现代微波测量技术(一)

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(3)绝对禁止仪器的带电连接操作(必要时除外) (4)禁止调试时带电焊接
在微波测试仪器当中,有许多针对各种技术指标的
专用测试仪器;另外,一台测试仪器通常也只能覆盖
某一个频率范围。所以往往是对于不同频段的产品或 者是不同的指标,就需要不同的微波测试仪器。
常用微波测量仪器简介
网络分析仪 网络分析仪分为标量网络分析仪和矢量网络分析仪。 矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、 带外抑制、VSWR、S参数(包括幅值和相位)、阻抗、 插入相移、群延时等指标;而标量网络分析仪则只能测 试上述指标中与相位无关的参数。
2014
电子工业出版社 2014
www.keysight.com 原Agielnt
本课程考核方式:
平时考核(30%)(考勤+课堂提问) 期末考试(70%)(开卷)
理论授课内容
• 微波信号源
• 微波信号频率与频谱测量
• 微波信号功率测量
• 微波信号噪声测量
• 网络反射参量测量 • 网络传输参量测量
60
课程补充知识
测量、误差、计量一些基本概念
中国的标准时间和授时
狭义测量的定义
测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。
在测量过程中,人们借助专门的设备,把 被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比 较,取得用数值和单位共同表示的测量结果。
广义测量的定义
广义地讲,测量不仅对被测的物理量进行定量的 测量,而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定 位的测量。 例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、 地震源测定、卫星定位等。 而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一 维信息,还可以用二维或多维的图形、图像来显示被 测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。 广义测量原理可以从信息获取过程来说明,包括信息 的感知和信息识别两个环节。
计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。
• 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。
计量和测量的联系
• 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
为了保证测量结果的准确性,必须定期对仪器进行检定和校 准,这个过程就是计量。
中国的标准时间和授时
一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡9192631770 周期所持续的时间,更长的时间单位由秒的累加而得。 (谐振频率f=9.192631770GHz,频率基准) 国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局(BPIM) 建立并保持,其分析处理全世界约50个时间实验室的 200台原子钟数据。
量值的传递: 指一个物理量单位通过各级基准、标准 及相应的辅助手段准确地传递到日常工作中所使用的 测量仪器、量具,以保证量值统一的全过程。
中国的标准时间和授时
一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科 学水平。
例:以太阳为基准,时间测量的精确度1天内可达到 1秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内 也不超过1秒。 如果时间测量精度不能突破百万分之一秒,目前 的GPS系统将不可能应用????。
现代微波测量技术
汪海洋 hhywa@uestc.edu.cn 83202103 逸夫楼416
课程性质与教学安排
• 专业选修课(电子 科学与技术、物理 电子学) • 综合性强,理论与 实践结合,强调基 本概念与方法、技 能掌握 • 课堂讲学(30学时) 讲授+讨论 • 先导课程:电磁场与 波、微波技术基础、 电子测量技术
测量仪器或计量器具测量所得之值)来代替真值。
与绝对误差的绝对值大小相等,但符号相反的量 值,称为修正值
C x A x
测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给 出,修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形 式。
A xC
相对误差
一个量的准确程度,不仅与它的绝对误差的大小, 而且与这个量本身的大小有关。
• 网络参数的全面测定
• 微波信号时域测量
单重入式微波谐振腔设计与参数测试 腔体滤波器的仿真、优化及测试
• 综合性微波测试实例
测量
频率
测量
功率
阻抗
测量
表征微波信号的三个重要基本参数
微波测量与低频电子测量比较 低频电子电路
电压 电流
V 2 P VI I R R
2
微波传输线中
U j z jt Ae e I
基准用来复现某一基本测量单位的量值,只用于鉴定各种量 具的精度,不直接参加测量。 根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的计量标准量 具或仪器,简称ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ准。
比对: 在规定条件下,对相同准确度等级的同类基 准、标准或工作计量器之间的量值进行比较,其目的 是考核量值的一致性。 检定: 是用高一等级准确度的计量器具对低一等级的 计量器具进行比较,以达到全面评定被检计量器具的 计量性能是否合格的目的。一般要求计量标准的准确 度为被检者的1/3到1/10。 校准: 校准是指被校的计量器具与高一等级的计量标 准相比较,以确定被校计量器具的示值误差(有时也 包括确定被校器具的其他计量性能)的全部工作。
相对误差:绝对误差与被测量的真值之比
相对真误差 实际相对误差 示值相对误差

