1、频率标准的类型：铷原子钟：铯原子钟即铯束原子频率标准。铯（C133）原子频率标准所用的是基态超精细磁能级之间的跃迁，即原子秒定义中描述的跃迁能级。铯原子频率标准的准确度高，短期频率稳定度比氢原子频率标准差，价格高，体积比铷原子钟大，一般只用作最高等级基准时钟或测试、研究必须的频率标准。 铯原子钟：铷原子钟用的是基态超精细磁能级之间的跃迁，称为 跃迁，与铯钟相比，虽然铷原子钟的准确度是原子钟中最差的，漂移率也较大，不能作为频率基准使用，但它体积小，重量轻，预热时间很短，价格相对低廉，在同步网中普遍作为地区级参考频率标准。 石英晶体振荡器：是利用石英晶体（SiO2）的压电效应制成的一种谐振器件，简
2、称晶振。根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振（XO）、压控晶振（VCXO），温补晶振（TCXO）和恒温晶振（OCXO ）高稳石英晶体振荡器：简称高稳晶振，具有完善的结构和良好的温控电路组成。主要措施有： 相位差比较器和软件锁相控制器，恒温槽技术。高稳石英晶体频率标准体积小、寿命长、价格低廉，尤其是秒以下的短期稳定度好，且利用锁相技术能使之同步于外来同步基准信号，所以高稳晶振在数字同步网中作为从钟被大量使用。 主要技术指标：频率准确度：表征信号的实际频率值与理想的或定义的频率值（以 UTC 为标准的频率，实际是国际原子时 ATI 的频率）的偏离或符合程度，一般用相对频率偏差来
3、表示。频率稳定度：频率稳定度表示时钟输出频率因受噪声影响产生的随机起伏特性。可以从时域和频域来分析频率稳定度。频率稳定度用阿伦方差的平方根来表征。 频率漂移率：频率漂移率是指时钟输出频率随运行时间单调变化的线性率。随时间单位的不同，有日漂移率?p 月漂移率和年漂移率。对于高稳石英晶体振荡器，由于频率漂移通常是由石英晶体的老化造成的，因此它的频率漂移率称为频率老化率。原子钟的漂移主要由内部器件造成，包括由量子结构的频率漂移、相检及运放的漂移引起。频率重现性：频率重现性或称频率复现性是指时钟工作一段时间 t1 后，频率测得为 f1，此时停机一段时间 t2，再开机一段时间 t3 后，测得频率 f3
4、频率重现性表征的就是 f3 与 f1 的相对频率偏差。1.频率标准的定义 频率标准是指能给出较高准确度的单一频率值的正弦波形振荡信号的装置，其频率值大都是 1， 5，10MHz，频率标准有时也简称频标。衡量频率标准的主要指标是频率准确度和稳定度。实用的频率标准由高稳石英晶体振荡器和原子频率标准 2 大类。 2. 频率准确度 是指频率的实际值相对于标称值的相对偏差。 3. 频率漂移（老化率） 频率值随时间呈单方向的变化，称为频率漂移或老化。近似描述频率老化特性的直线用最小二乘法计算，具体测定时，需要用一台老化率比被测频标小一个数量级的频标作为参考，如检定石英频标时用铷原子频标或铯原子频标作为参考
5、，检定铷原子频标时用铯原子频标。 老化率计算公式 4. 频率稳定度 描述输出频率受噪声影响而产生随机起伏程度的量，数学表征用 Allan(阿伦)方差的平方根值。阿伦方差计算公式：采样间隔为 ，测量 m+1 个数。 5. 相位噪声 频率稳定度在频域特性的表征用相位噪声表征。用单边带内的功率来描述频率的不稳定情况，称为相位噪声。用符号(f)表示，f 偏离载频的频率值，具体定义为： (f)偏离载频 f 处 1Hz 单位频带平均功率 /载频功率6. 频率重现性 频标多次开机使用时，频率保持一致性的能力。计算公式为 f1 为频标关机前的频率值；f2 为频标关机冷却后再开机到稳定工作的频率值；f0 为标称
6、频率值。 由于频标通常都有良好的恒温装置，因此通常冷却时间为 24 小时。 重现性这一指标都是对原子频标而言的，因为石英晶振受其机理限制，其重现能力较差。国产晶体振荡器一览这里介绍的仅仅是一部分国内厂商生产的晶体振荡器产品北京瑞华欣科技开发有限责任公司 冯 力- 高速增长的有线和无线通信市场好象是肥沃的土壤，滋润着晶体振荡器的高速发展。与此同时，通信整机厂商也不断提出了越来越高的要求，这不仅表现在要求更高的技术性能，如频率稳定度、频率温度稳定度、频率老化率、功耗等等，还表现在要求更好的价格，以及要求交货更稳定、更及时。晶体振荡器供应商为适应晶体振荡器发展的新趋势，也在不断加大研发资金的投入，扩
