振腔

矩形谐振腔是由一段两端短路的矩形波导构成，它的横截面尺寸为a

b，长度为l，如下图所示。谐振模式及其场分布矩形波导中传输的电磁波模式有TE模和TM模，相应谐振腔中同样有TE谐振模和TM谐振模，分别以TEmnp和TMmnp表示，其中下标m、n和p分别表示场分量沿波导宽壁、窄壁和腔长度方向上分布的驻波数。在众多谐振模中，TE101为最低谐振模。矩形谐振腔谐振波长谐振条件与

/2型同轴谐振腔相同，波导中传输的波是色散波。式中

c为波导中相应模式的截止波长。此式也适用于圆柱谐振腔。对于矩形腔有TE101模的谐振波长为它为最低谐振模。

圆柱谐振腔在圆波导两端用导电壁短路而构成。在圆柱形波导腔中,与圆波导主模TE11相应的最低谐振模式是TE111。由于圆波导中TE01模的损耗小,相应的谐振腔模式为TE011，它没有纵向电流，管壁损耗小,其Q值可比TE111模高2～3倍，是圆柱形谐振波长计的工作腔中最有用的模式，但它不是最低模,而且与TM111模简并,须特别注意耦合结构的设计。林为干在1950年发现圆柱形波导腔中至少存在五个简并模，此外，还发现了球形腔中的简并模。林为干1919年10月生，广东台山县人。中共党员，中国科学院院士，电子科技大学教授、博士生导师。中国电子学会理事，IEEE微波理论与技术学会北京分会主席。林为干院士是微波理论专家，1939年毕业于清华大学，后留学美国获博士学位。在《中国科学》、《J．A．P》、《IEEEMTT》等国内外杂志上发表论文80余篇。1951。培养出50余位博士，曾为全国之冠。1978年获全国科学大会和四川省科学大会奖。并被评为全国劳模。著有《微波网络》、《微波理论与技术》、《电磁场工程》、《电磁场理论》等。圆柱谐振腔

圆柱谐振腔是由一段长度为l，两端短路的圆波导构成，其圆柱腔半径为R。圆柱腔中场分布分析方法和谐振波长的计算与矩形腔相同。式中m、n和p分别表示场分量沿沿圆周、半径和腔长度方向分布的驻波数。圆柱谐振腔三种常用谐振模式圆柱腔中最常用的三个谐振模式为TM010模、TE111模和TE011模。下面分别说明这三种谐振模式的特点和应用。TM010模圆波导TM01模的截止波长

c=2.62R和p=0圆柱腔TM010模的谐振波长

0的计算公式为圆柱腔TE111模的谐振波长

0的计算公式为TE011模圆柱腔TE011模的谐振波长

0的计算公式为圆柱谐振腔模式图对于圆柱腔TEmnp谐振模，有对于圆柱腔TMmnp谐振模，有

若取不同的m、n和p值，将上面两式画在横坐标为(D/l)2，纵坐标为(f0D)2的坐标系内，则可得到一系列的直线，这些直线构成了右图所示的模式图。即使同一个腔长，对于不同的模式都会同时谐振于同一个频率上，这就是圆柱腔存在的干扰模问题。圆柱谐振腔为了使谐振腔正常工作，就必须合理选择工作方框，使工作方框内不出现或少出现不需要的干扰模式。工作方框是以工作模式的调谐直线为对角线，由最大和最小的(f0D)2和相对应(D/l)2所确定的区域。设计谐振腔时，对所选的工作模式都可确定其相应的工作方框，方框的中心位置由固有品质因数来确定，一般取D/l=1。因该处Q值较高。方框的高度由工作频带来确定，在工作方框中任何非对角线模式，都是不需要的干扰模式。这些干扰模会影响谐振腔正常工作。因此，选择工作方框时，应尽量避免干扰模进入工作方框。在设计圆柱谐振腔时，应尽可能消除干扰模的影响，除了合理选择工作方框，移动方框的中心位置或缩小工作方框，使干扰模不出现在工作方框内以外，还可以合理选择激励和耦合机构，使干扰模不被激励，或者使已出现的干扰模无法耦合输出。谐振腔参数谐振腔的主要参数是谐振频率f和品质因数Q。谐振频率决定于腔的形状、尺寸和工作模式。谐振腔的有载品质因数QL与固有品质因数Q0、外部品质因数Qe之间的关系如下则根据电路理论，Q0、Qe及QL可表示为上式表明谐振腔的输出耦合越紧，则有载品质因数QL值越低。高QL可以通过提高固有品质因数Q0和减弱负载与谐振腔的耦合来达到。波长计波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。电磁场被限制在腔内，没有辐射损耗，谐振腔的品质因数Q值较高。随着谐振频率的提高，要求腔体的尺寸减小,致使损耗加大、Q值下降，所以在毫米波、亚毫米波还采用开放腔。重入式同轴腔又名凹形腔(图3)。其外形与电容加载式同轴腔相似,所不同的是:后者的高度L、半径ρ1、ρ2都与工作波长λ0属同一数量级;而前者的ρ1和ρ2均远小于λ0。从电磁场分布的观点看,电场主要集中在图中的B区,可等效为一个电容；而磁场主要集中在A区,可等效为一个电感。因此，这种谐振腔可等效为并联谐振电路。介