x 100% A 0
x 100% A

x 100% x
计量仪器的示值与被测量(约定)真值之差
计量的定义和意义
计量的定义 为使在不同的地方,用不同的手段测量同 一量时,所得的结果一致,就要求统一的单位、 基准、标准和测量器具。
北京时间从何而来?
中国的标准时间和授时
时间是一个基本物理量,任何一个大国都拥有自己 独立的,并力图保持同时代最好水平的时间标准和服 务系统。
转动体的自由旋转--地球自转(世界时,ms级)
天体开普勒运动--地球公转(历书时,精度不高)
原子谐波振荡运动--铯原子钟(1967年10月,国际 时间标准)
测量标准的传递
计量的定义和意义
计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动,如 单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管 理、测量方法及其手段的研究等。
计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准 确可靠的测量。
计量是一种特殊形式的测量,它把被测量与国家计量部门作 为基准或标准的同类单位量进行比较,以确定合格与否,并给 出具有法律效力的《检定证书》。
海拔 温度 湿度
测量误差的基本概念
测量误差的定义
测量的目的: 获得被测量的真值。
真值: 在一定的时间和空间环境条件下,被测量本身所
具有的真实数值。 测量误差 :
x x - A0
所有测量结果都带有误差 。
测量误差的来源
(1)仪器误差 由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等 不完善,以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等 因素而使仪器带有的误差。 (2)影响误差 由于各种环境因素(温度、湿度、振动、电源电压、
l
f c T
电压、电流参数使用不方便,特别是在非 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。 典型代表同轴线
b
r
a
b Zc ln r a
电磁场等)与测量要求的条件不一致而引起的误差。
测量误差的来源
(3)理论误差和方法误差 由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成 的误差。
(4)人身误差 由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲 劳、固有习惯、缺乏责任心等原因,而在测量中使用操 作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。
常用微波测量仪器简介
频谱分析仪 频谱分析仪主要用来分析和测试信号的频谱、相 位噪声、杂波以及谐波等。
Agilent PSA-series
Agilent 8560-series
常用微波测量仪器简介
噪声系数测试仪 噪声系数测试仪是进行噪声系数测试的专用仪器。
常用微波测量仪器简介
功率计 分为连续波功率计和峰值功率计。
Agilent E5500Aseries 相位噪声测 试系统
常用微波测量仪器简介
矢量信号分析仪 矢量信号分析仪具有频域、相位域、时域和调制域(调 幅、调频、调相)分析能力;具有猝发信号和瞬变信号 分析以及瞬时功率测量的能力;具有眼图、星座图和矢 量(即坐标图)等显示形式,可用于采用数字调制体制 的设备和系统的测试。
教材与参考资料
教材:《现代微波与天线测量技术》
戴晴 黄纪军 莫锦军
电子工业出版社,2008/2012
参考教材:
《微波测量》汤世贤,国防工业出版社 1991
《微波测量技术》 董树义 电子工业出版社 1995
《现代微波工程测量》 王培章 朱卫刚 电子工业出版社
《微波器件测量手册》 Joel P. Dunsmore
HP8991A 峰值功率计
思考题:二者能否混用?
E4418B连续波功 率计
常用微波测量仪器简介
频率计(波长计)
用来准确地测量信号的频率值。
Agilent 53181A计数器及Agilent 5361B脉冲/CW计数器
常用微波测量仪器简介
频率计(波长计)
用来准确地测量信号的频率值。
f
常用微波测量仪器简介
测量的基本要素
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
• 制定出测试策略(测量算法)和操作步骤(测 试程序)
* 选择测试仪器,组建测试系统。
* 分析测量误差并显示测量出结果。
测量环境
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。 测量环境包括温度、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。
信号发生器 可以产生CW及各种调制的微波信号,分为模拟和 矢量信号发生器。
常用微波测量仪器简介
示波器 高实时带宽数字存储示波器
TD6604数字存储示 波器,输入阻抗 50Ω,模拟带宽6GHz (实时带宽)
Lecroy已有模拟带 宽65GHz产品(实 时带宽)
常用微波测量仪器简介
示波器 低端数字存储示波器
中国科学院国家授时中心有19台铯原子钟和4台氢 原子钟数据定期传送给BIPM。
中国的标准时间和授时
微波测试注意事项
微波测试仪器有两个特点:
1、价格昂贵; 2、种类多。 对于微波测试仪器来说,经常是动辄几十万甚至上 百万元。因此,在操作的过程中

(1)必须要注意电网的安全性

(2)保证设备接地良好
(5)测量对象变化误差:
测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准 确,如引起动态误差等。
测量误差的表示方法
测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。
由测量所得到的被测量值与其真值之差,称为绝
对误差, x x A0 有大小,又有符号和量纲。

x x A
实际应用中常用实际值 A(高一级以上的
如TDS 3000系列 模拟带宽300MHz (输入阻抗-----50Ω/1MΩ)
检波器
波形测试
功率测试
常用微波测量仪器简介
示波器带宽的重要性------最值钱的指标
问题: 对于5MHz的时钟信号需要用多少带宽的示波器
常见回答:100MHz足够了,带宽是被测信号频率的3-5倍 考虑即可。

(1)被测信号是方波还是正弦波 (2)如是方波,上升沿是多少?
环境对测量的影响
环境对被测对象的影响:某些被测对象客体(如器件、电路或 系统)的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感,因此,原 则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。 环境对仪器系统的影响:环境可能直接或间接地影响到仪器系 统本身的某个工作特性,进而影响测量结果,造成测量误差。 特别是某些测量器具的量程广、频段宽,而内部的元器件数目 甚多,且对外界影响相当敏感,错综复杂的影响量所产生的不 良效应有时会成为测量的严重问题。 环境对测量人员的影响:高温、严寒、潮湿、闷气、嘈杂、 照明不适当等不良工作环境,会对测量人员的身心产生不良 影响,从而引起不同程度的人身误差乃至差错。
Lecroy带宽为200MHz,1GHz,6GHz测量结果
tr=1.7ns tr=873ps
实时采样技术
等效采样技术
常用微波测量仪器简介
相位噪声测试系统 相噪测试系统是专门用来测试微波信号相位噪声指 标的设备。
常用微波测量仪器简介
相位噪声测试系统 相噪测试系统是专门用来测试微波信号相位噪声指 标的设备。
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