7、大生产规模，缩短新品上市时间，降低晶体振荡器的成本。本文对部分国内晶体振荡器供应商于 1998 年至 2000 年年初间推出的最具代表性的晶体振荡器做了简要介绍。温度补偿晶体振荡器(TCXO DTCXO)- TCXO620 系列 TCXO，频率范围覆盖 4.096MHz23MHz，频率温度稳定度1ppm(-4070)，电源电压5Vdc5%，输出正弦波，Vpp3V(300 并 15pF 负载), 封装为251510mm。- 生产商：北京瑞华欣科技开发有限责任公司- ZC543 系列 TCXO，标称频率为 2.048MHz，频率温度稳定度1ppm (-4085),频率老化率1ppm/年，频率电源电
8、压稳定度0.5ppm ，输出方波，封装为 383814.5mm。- 生产商：国营晨星无线电器材厂- DCXO720 系列数字温度补偿晶体振荡器(DTCXO)，频率覆盖 2.048MHz60MHz ，频率温度稳定度: 0.37ppm(-4070) 及0.5ppm(-45 70) ，频率老化率：1ppm(第一年)及4.6(十年)，频率压控范围10ppm(2.5V2V)，封装为 383813mm。- 生产商：北京瑞华欣科技开发有限责任公司恒温晶体振荡器(OCXO)- OX97 系列 OCXO，频率覆盖 4MHz10MHz，频率温度稳定度50ppb(-10 50)，频率老化率310-8/天，恒温晶体振
9、荡器起始加热功率600mA（max） ，电源电压+12Vdc，输出正弦波，Vpp0.4V(50 礁涸*) ，封装为 505019mm。- 生产商：北京科瑞思特电子有限公司- OCXO820 系列 5MHz/10MHz 低噪声恒温晶体振荡器(OCXO)，频率温度稳定度30ppb(-555)，频率老化率：510-10/ 天( 加电 72 小时后测试 )，110-7/年。单边带相位噪声：10Hz ，-120dBc/Hz；100Hz ，-140dBc/Hz ；1kHz ，-150dBc/Hz ；10KHz， -155dBc/Hz ；100KHz，-155dBc/Hz。短期频率稳定度 (阿伦方差)：51
10、0-12/1s,频率压控范围1ppm(0V5V), 频率准确度20ppb（室温） ，频率重现性10ppb，封装为 505030mm。- 生产商：北京瑞华欣科技开发有限责任公司- OVC121 系列 16.384/8.192/4.096MHz 局用数字程控交换机三级钟(OCXO)，频率温度稳定度50ppb (050) ，频率老化率510-9/天，短期频率稳定度(阿伦方差)510-11/1s，频率压控范围7ppm(2.5V2.5V)，频率重现性 0.2ppm(断电 24 小时后，加电 48 小时)，预热时间 2 小时后频率误差0.2ppm。- 生产商：河北远东通信系统工程有限公司压控晶体振荡器(V
11、CXO)- VCXO 封装为 DIL-14(约为 21138mm)，频率覆盖 1MHz40.96MHz，频率压控范围200ppm(-5V+5V)和80ppm(0V 5V)，HCMOS 输出，15pF 负载，占空比 40%60%，上/下沿10ns（max ） 。- 生产商：湖北东光电子股份有限公司- VCXO510 系列 VCXO，封装为 211313mm，频率覆盖 5MHz75MHz ，频率压控范围100ppm(2.5V2V)，频率老化率5ppm(第一年), 单边带相位噪声:10Hz，-90dBc/Hz；100Hz ，-115dBc/Hz；1kHz ，-140dBc/Hz；10KHz ，-15
12、0dBc/Hz ；100KHz，-155dBc/Hz。确保频率准确度的电压调节范围 2.0V3.0V(等效为频率准确度25ppm，室温)，频率温度稳定度25ppm(-2570)，AHCMOS 输出，2TTL 负载，占空比 40%60%，压控线性20%，压控极性为正极性。- 生产商：北京瑞华欣科技开发有限责任公司高频低噪声晶体振荡器- ZD503 系列 100MHz 低相位噪声恒温晶体振荡器(OCXO), 单边带相位噪声：10Hz，-100dBc/Hz；100Hz，-125dBc/Hz；1kHz，-150dBc/Hz；10kHz，-160dBc/Hz；100kHz，-160dBc/Hz。工作温度
