微波测量复习题

微波测量复习题1.表征微波信号的三个重要基本参数，简要阐述微波测量与低频电子电路测量的区别和联系。（1）功率、频率、阻抗。（2)①低频电子电路的几何尺寸通常远小于工作波长，属于集中参数电路。便于测量的电压电流和频率是基本测试量。微波元器件的几何尺寸通常和工作波长相比拟，属于分布参数电路。功率，频率和阻抗是基本测试量。②非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性，如单导体传输线波导－模式电压，模式电流。而在TEM波传输线系统工作于主模且在行波条件下，行波电压V、电流I和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。③它们在测量任务测量方法和测量仪器方面都有所不同。2.测量的基本要素与之间互动关系被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境测量过程—基本要素之间的互动关系:1制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）2选择测试仪器，组建测试系统。3分析测量误差并显示测量出结果。3.什么是测量环境，举例说明测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。比如温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。4.测量误差来源有哪些？（1）测量对象变化误差（对应测量基本要素）（2）仪器误差（3）理论误差和方法误差（4）人身误差（5）环境影响误差5.计量与测量的关系•计量的任务是确定测量结果的可靠性。•计量是测量的基础和依据。•没有计量，也谈不上测量。•测量发展的客观需要才出现了计量。•测量是计量应用的重要途径。•没有测量，计量将失去价值6.微波信号源的主要性能指标与含义微波信号源就是产生微波信号的装置，又称为微波信号发生器。主要性能指标：频率特性，输出特性，调制特性。（1）频率特性--频率范围，频率的准确度和稳定度，频率分辨率，频率切换时间，频谱纯度。（2）输出特性--输出电平，电磁兼容性，输出电平的稳定度、平坦度、准确度（3）调制特性--让微波信号的某个参数值随外加控制信号而改变*微波三极管的主要特征是利用静电控制原理控制交变电子流的大小，来实现信号产生和放大的功能。这种控制是借助改变控制栅极电压，影响阴极附近的电场来实现的。7.给出定向耦合器耦合度、隔离度、方向性参数定义与之间关系输入至主线的功率P1与副线中正向传输的功率P3之比称为定向耦合器的耦合度C=10lg(P1/P2)(dB)副线中正方向传输的功率P3与反方向传输的功率P4之比称为定向耦合器的方向性D=10lg(P3/P4)隔离度D’表示输入至主线的功率P1与副线反方向传输的功率P4之比D’=10lg(P1/P4)方向性＝隔离度－耦合度8.为什么说采集输出端口匹配良好和方向性很高的定向耦合器作为取样，可以大大改善信号源的匹配？请给出主要推导过程。(见微波测量技术（一）,ppt132-133)223DaCbb设3b幅度保持为常数，Kb322)(aCDCKb有端口②向左看，可等效为一信号源，其输出为geb，反射系数为ge22abbgegeCDCKbgege;等效源反射系数由方向性（隔离度，耦合度）而定22baLLgegebb12ge很小采用输出端口匹配良好和方向性很高的定向耦合器作为取样，可以大大改善信号源的匹配。8.深入理解定向耦合器方向性影响：一个放大器输出功率100W，输出阻抗50欧，送至一大功率负载，负载驻波为1.5，现通过方向系数分别为25dB和40dB的双定向耦合器测试反射、入射功率，以及驻波大小，试计算方向性产生的误差大小？（不考虑功率计和路径传输损耗影响）(见微波测量技术（一）,ppt135,136)2.0||5.1若理想定向耦合器反射功率为4W-C真实反射功率=主反射功率+方向性反射功率=主反射功率+入射功率—（D+C）=（4W—C）+（100W—D—C）=（4W—C）+（0.316W—C）50传输线系统中（端接匹配阻抗），电压（幅度）与功率的关系式5022VP反射电压最大同相叠加，最小反相叠加，功率计信号源P1P2P3P4AB负载62.520|62.520|minmaxreflectedreflectedVV34.1;144.0||7.1;256.0||minminmaxmax9.频率合成方式有哪几种？简述直接频率合成原理。频率合成方式：直接式合成，锁相环式合成，直接数字频率合成（DDS），混合式合成直接式合成原理：用晶振产生稳定的参考频率作为激励源，使参考信号通过谐波发生器产生具有丰富谐波的窄脉冲，再通过混频、分频、倍频、滤波等方法，进行频率变换和组合来产生所需的大量离散频率。10.基本锁相环有哪几个部分组成和各自作用？基本锁相环由鉴相器（PD）、低通滤波器（LDF）、电压控制振荡器（VCO）及基准晶体振荡器等部分组成。VCO输出频率0f反馈至鉴相器，与基准频率rf进行相位比较。鉴相器（PD）的输出0V与rf和0f的相位差成正比，经环路滤波器形成调谐信号，调整调谐振荡器的频率，使0f的相位趋于rf。由负反馈理论可知，最终达到稳态时，VCO的输出频率0f等于rf。可见，锁相环的输出频率0f和基准频率rf具有同等稳定度。12.试给出锁相环实现倍频（Nf1）的原理框图。13.秒的定义秒是铯－133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应辐射9192631770周期所持续的时间。14.简要叙述频率测量基本方法有源法：外差法、计数法（外差法：零差法、恒差法、测差法）无源法：谐振式波长计直接法（微波技术频率计），间接法15.