1、近代微波测量,学时：40,考试、考查方式：笔试（开卷）,参考资料：1、微波测量 汤世贤，国防工业出版社（修订版）2、近代微波测试技术，董树义，电子工业出版社,上课时间：2011.022011.05,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 10.1mm 远红外: 0.3mm0.01mm,微波,绪论,绪论,绪论,微波测量意义,绪论,测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。,近代微波测量的重点内容形成：以传统微波测量技术的重点内容为基础，赋以近代测量方法形成。,近代微波测量技术与仪器是电子测量技术与仪器向无线电频谱高端发展的
2、结果。,微波测量是微波理论和技术紧密结合的、适用于工程应用的一门学科，是微波理论和技术必不可少的组成部分。,绪论,微波测量任务,(1)利用已有的微波技术装备（通常是使用当前的先进技术去专门制造），组成合乎要求的测量装置、测试系统和仪器；,(2)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），从而推动微波理论和技术的发展；,(3)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；,(4)微波计量工作。要保证微波量值的统一性和法制性。也就是要使用当前最先进的理论与技术，由国家计量机关制作各项微
3、波量值基准（包括测量方法的国家标准）和各级传递标准，从而保证微波量值的统一。,测量技术发展过程,0-1,0-2,绪论,0-3,0-4,绪论,0-5,绪论,微波单片集成电路（MMIC）,微波集成电路（MIC）,有源器件单独封装 无源器件利用分布参数,有源器件采用无封装管芯， 减少了管壳分布参数影响,微带线,标准微带线 1100GHz 悬置或倒置微带线 1150GHz 三板微带线 0.540GHz 槽线 260GHz 鳍状线 30150GHz,0-6,0-7,GPIB总线,EOI：结束或识别信号 DAV:数据有效信号线 NRFD：未准备好接受数据 NDAC：没有接受到数据 ATN：注意信号线 IF
4、C：接口清除线 REN：远控使能线 SRQ：服务请求线,三线挂钩、五线管理、八根数据线传送数据和接口消息 数据传送速度不高，系统仪器数目受限,0-8,数据无效 DAV=0 数据未接收 未准备好接收数据 NRFD=1准备好接收数据 NRFD=0 数据有效 发送数据没有接收到数据 NDAC=1 接收到数据 NDAC=0,源方挂钩,维持数据无效,讲者送数据,等待接收数据消息,受方挂钩,听者接收数据,GPIB接口挂钩示意图,0-9,VXI 总线,模块化仪器接口总线，基于VME总线基础上，增加了部分同步、 触发、电源等信号线构成，同时对机箱体积、模块尺寸、电磁兼容 电源、冷却等制定了标准。,A尺寸：只有
5、P1连接器，高：100mm 深：160mm B尺寸：P1、P2连接器，高233.5mm 深：160mm C尺寸：P1、P2连接器，高233.5mm 深：340mm D尺寸：P1、P2 、P3连接器，高366.7mm 深：340mm,消息基器件：支持总线配置、通讯协议 寄存器基器件：支持总线寄存器分布图，最简单的器件 存储器器件；具有配置寄存器，但不支持通讯协议 扩展器件：专用VXI器件，有配置寄存器允许定义新器件,0-10,Agilent 8363B 矢量网络分析仪,功率计,频谱分析仪,应用于, ,F-117,J20,F-22,B2,Microwave Division,战区电磁综合环境测试系
6、统,0-11,T/R组件测试系统,0-12,雷达罩插入相位延迟测试系统,0-13,天线测试系统,0-14,RCS测试系统,0-15,微波毫米波天线 与RCS通用测试平台应用,雷达吸波材料反射系数测试系统,0-16,0-17,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,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
7、、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统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、