13、范围-4050，频率老化率8.9ppb/天，频率微调1ppm，电源电压+15Vdc，封装为 507096mm。- 生产商：天奥晶体实业有限公司- TCXO610 系列低相位噪声温补晶体振荡器（TCXO ） ，频率覆盖 5MHz60MHz，频率温度稳定度4ppm(-55 105)。单边带相位噪声：10Hz，-90dBc/Hz；100Hz，-120dBc/Hz；1kHz，-148dBc/Hz；10kHz，-152dBc/Hz；100kHz，-155dBc/Hz( 标称频率为 30MHz)。谐波抑制 -30dBc，杂散抑制-70dBc，封装为 383813mm。- 生产商：北京瑞华欣科技开发有限责任
14、公司结束语- 除了指标非常高的晶体振荡器国内生产厂家暂时无法提供外，其他产品都可以供货，而且电性能指标与国外差距不大。两者最大的差距主要是反映在晶体振荡器封装体积上，造成差距的主要原因是国内用于生产晶体振荡器(OCXO，DTCXO，TCXO，VCXO)的石英晶体谐振器生产技术一直没有实质性突破，落后的石英晶体谐振器生产技术严重影响了国内晶体振荡器(OCXO，DTCXO，TCXO ，VCXO)的发展。例如：OCXO 用高精密( 玻壳)石英晶体谐振器体积非常大(体积为 *1223(28)mm 或*1828mm),以至于某些国内晶体振荡器厂家不得已将数字 PID 控制技术用于 OCXO 生产，以减小
15、晶体振荡器体积，预计厂家会在近期推出该种产品。TCXO 用表面封装石英晶体谐振器在国内属于空白,而 UM1/UM5 封装的石英晶体谐振器电性能和供货并不稳定,因而国内晶体振荡器厂家没有在 GSM/CDMA 手机用TCXO 的市场上占有任何份额。VCXO 用基频石英晶体谐振器只能做到 50MHz(实际频率高于40 MHz 已很困难), 只有少数国内晶体振荡器厂家可以提供频率高于 50MHz 的 VCXO。1 概述整个电磁频谱包括从直流到可见光的宽广的频率范围。通常，电磁计量涉及的是直流和低频的电磁参量计量，其频率上限一般不超过几十 kHz。而电子计量具有极为宽广的频率覆盖，其低端往往与直流和交流
16、电磁计量交叉，高端则可达亚毫米波段(3003000GHz)，并与光学计量交叉。电子计量现今国际通行的频率覆盖范围为 lOkHz3000GHz。通常，lMHz300MHz 称为高频，300MHz30GHz 称为微波，30GHz300GHz 称为毫米波，3003000GHz 称为亚毫米波。因此，电子计量从覆盖的电磁频谱范围看，包括高频计量、微波计量、毫米波和亚毫米波计量三部分。电子计量是以元线电电子学中经常遇到并需要测量的高频与微波电磁参量为研究对象的，电子计量的研究重点是某些较为基本的便于独立测量的参量(或参数)。这些基本参量的量值标准可以从基本单位 m，s，kg，A，K 等的量值基准导出，但是
17、，导出链是冗长而复杂的。电子计量测试所包含的内容是不断发展和变化的。例如，电子管电压表问世之前，热偶式电流表是最通用的无线电测量仪器之一，鉴于电子管电压表寄生参量影响小、频率和量程宽、输入阻抗离、过载能力强等优点，很快取代了高频电流表。所以，许多国家 1960 年代以前研制的高频电流标准已基本搁置不用，而电压则成为电子计量最基本的参量之一。随着频率增高，出现了分布参数系统。在微波频率上，功率参量又取代了电压参量的重要地位。1970 年代因微电子技术的发展，以及数字系统的崛起，出现了半导体参量计量测试与数据域测量。1980 年代随着光纤通信、移动通信和数字通信技术的发展，促进了光纤电参量特别是它
18、的传输特性参量(如光纤带宽、衰耗、色散、场分布等) ，以及数据域参量(如误码率、相位抖动、数据幅度、脉宽、群延迟等)计量测试的发展。“ 信息高速公路”(Information Super Highway)掀起了1990 年代新的元线电电子学发展热潮。它是集光波、亚毫米波、毫米波、微波、RF、近代通信网、近代广播电视网、计算机网络等高科技于一体的高速大容量交互式综合信息网络系统。在信息传输和交换中，频率调制方式大多取代了过去的幅度调制或单边带调和(SSB)。现代移动通网越来越多地使用相移键控(PSK)或频移键控(FSK) 调制方式 z 此外，为易于实现数字传输，调制前，比特流经过一高斯滤波器进行
