第三部分 信号频率和频谱测量
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缺点是整机灵敏度较低。因为位于直接计数 器前面的差频放大器必须是带宽达数百MHZ的宽带 视频放大器，起增益不能很高，故最小输入信号 要不低于-20dBm，且需要较好的信噪比（例如 >40dB）。
四.频率转换
将计数器量程以上的微波频率fx转换成可 直接计数的频率f，测出二者的关系，求出 fx
1.手动
微波波长计：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。 波长计： 同轴谐振腔、圆柱波导谐振腔
谐振腔具有三个基本参量：谐振频率 f0 （或谐 振波长 0），固有品质因数 Q0 和特性阻抗 0 ，这 三个基本参量都是对于腔中的某一个振荡模式而言的， 模式不同，其基本参量的数值一般是不同的
1.谐振频率 f0
f0 是腔中某一模式的场发生谐振时的频率， 谐振的发生与否可由腔内场量呈纯驻波分布或电场 能量与磁场能量平均值相等或腔内的总等效电纳为 零等三个条件之一来判别。
2.品质因数 Q0
谐振腔的固有品质因数定义为：
Q0 2
腔中电磁场的总储能 一个周期内腔中的损耗能量
谐振时
是衡量腔内储能与耗能比例的一种质量指标，故称为 品wk.baidu.com因数。
锁定时，必定有 fd1 fr 及 fx Nf1 fd1 ，并设法
（ 锁例定如在fd搜1 索f扫x 描Nf时1 始终，使于是f得1 由出低f向x 高扫N变f1）使fd环1 路 始Nf终 fr
f1 由计数器得出，并已知 fr ，确定N后即可得出 f x
图中下面一个支路是专门为求取N而设。（请自己阅读） 自动转换振荡器式微波计数频率计的突出特点，就是它
灵敏度决定于放大量,可在一定范围内调节,最 小信号一般需要数十毫伏.
由于信号是宽频带的，直接计数器的输入信号 要求有较好的信噪比，例如1000MHZ以上带宽时,要 求>40dB。
二.预分频 （1）二进制分频 （2）锁相式分频
当被测频率 f x 在很宽范围内 变化时，则很 难将其锁定到 同一指定的分 频比，如
即最后结果所输出的频率 f0 等于是将 f x 直接分频了预先
指定的m倍。这里隐含着一个条件，即谐波混频与谐波鉴频二者 所取的谐波次数必须相等，即都为n，则分频倍数m才与n无关。 因为实际上这里所用的谐波混频器也是有脉冲采样电路充当，
只要适当选取 f1 和 f2 的频率使它们相差不大，此条件可以
自然得到保证。
三. 外差变频（提高测量精度）
外差变频法： 将固定频率外差振荡器的某个已知谐波与
被测fx混频，使其差频进入计数器可测范
围。
1.手动外差变频法
fs
由VCO输出一系列锁定到 f s
的谐波频率信号 Nfs ,其幅 度较强而均匀. 采用YIG调谐的固体VCO,减少插 件数
2. 自动外差变频
外差变频式微波频率计具有很高的测量精度， 因其测量结果中的 Nfs 部分具有与时基同样的准 确度； fd 部分具有直接计数频率计的精度。
直接计数式频率计最高量程：500－1500MHz 一.直接计数式 （1）直接测频
(2) 多周期测量及倒数测频
10nTx 2 109 A(秒)
Tx
2 109 10n
A(秒)
约为1 秒
(3)对信号波形的要求
直接计数式频率计的输入被测 f x 信号不限于 连续正弦波，也可以是非正弦波或脉冲波,甚至可 以是已经调幅或调频的载波频率。
对输入信号幅度的灵敏度高，一般要比外差式高20dB左右， 可达-35dBm或更好；同时对信噪比要求低，20dB即可工作。
缺点是每使±1个计数所表现的测量精度降低了N倍，或 者是使测量时间拉长了N倍。
五.谐波外差式
综合了普通外差变频式和转换振荡器式二者的优点，构造比较简单，因此价格低
§3.4 微波谐振式波长计
谐振腔品质因素：
f0:中心频率
3dB带宽：
Q f0 f3dB
f3dB
在工程上往往只需要对 Q0 的大小有个粗略估计， 这时有
1V
Q0 s
：趋肤深度，V：腔体体积，S：腔内壁面积。在厘米
波段谐振腔的 Q0 值可达 104 数量级。
一、同轴TEM型λ/2谐振腔
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。
l n 0 ,(n 1, 2, 3...)