8、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,天线近场测试系统,紧缩场测试系统,平面场口径1.8m,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。主要运用于微波电路的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
9、法能在很大程度上消除系统误差，提高测量准确度等。,近代微波测试技术的主要特点,1,微波网络的表征方法,a1,b1,a2,b2,b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2,a1 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,S11,S22,S21,S12,2,测量线系统、自动 网络分析仪、六端口 测量系统、阻抗桥,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,3-1,3-2,Agile
10、nt 8363B 矢量网络分析仪,测量网络参量,微波信号特性测量：,4,5-1,5-2,6-1,矩形波导测量线,矩形波导测量线示意图,6-2,波导和波导法兰,6-3,微波基本测试系统,7,基本微波信号发生器的框图,8,灯塔管振荡器,9,电子往返渡越时间: N=（n+3/4）个振荡周期 （n为任意正整数）,10,调制可采用平顶方波或矩形脉冲，不能采用正弦波等,11,12,I-V曲线上出现负阻区域,13,14,X0处为一小掺杂区,加外电压后,该处电场高于别处,随外电压增加,X0处电场率先达到域值产生负阻效应,结果X0左边有电子积累,而右边有电子快速抽空现象而形成偶极层称偶极畴并不断长大。,偶极畴中
11、的附加电场与外电场方向一致畴内电场增强出现畴的长大，而外面的电场在减小，因此电子漂移速度下降。当畴内外电子漂移速度一样时，畴不再长大，称成熟畴。,15,耿氏二极管与外加电压及可调谐 振腔电路配合可获得频率变化达 倍频程。,单管并联式调制器,16,渐变多管阵列通过式PIN管调制器,17,18,（微波信号源）,演示,自动稳幅装置的信号源,18,19,20,基波锁相环,稳定度：10-610-9,21,采样式谐波锁相环,变频锁相环,22,选择n,m实现宽带内的连续稳频,23-1,工作原理说明,23-2,组成,电子枪 微波信号的能量来源 聚焦装置 约束电子束的发散 慢波系统 减慢电磁波速度 收集极 用以
12、形成回路，回收电子,24,变容二极管,25,特点： 扫频范围宽，可达几个倍频程； 扫频线性度好，不需要采用任何线性度措施，可优于0.5%; YIG小球等效为无源谐振器，Q值高（无载Q值可到105）、稳定性好，寿命长，可靠性高；,基本单频段结构扫频信号源,26,差频式宽带结构,27,28,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,29,29,直接频率 合成技术,30,31,32,典型特征,1 微波测量系统通常由哪几
13、部分组成？ 2 微波信号分析（测量）的基本对象是哪两个？其他还有哪些? 3 微波网络的反射参数、传输参数有哪些？他们怎样定义的？彼此间有何关系？ 4 何谓“三大误差”？各自的表现有何特点？怎样减小或消除？ 5 微波信号源怎样分类？振荡器与信号发生器有何不同？功率信号发生器属于前者还是后者？ 6 普通三极管提高工作频率时受到哪些因素的限制？ 7 与灯塔管、金属陶瓷管之类的“静电控制式”三极管相比，反射速调管在原理上有何重大的突破？ 8 反射速调管振荡器的f0什么决定？为什么说它是一种VCO?试问：（1）将它作为点频源来使用时；（2）将其作为窄带扫频源使用时，怎样选择振荡区、调制电压的波形和幅度以
14、及反射极电压Er之值？ 9 Gunn氏管振荡器及雪崩二极管振荡器各有何特点？PIN管与普通二极管有何不同？怎样用它来进行调幅或电调衰减？ 10 微波信号发生器的主要性能指标是哪些？ 11 比较变容管和YIG调谐各有何优点？ 12 微波扫频信号发生器主要由哪几部分组成？ 13 微波测量用信号源应具备哪些性能特性? 14 降低微波信号源的输出驻波系数主要采取哪几种技术或措施，并比较它们的主要优缺点?,思考题,15 给出一种VCO锁相振荡源的原理方框图，并描述其工作原理。 16 给出一种微波信号源自动电平控制（ALC）稳幅装置的原理方框图，并简要说明工作原理及采用该装置所带来的好处。 17 与传统的调谐回路式信号发生器相比，频率合成式发生器有何突出的优点？直接合成和锁相合成相比，各有何优缺点？怎样才能将锁相频率提高到微波频段？ 18 试述直接频率合成和锁相频率合成基本原理及其特点。 19 试述谐波混频法扩展频率的基本原理。,思考题,