19、频率调制，称之为高斯最小频移键控(GFSK)的调制方式，它能在频谱效率(bit/Hz)和信噪比之间提供良好的折衷，提高信息传输质量和抗干扰度。因而出现了所谓调制域计量测试。随着全球电子设备的日益增多，近 20 年来，对电磁干扰和电磁兼容的计量测试的需求日益增多。近代高新技术的发展.使频谱资源得到越来越多的开发利用，无线电电子学的分支越来越多，越来越细。众多的电磁参量(或参数)、宽广的频率范围和量程、多种多样的传输线和接头形式，对电子计量测试领域提出了严重的挑战。2 电子计量的特点（1）待计量参量种类繁多电磁波可以沿传输线传输，也可以在自由空间传播。前者涉及的基本参量包括电压、功率、衰减、阻抗、
20、噪声、介电常数、损耗角等；后者涉及的参量包括电场强度、磁场强度、功率通量密度以及与天线有关的各种参量，如增益、方向性、极化等。因而在电子计量测试领域，需要测量的电磁参量(或参数) 为数众多，它们大致可分为两大类：(a)表征信号特征的参量。诸如电压、电流、功率、场强( 电场强度、磁场强度、功率通量密度)、频率、波长、波形参数 (包括失真)、脉冲参数、调制参数、频谱参数(频率成份、频谱纯度、边带噪声等)、噪声(等效噪声温度、超噪比、功率谱密度、相位噪声 )等。(b)表征网络特征的参量。诸如集总参数电路参量(电阻、电导、电抗、电纳、电感、电容) 、反射参量(输入输出阻抗、电压驻波比、反射系数、回波损
21、失)、传输参量 (衰减、相位移、增益、时延等 )、表征电子无黯件及设备特性的参量(如灵敏度、效率、噪声系数、信噪比、跨导、晶体管的各种参数等) 、电子元器件谐振特性参量(谐振频率、带宽、品质因素 Q 等)、材料特性参量 (介电常数、损耗角正切、导磁率等 )等等。对于日益增多的电子计量测试项目，按量值或参量(或参数) 来分类 .可以分为基本参量、二次导出参量、专用测量参量。基本参量包括频率、电压、功率、噪、衰减、阻抗和相位移(它们描述电磁波在传输线中传输的特性)；场强或功率通量密度以及与天线有关的参量 (它们描述电磁波在空间传播的特性 )。由上述基本参量导出但需要由专门仪器测量的二次导出参量。主
22、要有脉冲波形参量(幅度、时间间隔、上升下降时间等)、频谱参量、失真度、调制度、材料的电磁特性等。除上述电子计量测试的通用、常规参量外，还有大量专用参量。它们分别对应电子仪器中的专门类别，诸如电子器件参数测量仪器、广播电视测量仪器、通信测量仪器等等。这些专门类别的电子测量仪器所涉及的参量既有上述通用参量，亦有针对性很强的专用参量，如广播音响测量仪器中的抖晃率、数字通信测量仪器中的误码率、抖动、群延迟等。中国计量科学研究院无线电处负责建立、保存、和改进电子计量国家基准或标准，研究精密测量理论与技术，进行国际比对，开展量值传递与提供量值溯源，以保证全国电子计量单位的统一及量值的准确可靠。国家基准或标
23、准主要是研制上述基本参量和部分二次导出参量的国家基准或标准；同时亦研制对国民经济有重大影响的专用参量，以及近代科技前沿的专用参量的国家标准。如前所述，电子计量是以无线电电子学中经常遇到并需要测量的高频与微波电磁参量为研究对象的，电子计量涉及的参量众多，其主要参量及其单位见表 1。表 1 电子计量主要参量及其单位参量名称 单 位 参量名称 单 位频 率 Hz 波 长 m电 压 V 电 流 A功 率 W 复数阻抗 复数导纳 -1 复数反射系数 无量纲电压驻波比 无量纲 品质因数（Q 值） 无量纲衰 减 无量纲 相位移 度（）噪声温度 K 噪声系数 无量纲噪声功率谱密度 WHz-1 电场强度 Vm-
24、1磁场强度 Am-1 功率通量密度 Wm-2天线增益 无量纲 天线效率 无量纲复数介电常数 无量纲 复数相位导磁率 无量纲失真系数 无量纲 调幅度 无量纲调频度 无量纲（2）量程和频段极为宽广在电子计量中，待计量的参量所覆盖的量程通常都是很宽的。例如常规功率计量，其量程从纳瓦到兆瓦。量程覆盖达 1:1015 量级。至于实际需要的功率计量量程就更为宽广。从射电星或宇宙飞船发回到地面的噪声及信号功率大多低于 10(13W，而远程雷达向空间发射的脉冲功率却高达 1010W 以上。如前所述，电子计量的频率覆盖通常达 109 量级。对于如此宽广的量程和频段，显然很难用一个标准装置来覆盖。实际上，对于同一