2
内外导体长 度相等
为了保证工作在TEM模，工作上限频率必须满足
条件：
f
m
ax
2c (d
D)
（其中：d、D分别为内导体直径和外导体内径） 为保证单值性，下限频率需满足关系：
fmax 2 f m in
同轴TEM型λ/2波长计工作波长为： 3cm—10cm
第三部分 信号频率和频谱测量
这个定义已被全世界所接受,并于1972年 1月1日零时起,将时间单位”秒”由过去的” 天文秒”改为”原子秒”.
§3.1 频率测量方法
频率是周期信号的最主要的参量之一，是微波测量中最 常需要测量的而且是能够测得准确的一种参量
设法将被测频率直接或间接地与标准频率进行比较
测量方法：有源法(用标准频率与被测频率直接比较)、无源 法（谐振式波长计，以谐振的出现作为频率相等 的指示）
有源法：外差法、计数法 外差法：零差法、恒差法、测差法
外差法测频率
fd fx fs
fd=|fx-fs|
测差法： f x fs fd
基波零拍法： fx fs 0, fx fs
谐波零拍法：
n mfx nfs 0, fx m fs
§3.2 微波外差式频率计
§3.3 微波计数式频率计
n＝１００）
采样分频锁相环
（3）自动分频方案案例
将第一个压控振荡器 VCO1 的频率 f1 锁定到
次分谐频上,即 在经过一定的过程实现
f1
fx n
f x 的某一 n
f1
f2
f1 m
即
f2
（1-
1 m
）f1
f0 f x nf2
f0
fx
n(1-
1 m
) f1
fx
n(1-
1 m
)
fx n
fx m
f
调节振荡器频率 f ,等到它的某次谐波 Nf 与 f x 混频后的差频能够
通过差频放大器而指示,便可仔细调 f 直到示波器上显示的差频信号频
率 fd 0 ,于是 fx Nf 0 ,即 f x Nf
.N f2 f1 f2
2. 自动
灵敏度高、信噪比要求低，但测量时间长。并改手动的零 拍法为恒差法。
二.同轴TEM型λ/4谐振式波长计
四.频率转换
将计数器量程以上的微波频率fx转换成可 直接计数的频率f，测出二者的关系，求出 fx
1.手动
微波波长计：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。 波长计： 同轴谐振腔、圆柱波导谐振腔
谐振腔具有三个基本参量：谐振频率 f0 （或谐 振波长 0），固有品质因数 Q0 和特性阻抗 0 ，这 三个基本参量都是对于腔中的某一个振荡模式而言的， 模式不同，其基本参量的数值一般是不同的
1.谐振频率 f0
f0 是腔中某一模式的场发生谐振时的频率， 谐振的发生与否可由腔内场量呈纯驻波分布或电场 能量与磁场能量平均值相等或腔内的总等效电纳为 零等三个条件之一来判别。
2.品质因数 Q0
谐振腔的固有品质因数定义为：
Q0 2
腔中电磁场的总储能 一个周期内腔中的损耗能量
谐振时
是衡量腔内储能与耗能比例的一种质量指标，故称为 品wk.baidu.com因数。
锁定时，必定有 fd1 fr 及 fx Nf1 fd1 ，并设法
（ 锁例定如在fd搜1 索f扫x 描Nf时1 始终，使于是f得1 由出低f向x 高扫N变f1）使fd环1 路 始Nf终 fr
f1 由计数器得出，并已知 fr ，确定N后即可得出 f x
图中下面一个支路是专门为求取N而设。（请自己阅读） 自动转换振荡器式微波计数频率计的突出特点，就是它
灵敏度决定于放大量,可在一定范围内调节,最 小信号一般需要数十毫伏.
