微波测量概述及信号源测量技术：第一讲 微波测量技术概论

输入或 输出信号
高速、高 分辨率
模拟部分 模拟信号
控制
用户接口 信息
ADC 或DAC
数字数据
处理器
包括RAM,ROM,I/O等
采用 标准 接口
系统接口
采用超大规模 集成电路、
物理包装
电源
采用DSP技
FPGA、EPLD 及专用集成电 路，实现复杂
外部电源
数字化仪器结构框图
术，多种测 量算法
、多功能 关键：高速A/D和D/A变换器
10
1．2 微波与天线测量的基本任务
放大器测试 变频器件测量 无源器件测试 频综及振荡器测试 收发机测试 差分元器件测量方案 脉冲器件测试方案 毫米波太赫兹器件测试 器件在片测试 元器件现场测试
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微波测量仪器分类
微波毫米波测试仪
信号发生器
信号分析仪
合模 成拟 功 信信 率 号号 放 发发 大 生生 器 器器
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1．2 微波与天线测量的基本任务
阻抗测量仪 网络分析仪
阻抗
频率
振荡器、频率合成 器、变频器、倍频 器、滤波器等
矢量、标量 网络分析仪
频率计/功率计/ 频谱分析仪
功率
阻抗变换、阻抗 匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 器、放大器、开关等
1微波无源电路: 如金属谐振腔滤波器、介质腔体滤波器、微带滤波器、功率 分配器、耦合器、程控衰减器等。
(1)信号特性参数的测量：包括信号的频率和波长、场强和功率、 波形与频谱、振荡器的振荡特性和接收机的噪声系数等。
(2)网络特性参数的测量：主要有反射特性参数和传输特性参数。 前者包括网络散射参数反射系数、阻抗以及与反射系数模有关的插 入损耗和驻波比等；后者包括网络散射参数以及决定的衰减和相移 等。
(3)天线特性参数的测量：天线主要有两方面特性即电路特性和 辐射特性。前者与馈电电路特性有关，包括输入阻抗、频率特性、 效率和匹配等；后者与辐射特性有关，包括方向图、主瓣宽度、副 瓣电平、增益、方向性系数、极化、相位特性，以及有效面积、有 效高度等。
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现代微波测量技术发展的新趋势
4．实现软件化的同时，向虚拟仪器过渡 随着大规模集成电路技术、计算机技术、信号处理技术、软件技
术的飞速发展，微波测量系统中许多原来由硬件才能完成的功能， 今天都能依靠软件来完成， 5．微波测量网络化
随着数据库联网能力的扩展，微波测试仪器要跟上发展，只有采 用扩大进入网络和数据库的能力，当前的PC标准，包括数据总线和 通信接口都比以前的产品具有更快的数据率和联网能力。 6． 实时频谱分析技术
K(2.95mm) DC-40GHz
2.4mm
DC-50GHz
V(1.85mm) DC-60GHz
1.0mm
DC-110GHz
波导测试仪器
波导
频率范围
WR-42
18-26.5GHz
WR-28
26.5-40GHz
WR-22
33-50GHz
WR-19
40-60GHz
WR-15
50-75GHz
WR-10
75-110GHz
5
一、课程内容简介
㈠内容安排 第一讲 微波测量技术概论 第二讲 微波信号源合成扫频信号源 第三讲 微波矢量信号源和分析仪 第四讲 微波频谱分析仪工作原理 第五讲 微波矢量网络分析仪应用 第六讲 微波功率计、噪声系数仪 第七讲 天线测量微波测量线 第八讲 数字微波通信整机性能测试 第九讲 微波滤波器、上下变频器的测试 第十讲 微波电视信号传输实验
信号识别 调制识别 信号仿真 信息测量 信息还原
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三、微波测量仪器总体发展趋势 6、利用微波毫米波MMIC集成电路，使混合集成
成为微波毫米波信号处理的必然选择！
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三、微波测量仪器总体发展趋势
★ 分系统组件化
幅度调制
功率合成
宽带功分 功率放大
开关滤波
10MHz∽40GHz信号发生模块
三、微波测量仪器总体发展趋势
3
一、课程内容简介
一、课程定位 通过本课程的学习，旨在使学生熟悉了解当前微波测量新 技术发展，能够熟练地运用相关微波自动测试系统进行微 波系统和器件性能测量，使学生在微波测量的基本方法、 测试系统的设计与应用方面打下坚实的基础，为今后的应 用与开发创造有利条件。课程教学的内容是电磁场与微波 技术研究方向的重要内容，对于深入研究和掌握近代微波 与天线工程的测量技术和实验方法，具有重要意义。 跟踪国内外微波测量技术的动态，拓展教学内容，制定课 程教学设计36频谱分析仪