25、参量的不同频段，需要采用不同的计量方法和计量设备，并为此而分别建立相应的计量标准和器具。（3）传输线和接头形式多种多样随着频率由低到高，电子系统中的传输线有双线、电缆、同轴线、带状线、微带线、矩形或圆形金属披导、介质波导、光纤等多种形式。每种传输线又有不同的型号、尺寸、规格。例如，一些常用的传输TEM 波的 50(阻抗空气同轴传输线有如表 2 所示的尺寸。对于不同尺寸的 50(阻抗空气同轴传输线，有不同的接头形式。与常用的 14mm，7mm ，3.5mm 和 2.9mm 同轴线相对应的接头分别是 APC-14 型、N 型APC-7 型、 SMA 型/APC3.5 型和 K 型等。除了 50(阻
26、抗系统和接头，还有 75(阻抗系统和接头，例如广播电视系统和部分通信系统，采用 75(阻抗传输线和 F 接型头。对于传输非 TEM 波的金属波导系统，又细分为许多截面尺寸不同的波导波段。目前应用最广泛的是矩形截面金属波导系统，常用波段有lmm，3mm，8mm，1.25cm，2cm，3cm ，5cm 和 lOcm 矩形截面。针对不同的传输线、接头型式和阻抗，均需要建立相应的计量标准。由于传输线和接头形式多种多样，除了造成机械连接的复杂性之外，还引起电磁波传输的电气性能的的变化。电气性能的变化对计量的影响，主要表现为电磁泄漏、阻抗失配引起的测量不确定度。目前，只有少数电子工业发达国家的国家计量研究
27、机构，在上述各传输线、接头型式和阻抗系统部分建立了国家计量标准。表 2 常用 50(阻抗空气同轴线标准尺寸和有关电气性能工作频率 阻抗不确定度外导体内径mm 内导体外径mm 理论值 GHz 上限 GHz 实验定% 通用 %14.288 6.204 9.5 8.5 0.05 0.207.00 3.040 19.4 18.0 0.10 0.203.500 1.520 38.8 33.0 0.20 0.402.921 1.268 46.5 40.0 0.30 0.802.400 1.042 56.5 50.0 0.40 0.801.850 0.803 73.3 65.0 0.50 1.001.000
28、 0.434 135.7 110.0 0.60 1.20（4）量值传递链较短电子计量标准的不确定度大都在 0.1%1.0%量级，所以在电子计量各参量的检定系统表中，传递等级比其他专业计量的传递等级较少，一般都只有 3 级，少数参量只有两级，即工作计量器具和国家计量标准。3 毫米波计量198090 年代毫米波技术获得了突飞猛进的发展。随着毫米波单片集成电路的研制、开发和批量生产，毫米波在通信、射电天文、生物医学、地面和空中交通管制、汽车防撞雷达、焦平面成像等领域得到广泛应用。毫米波单片集成电路和计算机芯片的线宽已小于 0.1(m，半导体基片材料和集成工艺更加多样化，对半导体计量测试提出了巨大挑战
29、。随着传输线和固态器件向高频段发展，开发毫米波同轴接头的呼声日高。以前常采用的同轴接头，如SMA 及其衍生系列，缺乏所需的耐用性和重复性，而且不能提供对国家标准的溯源性，APC-7 和 N 型的耐用性和重复性均属上乘，但频率上限仅达 1820GHz，APC-3.5 可工作在 34GHz。近年来许多公司推出了各自的毫米波同轴接头，如 2.4，2.92，1.9mm 同轴接头等。在设计中追求的目标是：单模工作，高性能界面，坚固耐用，重复性好，制造容差不比 APC-3.5 更苛刻，成本要能与现有接头相竞争，在正常使用中不易损坏阴性接触，拥有各种装配结构组合，全金属化，具有可溯源的途径。毫米波同轴接头的
30、出现，给计量测试提出了如何评价其性能的课题，如特性阻抗、反射系数、插入损耗、屏蔽效能(RF 泄漏)、接触电阻以及这些特性的重复性，此外，还有机械和物理特性的评价问题。Wiltron 的 K 接头可工作在 46GHz，已用于装配该公司的 360 系列 ANA，561 SANA，6669A 扫频发生器，SWR 自动测试仪，以及用于装配检波器、衰减器、定向藕合器、PIN 开关等多种产品。K 接头可以在电气上和机械上与 SMA 和 APC-3.5 相兼容；据厂方声称，可以通过现有的标量网络分析仪，将其反射和传输特性溯源到 NIST。Hewlett-Packard ，Amphenol 和 M/A COM
31、 Omd Spectra 联合研制出一种可工作到 5OGHz 的 2.4mm 同轴接头。它分为三个级别；“产品级”有 OS-50 系列。由 Omni Spectro 生产，适合于元器件、电缆和微带线装配；“仪器级” 有 APC-2.4，由 Amphenol 生产，用于装配测试仪器和设备；“计量级” 由 Hewlett-Packard 生产，装配在精密测量或标准仪 器上，其性能可溯源到 NIST(美国标准与技术研究院)。例如 HP8487D 功率传感器配备 2.4mm(阳性) 同轴接头。时域测量技术取得了重大进展，最有代表性的是 Hypers 公司生产的 PSP-1000 型的 ps 信号处理装