由于信号是宽频带的，直接计数器的输入信号 要求有较好的信噪比，例如1000MHZ以上带宽时,要 求>40dB。
二.预分频 （1）二进制分频 （2）锁相式分频
当被测频率 f x 在很宽范围内 变化时，则很 难将其锁定到 同一指定的分 频比，如
即最后结果所输出的频率 f0 等于是将 f x 直接分频了预先
指定的m倍。这里隐含着一个条件，即谐波混频与谐波鉴频二者 所取的谐波次数必须相等，即都为n，则分频倍数m才与n无关。 因为实际上这里所用的谐波混频器也是有脉冲采样电路充当，
只要适当选取 f1 和 f2 的频率使它们相差不大，此条件可以
自然得到保证。
三. 外差变频（提高测量精度）
外差变频法： 将固定频率外差振荡器的某个已知谐波与
被测fx混频，使其差频进入计数器可测范
围。
1.手动外差变频法
fs
由VCO输出一系列锁定到 f s
的谐波频率信号 Nfs ,其幅 度较强而均匀. 采用YIG调谐的固体VCO,减少插 件数
2. 自动外差变频
外差变频式微波频率计具有很高的测量精度， 因其测量结果中的 Nfs 部分具有与时基同样的准 确度； fd 部分具有直接计数频率计的精度。
直接计数式频率计最高量程：500－1500MHz 一.直接计数式 （1）直接测频
(2) 多周期测量及倒数测频
10nTx 2 109 A(秒)
Tx
2 109 10n
A(秒)
约为1 秒
(3)对信号波形的要求
直接计数式频率计的输入被测 f x 信号不限于 连续正弦波，也可以是非正弦波或脉冲波,甚至可 以是已经调幅或调频的载波频率。
对输入信号幅度的灵敏度高，一般要比外差式高20dB左右， 可达-35dBm或更好；同时对信噪比要求低，20dB即可工作。
缺点是每使±1个计数所表现的测量精度降低了N倍，或 者是使测量时间拉长了N倍。
五.谐波外差式
综合了普通外差变频式和转换振荡器式二者的优点，构造比较简单，因此价格低
§3.4 微波谐振式波长计
谐振腔品质因素：
f0:中心频率
3dB带宽：
Q f0 f3dB
f3dB
在工程上往往只需要对 Q0 的大小有个粗略估计， 这时有
1V
Q0 s
：趋肤深度，V：腔体体积，S：腔内壁面积。在厘米
波段谐振腔的 Q0 值可达 104 数量级。
一、同轴TEM型λ/2谐振腔
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。
l n 0 ,(n 1, 2, 3...)
2
内外导体长 度相等
为了保证工作在TEM模，工作上限频率必须满足
条件：
f
m
ax
2c (d
D)
（其中：d、D分别为内导体直径和外导体内径） 为保证单值性，下限频率需满足关系：
fmax 2 f m in
同轴TEM型λ/2波长计工作波长为： 3cm—10cm
第三部分 信号频率和频谱测量
这个定义已被全世界所接受,并于1972年 1月1日零时起,将时间单位”秒”由过去的” 天文秒”改为”原子秒”.
§3.1 频率测量方法
频率是周期信号的最主要的参量之一，是微波测量中最 常需要测量的而且是能够测得准确的一种参量
设法将被测频率直接或间接地与标准频率进行比较
测量方法：有源法(用标准频率与被测频率直接比较)、无源 法（谐振式波长计，以谐振的出现作为频率相等 的指示）
有源法：外差法、计数法 外差法：零差法、恒差法、测差法
外差法测频率
fd fx fs
fd=|fx-fs|
测差法： f x fs fd
基波零拍法： fx fs 0, fx fs
谐波零拍法：
n mfx nfs 0, fx m fs
§3.2 微波外差式频率计
§3.3 微波计数式频率计
n＝１００）
采样分频锁相环
（3）自动分频方案案例
将第一个压控振荡器 VCO1 的频率 f1 锁定到
次分谐频上,即 在经过一定的过程实现
f1
fx n
f x 的某一 n
f1
f2
f1 m
即
f2
（1-
1 m
）f1
f0 f x nf2
f0
fx
n(1-
1 m
) f1
fx
n(1-
1 m
)
fx n
fx m
f
调节振荡器频率 f ,等到它的某次谐波 Nf 与 f x 混频后的差频能够
通过差频放大器而指示,便可仔细调 f 直到示波器上显示的差频信号频
率 fd 0 ,于是 fx Nf 0 ,即 f x Nf
.N f2 f1 f2
2. 自动
灵敏度高、信噪比要求低，但测量时间长。并改手动的零 拍法为恒差法。
二.同轴TEM型λ/4谐振式波长计