AV2434微波脉冲频率与峰值功率计
AV3629型射频一体化矢网分析仪
AV1442射频信号发生器
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微波测量仪器分类
微波毫米波测试用传输线和射频连接
同轴测试仪器
同轴连接器 频率范围
N型
DC-18GHz
7mm
DC-18GHz
SMA(3.5mm) DC-26.5GHz
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三、微波测量仪器总体发展趋势
4、利用现代高速数字信号处理技术， 实现从稳态测量到瞬态测量的转变！
稳态信号测量： 功率、频率、频谱
瞬态信号测量： 复杂电磁环境、调制 样式、跳变模式、信 息含量等参量测量。
23 23
三、微波测量仪器总体发展趋势
5、利用数字通信调制与解调 技术，实现从信号测量到 信息测量的转变！
◇通过测量网络的协议，对 通信网络和计算机网络的运 行状况进行实时监测与状态 分析。 ◇利用嵌入式测试技术、计 算机网络和通信网络构建分 布式网络化的测试系统，实 现远程测试与故障诊断。
网络就是测量
打破了时间和空间的限制！
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三、微波测量仪器总体发展趋势
3、数字化速率提高、位置处理前移， 实现从模拟体制到数字体制的转变！
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通用频谱分析仪
分
实时频谱分析仪
通用测试
析 信仪 号
矢量信号分析仪 通用/多参数 信号分析仪
接
电磁信号监测分析仪
收 分 析接
数字信道化接收机 宽带接收机
电磁环境 检测及评估
收
机
EMI测试接收机
电磁兼容测试
测量接收机
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矢量网络分析仪
损耗增益工作带宽 带外抑制隔离度 群时延稳定性
压缩特性端口匹配 噪声系数方向性
★ 宽带高频
电磁频谱是电子战的资源，谁先占领新的频段，谁就能 取得该频段使用的主动权。
★ 高功率
功率意味着压制、意味着作用距离。增大系统功率是永恒
★ 多的功方能向。、集成化和模块化
未来的战争要求武器装备有很好的机动性，电子系统( 整机)向小型化、高性能化、多功能化、高可靠和低成本发 展已成为目前的主要趋势。
测量仪器是微波测量的重要方面，现代微波测试已实现测量与计 算机的紧密结合，自动(智能)测试、微机处理分析的仪器已经普及， 测量与计算机结合的程度，标志着测试系统水平的高低。 3．标准化和模块化
仪器软件的丰富、强大和灵活又要求硬件变得规范、标准和统一， 模块化的硬件、丰富强大的软件和具有通信功能是现代测量仪器的 最大技术特征。
模拟器
模拟器
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微波测量仪器分类
1．信号分析仪分为： 频谱分析仪、矢量信号分析仪、调制域分析仪、调制度分析仪、 动态信号分析仪、EMC分析仪。 信号分析仪主要对射频信号特征、质量的分析，频谱分析仪的本 振是高性能频率合成源。预选频混频技术：26.5GHz以下采用单 YIG，26.5GHz以上采用双YIG，毫米波波导频谱仪：采用外加混 频器模块。 微波毫米波相位噪声的两种测试方法： a)直接频谱分析法（频谱分析仪）b)先解调，后分析法(相位噪 声测试仪） 相位噪声测试仪的关键技术：1)频率变换技术2)相位解调技术3) 相位噪声特性曲线的测试。
2学时 2学时 2学时 2学时 2学时 2学时 2学时 2学时 2学时 2学时
6
微波毫米波仪器主要供应商
美国安捷伦
（原hp公司）
国内41所
德国罗德&施瓦茨
日本安立
微波毫米波测试仪器市场主要被安捷伦、R&S和安
立三家公司所垄断，我国微波毫米波测试仪器刚刚
起步,已经形成了 “探索一代、预研一代、研制一代
相位特性功放效率
频谱与信号分析仪
频谱分布 谐波抑制 杂散测量 交调测试 邻道抑制比占用带宽
噪声系数 模拟和数字解调分析
信号源分析仪
相噪测量 杂散测量 调谐特性 调幅噪声 基带噪声 残余相噪 调频时间 频谱测量
宽带示波器
波形测量 开关时间 脉冲上下沿测试
功率计
测量参数：精确功 率测量
微波信号源
功能：激励被测设 备，如变频本振
和生产一代” 的科研生产体系,具备小批量生产7能
力
7
1．1 微波测量的意义
各类无线通信设备从研究、设计、制造到调试、维修的 各个阶段，都需要测量许多电参数，微波工程测量技术是 现代无线通信的关键技术之一，在现代无线通信中占据举 足轻重的地位。