32、置，它与低温控制和超导电子学相结合，利用约瑟夫逊超导结获得高速脉冲，得到了 70GHz 带宽和 5ps 上升时间。在 40110GHz 测量 TE01 圆波导插入损耗和延迟的时域技术，测量幅度的准确度在 0.ldB(rms)以内，测量延迟的准确度为 0.lns(rms)。Tektrmix，Hewlett-Packard 和安立等厂家生产的频谱分析仪，上限额率可达 325GHz，机内频率计数器的准确度为 10-9，动态范围达 144dB。迄今，30100GHz 的毫米波波导技术已达到厘米波技术的水平，给当代电子计量提出了新的课题。各国都先后研制了毫米波频段功率、衰减、阻抗、噪声标准。NIST 波
33、导功率标准覆盖了 26.5110GHz 的 4 个波导频段；采用中频替代法在 26.565GHz 两个披导频段建立衰减标准；在 26.5110GHz 的 4 个波导频段建立噪声标准等等。NIST 还在 l00kHz100GHz 频段内，采用六端口技术建立阻抗、衰减和相位的国家标准，并进行功率量值传递和测量线性互易二端口的 S参数。S12 的幅值 (衰减)量程为 060dB，分辨力为 10-40.ldB，相移分辨力为 0.001(l(。中国计量院在26.540GHz 频段用六端口技术建立阻抗、衰减和相位的国家标准，以及小功率国家标准;其技术指标和测量不确定度与 NIST 相当。1980 年代已有
34、若干六端口装置的商品问世，Micro-Now 的商品六端口矢量反射计的频率覆盖为 26.540、3350GHz，Flam 微波公司已将 26114GHz 的单六端口接头投放市场，Hughes、Norsal 和 Microwave Develop Labs 等则可为用户订做毫米波六端口网络.80 年代以来，采用扩频技术已将网络分析仪的频率扩展到 170GHz。俄、德、英、法、日、加拿大、荷兰等国和我国计量研究机构亦在部分毫米波段建立了相应的国家标准，并在向更高的频率拓展.各国为了验证已建立的国家计量标准的不确定度及其评定的可靠性，由国际计量局(BIPM)安排了一系列毫米段的国际比对，包揽33.3
35、5.45，65，75，94GHz 的功率比对 340，70，94GHz 波导噪声温度比对；R320(WR28)波导的 27，35和 40GHz 的复反射系数( 阻抗)和衰减比对 375110GHz 的反射系数比对毫米披喇叭天线增益以及 100GHz以上的毫米波和亚毫米波参量的国际比对等。由此可见，国际上对毫米波计量测试是极为关注的。 在计量测试领域，18GHz 以上频率的同轴技术近 30 年来取得了不小进步，但没有重大突破。主要原因是受同轴传输线和同轴接头制造技术的限制，难以减小电磁泄漏、阻抗失配引起的测量不确定度。HP公司与 NIST 联合研制一种正温度系数热敏电阻功率传感器已有多年，设计的
36、频率范围从直流到 50GHL装配 2.4mm 同轴接头。其工艺技术是在砷化镓微波微电路基片上制造精密 50(电阻。这种正温度系数热敏电阻功率传感器可以配用诸如 HP 432A 功率计、NET-4 型功率计，具有优良的输入 VSWR。这种新型功率传感器，可用于建立50GHz 同轴功率国家标准及其传递标准。4 电磁兼容性能的计量测试电子技术的发展促进了社会的进步，但是，大量使用的电子和电气设备均会产生有意或非故意的干扰辐射，与此同时，它们本身亦面临着在电磁环境下工作被干扰的问题。如何使电子产品减小非故意的辐射，并能在一定的电磁环境下正常工作，这就是电磁兼容(EMC)。生产满足电磁兼容标准的电子设备
37、和系统，将增加电子工业和其他工业的商业竞争能力。因此，电磁兼容性已成为电子、电气设备和系统的一个重要技术特性，它引起世界各国的普遍关注。各国均制订有本国的电磁兼容标准，国际组织(如 IEC)均制订有国际标准。美国制订有三组 EMC 标准：商业标准、军用标准和国际标准.我国则是全面推行 IEC 标准。NIST 的计量专家指出，需要在三个应用方面改进测量能力：抗扰度(EMS)测试，辐射(EMI)测试以及电磁环境的表征和相关标准的制订。测量的频率范围要求覆盖 030OGHz。这种新的测量能力的一个重要用途将是，对电磁环境的表征以支持制订合适的抗干扰度标准。必须研制开发适应较大物体(如商用飞机)的测试
