RZ 9905微波与天线实验

实验二锁相信号源,一、实验内容：观察微波锁相信号源频谱；测量微波锁相信号源频率；测量微波锁相信号源输出信号功率；测量微波锁相信号源相位噪声。,二、实验要求：掌握微波锁相信号源工作原理；掌握微波锁相信号源的测量方法，特别是相位噪声的测量；三、实验仪器1.RZ9905-T微波通信实验箱2频谱分析仪GSP-827,三、实验报告要求1.写出微波锁相源实验目的和内容。2.简述微波锁相源工作原理，并画出实验框图。3.按实测画出微波锁相源的频谱图。4.说明实验时各种测试条件(如测量点位置、仪表开关设置等)记录各项测试数据。5.写出实验体会，并回答下列问题。1）测量微波锁相源与测量中频振荡器时，仪表的连接有何不同？2）测量微波锁相源的频率时如何改变频道？3）测量微波锁相源的频率时频率应如何读数？4）试写出16个频道N分频器对应的的取值。,四、实验电路连接微波锁相信号源测试电路连接如图所示。它与压控振荡器测试时电路连接相似，其测试方法也基本相似。,五、实验原理：微波锁相信号源的方框原理如图21所示。这是一个典型的锁相环路。,锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由比相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。,如上图所示，锁相环中的相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。,锁相环的工作原理,锁相环中的比相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路。比相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：,则模拟乘法器的输出电压uD为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC（t）。即uC（t）为：,式中的i为输入信号的瞬时振荡角频率，i（t）和O（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：对两边求微分，可得频差的关系式为,则，瞬时相位差d为,因压控振荡器的压控特性如图所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率u以0为中心，随输入信号电压uc（t）的变化而变化。该特性的表达式为上式说明当uc（t）随时间而变时，压控振荡器的振荡频率u也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持0=i的状态不变。,上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc（t）为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等，uc（t）随时间而变。,相位噪声,相位噪声一般是指在系统内各种噪声作用下引起的输出信号相位的随机起伏。通常相位噪声又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。所谓频率短期稳定度是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于由温度、老化引起的频率慢漂移，则称之为频率长期稳定度。通常主要考虑的是频率短期稳定度问题，可认为相位噪声就是频率短期稳定度。,相位噪声,一个理想的正弦波信号可表示为-V(t)=A0sin2f0t式中V(t)为信号瞬时幅度，A0为标称值幅度，f0为标称值频率。此时信号的频谱为一线谱。但是由于任何一个信号源都存在着各种不同的噪声，每种噪声分量各不相同。使实际的输出为-V(t)=A0+(t)sin2f0t+j(t),相位噪声,相位噪声,如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。,相位噪声,相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