微波测量技术是电磁场与微波技术学科的重要组成部分， 它与微波理论和天线理论相辅相成，并与其他工程技术一 样，随着科学技术的发展而日趋重要；即使在微波理论和 天线理论已趋于成熟的今天，在进行理论研究、设计和研 制过程中，往往都要根据实际测量结果来解决有关技术问 题，所以微波与天线测量技术依然是解决微波技术和天线 问题的重要途径，特别是微波与天线技术中某些理论上难 以进行定量分析的新课题，更依赖于实验数据和曲线进行 分析研究。
WR- 6
110-170GHz
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三、微波测量仪器总体发展趋势
1、现代电子测试仪器蚕食了现代计算机 更新换代速度与计算机发展保持同步
仪器更新 换代速度
平均5~10年
平均3年
❖奔腾计算芯片 ❖Windows操作系统 ❖共享计算机外设资源 ❖共享计算机软件资源
20 20
三、微波测量仪器总体发展趋势
2、仪器成为庞大计算机网络的一个终端设备， 实现从终端测量向网络测量转变！
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微波测量仪器分类
2．测量接收机 场强接收机、EMI测试接收机、瞬时测频接收机、测向接收处理 机、TEMPEST接收机。 3．信号源 一般经济型扫频发生器将退出历史舞台，取而代之的是频率合成 技术，频率合成器：已有专用集成块，且具有高分辨率锁相式频率 合成器、DDS频率合成器、YIG振荡器+倍频方案、双YIG振荡器+ 倍频方案倍频方案的相位噪声有恶化趋势，在3mm或更高频段也可 直接用基波振荡器（宽带速调管；窄带固态振荡器），可提高功率 输出，抑制杂波。 4．网络分析仪 矢量网络分析仪、标量网络分析仪
1
2
1 微波测量的意义 2 微波测量的特点 3 微波与天线测量的基本任务 4 微波测量仪器分类 5 微波毫米波信号分析仪发展现状新趋势 1 微波信号源的分类 2 模拟式微波扫频信号源 3 微波合成扫频信号源 4 频率捷变信号发生器 5 频率捷变信号发生器基本工作原理 6 微波信号源的性能指标 7 微波信号发生器典型产品
现代微波测量技术发展的新趋势
1．工作频带更宽，可测参数更多 微波系统等现代无线电系统都有较宽的频带，而且随着器件水平
和功能需求的发展，这种趋势会更加突出。随着微波频谱的扩展， 微波测量的频带将会进一步拓宽，理想的测试仪器频带覆盖范围将 是从直流到光波段。Agilent推出的网络分析仪已可对从10Hz－ 300GHz的各种信号进行测量，且动态范围超过150dB。 2．数字化、智能化和自动化
相
数
频测
位取 字
谱 试功噪 样 存
分 接率声 示
贮
析 收计测 波
发
仪机
试器
生
仪
器
网络分析仪
矢标噪
量量声阻综
网网系抗合
络
络
数
调
测
分
分
测
配
试
析
析
试
器
仪
仪
仪
仪
微波测量仪器分类
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标准信号 发生器
信号发生 器
信号模拟 器
模拟信号 矢量信号 捷变频信 雷达信号 通信信号 导航信号
发生器 发生器 号发生器 模拟器
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一、课程内容简介
二、总体目标 通过本门课程的学习，掌握近代微波测量的基本概念、基本原理、基本
方法，现代微波实验设备的正确使用，对学生分析问题，解决问题的能力， 特别是创新意识及微波实验技能和误差分析的培养；为今后从事专业科学 研究，开拓新技术研究领域； 三、分类目标 1．知识与技能：通过本课程的学习，结合具体实践、操作，使学生掌握 常用微波参量、常用测量系统；频率测量、驻波测量、功率测量、衰减量 测量的基本原理，了解各种测试方法；理解微波信号源的基本原理、常用 指标和基本使用方法；理解网络分析仪及网络参量测量的基本原理；频谱 分析仪原理及信号频谱分析方法；理解微波功率计、频率计、噪声系数分 析仪的基本原理和常用测量方法；了解自动测试系统的基本原理。提高学 生分析、解决管理与维护、开发与设计等问题的能力，培养学生思考问题 的逻辑性。
2微波有源电路: 如微波放大器、微波振荡器、微波调制解调器、开关、移相 器、混频器、倍频器、频率合成器, 功率放大器等。
3 TR组件: 由上述多种元器件构成的微波发射接收功能模块, 或称TR组件。
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1．2 微波与天线测量的基本任务
微波与天线的测量任务是很广泛的，但按照待测参数的内容可分 为以下三个方面。