38、设备；为了模拟越来越不利的电磁环境，必须研制对更大场强( 场强200V/m)和更高能量传导干扰的抗干扰度测量设备；EMC 测量的不确定度和可重复性必须改善，特别是在不同类型的测试设备之间；必须研究适用于现代数字电子系统的脉冲电磁辐射测量方法，具体地说，要求研究采用具有更宽的带宽的短脉冲(持续时间小于 lns)测量方法。开展 EMC 测量首先要解决的是场强 (功率密度)量值的准确和统一问题，建立从低频到微波频率的场强标准。在此基础上开展有关的测试。NIST 利用开阔场、TEM 小室、波导小室及微波暗室等建立了3OkHz18GHz 的场强标准，不确定度为 0.51.0dB。划分两步扩展暗室的频率，
39、第一步扩频到 26GHz，然后再扩展到 40GHz。PTB 建立了 10kHz21GHz 的场强标准.不确定度为 0.5LOdB.近年来.为适应新的电磁兼容标准的需要，各国加大了 EMC 研究的力度。欧洲共同体制订的新的 EMC 标准规定了辐射和抗扰测试两方面的要求。显然，这种新的欧洲共同体 EMC 标准将影响各国电子、电气设备和系统在欧洲及其他国家市场的竞争力。在解决 EMC 问题时，测量处于重要的地位。计量部门应提供可溯源到国家标准的测量。NIST 着重开展 5 个方面的研究工作：建立电磁场标准以支持 EMC/EMI 测量；电磁能量传感器技术研究；设备和系统的发射；设备和系统的抗扰度；静电
40、放电辐射电磁场测量、电磁环境的评价等。计量院在 EMC 计量测试方面进行了大量研究，并与 NISA、NPL(英国物理研究所)、PTB(德国物理技术研究所)等国外计量研究院保持长期协作。已建立三项场强国家基( 标)准：4.8GHz 场强基准，量程为(10200)(W(cm2，测量不确定度为 0.25dB(包含因子 k=2)；2.45GHz 功率密度标准，量程为(0.050.8)mW(cm2，测量不确定度 0.21dB(包含因子 k=2)；301000MHz 高频场强基准，量程为(100120)dB(m ，测量不确定度为 ldB(包含因子 k=2)。1980 年代研制成横电磁波传输小室(TEM 小
41、室)，1990 年代又研制成NIM-GTEM 小室(因其可工作在 lGHz 以上频率，故称 GTEM 小室 )。NIM-GTEM 小室的外形尺寸为6m(长 )3m(宽)25m(高)，其均匀场区 (ldB)分布空间为 0.5lm(长 )0.5lm(宽)0.30.5m(高)。工作频段理论上可从直流到 20GHz；目前已达 3GHz 以上频段。2000 年计量院与北方交通大学联合成立了中北电磁兼容联合实验室，并作为一个独立的实体，通过了中国实验室国家认可委员会的认可，对外开展电工、电子产品电磁兼容检测和认证。目前开展电工、电子产品电磁兼容检测的类型包括：电子测量仪器、工业过程测量与控制设备、医疗电子
42、设备、安全设备、金融电子设备、照明器具、电工产品、家用电器、信息技术设备等，此外还开展电波暗室、开阔场和各种横电磁波小室等电磁兼容基础环境设施的性能测试。5 材料特性的射频与微波测量在低频及微波频段对材料进行的大量测量，主要集中于介电特性，有关材料磁特性的测量只占少数。在低频和微波频段，通过相移和衰减，可以测量复数相对介电常数的介电常数和介质损耗两个分量。而在光频段，人们通常测量复数折射率。实际上，两者是等价的，即使在媒质导电并具有磁性的情况下，仍然可以通过麦克斯韦关系式将两者联系起来。介电测量最初纯粹是为了科学研究，例如弛豫现象的研究；1980 年代以来，在通信、雷达、电路元件设计、准光学元
43、件中变得日益重要。后两者包括绝缘体、支撑、束分配器、透镜、谐振腔、基板、介质波导、窗、天线罩、辐射吸收材料等。所有这些应用均要求极高的测量精度.在某些运用中，比如微波炉、高频电热疗器、工业介质高频加热器中，介电损耗是一个很重要的参量。而在环行器、隔离器、滤波器的设计中，材料磁特性则是关键参数。在低频和微波波段，人们可以采用单频及宽带两种方法。自从连续波激光源广泛应用之后，在光频段亦可采用这两种方法。在毫米波段，大多数测量是采用色散傅里叶变换波谱仪(DFTS)进行的。在广阔的电磁频谱(1MHz1500GHz) 上，对种类繁多的材料进行测量，有时还涉及宽温度范围和湿度范围。在由低频到微波的宽广频域