请给出直接式频率计数器的原理框图，并说明主要误差来源误差来源：（1）计数器计数的准确性（量化误差），（2）闸门启闭时间相对误差，晶振频率稳定性、准确度、分频电路和闸门开关速度及其稳定性等因素（标准频率误差）（3）时基信号所引起的闸门时间准确性（时基误差）16.微波计数器使用注意事项。①晶体在经受各种物理扰动时会改变它的振动频率，从而影响计数器的精度，这些不同扰动的累积效应即晶体的老化，校准计数器是对老化的补偿。②调节灵敏度，避免噪声触发17.波长计工作原理。利用分布式参数的微波腔体谐振器对频率的选择作用测量频率的一类器件。18.同轴TEM型波长计的工作原理结构：一段同轴线，一端为固定短路面，另一端用短路活塞封闭，其长度可以通过活塞调节，但长度与波长非精确对应。2pl为保证单值性2minmaxdownupff19.说明圆柱腔式波长计工作原理，并说明H011波长计的优点场结构稳定，无极化简并模式，损耗小（随着频率升高而减小）。腔体侧壁和两个端壁内表面只有φ向电流，非接触式活塞Q值高，高精度波长计20.反应式波长计串并联电路接入方式对谐振腔入口到主线分岔点之间电长度有什么要求？串联接入：L=λ/2并联接入:L=λ/421.反应式波长计工作原理分析，证明谐振时，负载功率曲线3dB带宽等于错误!未找到引用源。谐振时，0ffLQ12022)2/1/(11min2max222PPkP曲线半腰宽度（3dB带宽）等于22.频谱仪与示波器在测量信号上各有何特点？频谱仪测的是信号在频率上的特性(频域上)示波器测的是信号在时间上的特性(时域上)示波器：显示的是信号的幅度随时间变化的一条曲线，通过该曲线可得到信号的波形、幅度和重复的周期。频谱仪测量：显示的是不同频率点的功率幅度分布，离散图谱能获得谐波分量、寄生、交调、噪声边带等。23.频谱仪分辨率带宽参数设置对测试有什么影响？较小分辨率带宽，提高动态范围－扫描时间增大；对于调制信号须有足够带宽，否则极大影响测试结果1.选择最好的分辨率带宽---------不是最低2.改进测量精度（幅值和频率）3.优化低电平测量灵敏度4.为失真测量提高动态范围5.识别内部失真6.优化瞬态测量的测量速度7.选择最好的显示检测模式8.测量突发信号－时间选通频谱分析仪24.功率单位换算与对应50欧姆传输线（匹配状态）上对应电压幅值计算A(dBm)=10lg错误!未找到引用源。A(dBW)=10lg错误!未找到引用源。0dBm-30dBm27dBm0dBW=30dBm1mW3-10mW0.5W1W0.31V0.01mV7.07V10V25.微波检波二极管使用注意事项（1）额定功率（连续波，脉冲波）（2）阻抗匹配（瞬态测试，灵敏度）（3）平方律适用功率范围（4）灵敏度（5）输入驻波，频率范围，输出检波电平极性26.试给出几种单次窄脉冲（几十ns），脉冲功率（W级）测试方法，包括脉冲包络测试，画出简要测试框图。需要同时进行脉冲包络和脉冲功率测试，一般采用检波二极管。比较实用的是替代法校准。（1）标准源－检波器——得到功率与检波幅值对应关系。（2）待测源－检波器——得到输出功率脉冲包络对于窄脉冲（几十ns），前沿较小测试需注意，检波器输出视频带宽严重影响测试结果。27.功率方程级数方式推导，并说明资用功率PA，无反射负载功率PO，任意负载功率PL的意义，给出各自表达式。(见微波测量技术（三）P74-75,P86))/()()/()(0000ZZZZZZZZLLLgggLLggabba)1/(LggLgnLnLgnLngggggLgggbbbbbba11)1(22入射频率：20222|1||1|||||LgLggiPbaP反射频率：22222|1|||||||||LgLgLrbabP负载净功率220|1|||1LgLriLPPPP0P为功率源传输到无反射负载上的功率，它表征源的输出功率。当gL时，负载上的功率最大：20220||1|1|||1LggLAPPPAP称为信号源的资用功率，它表示信号源可能输出的最大功率。传输到任意附在上的净功率LP与信号源资用功率AP之间的关系为：220222|1|||1|1|)||1)(||1(LgLLgLgALPPP28.频谱仪测相位基本原理与使用局限性频谱分析就是将待测信号同时引入一系列带宽相同，但中心频率以带宽为步进等差递增的带通滤波器，再分别通过各频率检波器检波，得出各频率点功率的大小，最后再通过显示屏显示出来。频谱仪－简单快速，不适用一些漂移较大振荡器，不能区分PN和AM，近频测试困难。（1）此法不能从噪声中区分出调幅噪声，且要求后者远小（2）（C-N）受限于频谱仪动态范围，本振相位噪声必须比被测信号低的多（3）很难测试靠近载频相位噪声，3dB带宽（RBW）限制RBW太小，扫描时间很长一般用于预测试，摸底，经常使用适用于测量漂移较小但相位噪声相对较高的信号源,尤其适用于快速、定性地初步测试信号源性能，简单方便。29.噪声系数基本定义与数学表达式定义为用分贝（dB）表示的射频或微波器件输入处的信噪比（SNR）除以输出处的SNR。从它的名称可知，SNR是在给定传输环境中的信号电平与噪声电平之比。ioutoutioutoutiiNNSSNSNSF//30.如表所示三个匹配级联放大器，请计算出级联噪声系数最小值，并给出此时放大器级联顺序：2131211311GGFGFFF997.116410.4410.27.111BACABAABCGGFGFFF475.2100410.2410.47.111CABACAACBGGFGFFF由于CBFF均大于2，所以其他级联顺序的噪声系数都会大于2，那么可以得出级联系数的最小值即为1.997，此时放大器的级联顺序为A-B-C31.简述Y系数法测量噪声系数原理BTTGkBTTGkNNYeeoutout)()(1212112YYTTTe网络等效输入噪声温度])(1[11)1()1()1(11020101020120TTTTYYENRYTTYTTTYYTTTTFe