44、内，使用腔体、开腔谐振器及传输线的单频测量方法。1980 年代以来，开始出现扫频测量系统、时域谱仪(TDS)及 DFTS 等宽带测量系统，宽带技术已进入几十 GHz 频段.现在TDS 可覆盖 5 个十倍频程，上限达 20 GHz，而 TFDS 可从高频端向下延伸到 60GHz。某些技术要求促使人们进行频率连续覆盖的测量。例如从前经常争论，是否在低于 10OGHz 的频段内材料的介电特性均由一种缓变弛豫所左右，因而只需用十倍频程量级的几个单频特性就可以足够精确地描述材料特性。现在知道，对于损耗介质、复合材料、有机生物材料及磁性材料，上述推断是不正确的。而这类材料在微波工程中占有很重要的地位。当今
45、，计算机在计量仪器及系统中应用已十分普通，电介质测量亦不例外。然而在材料特性测量中，计算机的应用还促使我们以全新的机理来实现材料特性的绝对测量。例如，使用计算机计算非均匀介质(即存在两种或多种介质)中的电磁场，并在实时数据处理中直接使用数值计算的经果。实例之一是终端开路同轴线及介质谐振器，这类技术以计算机为主体，形成了一种全新的材料计量学方法。下面分别介绍各种材料特性的高频与微波测量方法。（1）二端口测量在兆赫频段的低端，经典的处理方法是在桥路测量中，或在与电感并联的谐振测量中，将介质材料作为具有损耗的电容器来处理。由于采用高精度的 Q 值测量，使该方法可以确定固体中极低的介电损耗(10rad
46、) 。并进行理论修正和精确计算。对于损耗性材料，最好使用非谐振射频桥路法。二端口技术可以用于 100MHz。（2）时域法随着快速取样示波器及隧道二级管阶跃脉冲发生器的应用，使行波时域谱仪(TDS)得到发展和广泛应用，使用频率达 18GHz，随着频率的增高，其灵敏度随频率升高而下降。仪器方面的改进主要在于时基参考基准(即取样的同步及相位漂移和抖动) 以及自动技术。现代 ANA 克分利用了时域同步技术。在低于1MHz 的频段，采用 CMOS 开关，在 10KHz 频率上利用自动阶跃响应系统，使对正切损耗的分辨率达10rad，远比高频段 TDS 的分辨率高。（3）频域传输线技术时域测量技术以分降低辨
47、率为代价，在微波频段实现了宽带测量。但最精确的介电常数和损能测量仍然采用频域法，对低损耗的测量尤其如此。业已证实，在确定低损耗液体的损耗时，波导桥路或单通道结构可以获得与腔体法相比拟的不确定度(在 100rad 时大约为 10rad)。并可在 840GHz 频段采用液体浸润技术测量固体介质样品。在波导结构中，反射测量法比传输测量法更为普遍。众所周知的 Roberts-Von Hippel 方法仍然是微波频段用得最广泛的材料测量技术。ANA 和六端口技术更增加了它的应用潜力。而计算机的应用增加了它的使用方便性。此技术亦适用于宽温度范围的测量，例如在 20600条件下测量陶瓷样品。对于液体的导波反
48、射测量，由于可随意调节样品厚度，因而减小了测量误差。采用曲线复合的导波技术，该方法可用于 515GHz 频段。采用反射一传输复合技术，可以克分利用样品散射系数与复介电常数两者的相互依赖关系，使测量达到最佳化。这样，可使用 ANA 和六端口装置，将样品放在传输与反射端口之间的传输线内进行测量。(4)在导波结构中运用场强的鼓值计算法通常的导波技术假定，在传播媒质中的任意点，仅存在一个行波主模及其反射波。为使这一假定成立，结构上存在一系列限制。目前在材料测量中已普遍使用计算机对波的传输进行数值分析，生物材料的介电特性测量就是一个极好的例证，生物材料的复介电常数范围很宽，大多是损耗牲的，适合于使用反射
49、计技术进行测量。自 1980 年以来，同轴开路探头已广泛用于无损生物材料测量。其优点在于不必将测试样品装入测试座中，从而有可能进行真正的活体测试。（5）微波闭腔法尽管近来年传输技术有了很大发展，但谐振腔法由于具有更高灵敏度而仍然十分流行。即使只使用微量样品亦能保持其灵敏度。对于介电常数为 2，损耗为 lOOrad 的样品， 95%置信度时的测量不确定度 3%。常用两种不同的谐振法，其中微扰法适用于一切介电常数的测量，包括各向异性材料，磁性材料以及中高损耗性材料。另一种谐振法是针对低损耗介质测量的，此时必须使用较大量样品填满一定数量的腔体空间，并应采用尽可能简单的几何结构，以避免在场的计算上遇到数学困难。
