微波与天线测量1课件

1、参考资料：参考资料： 1、微波测量微波测量 汤世贤，国防工业出版社（修订版）汤世贤，国防工业出版社（修订版） 2、近代微波测试技术近代微波测试技术，董树义，电子工业出版社，董树义，电子工业出版社 3、微波射频测量技术基础微波射频测量技术基础，李秀萍，机械工业出版社，李秀萍，机械工业出版社 4、现代网络频谱测量技术现代网络频谱测量技术，吕洪国，清华大学出版社，吕洪国，清华大学出版社 5、现代测试技术现代测试技术，陈光禹，电子科技大学出版社，陈光禹，电子科技大学出版社 6、现代微波与天线测量技术现代微波与天线测量技术 ，戴晴，戴晴 ，电子工业出版社，电子工业出版社 7、 互联网上搜索并获取的各种资

2、料互联网上搜索并获取的各种资料 科学的发展和技术的进步是建立在人们认识客观世界科学的发展和技术的进步是建立在人们认识客观世界能力提高的基础上，测量是人类认识客观世界最基本能力提高的基础上，测量是人类认识客观世界最基本的方法。的方法。 人们通过测量建立对客观事物属性量度的认识，并通人们通过测量建立对客观事物属性量度的认识，并通过测量结果进行归纳和演绎，从中得到客观事物的变过测量结果进行归纳和演绎，从中得到客观事物的变化规律，由此提出科学理论。因此，没有测量，就没化规律，由此提出科学理论。因此，没有测量，就没有科学。有科学。 从广义上讲，测量本身是一种实验方法，它通过实验从广义上讲，测量本身是一种

3、实验方法，它通过实验来获取客观世界的定量信息。在这个过程中，人们借来获取客观世界的定量信息。在这个过程中，人们借助于专门的仪器设备，把被测量直接或间接地与同类助于专门的仪器设备，把被测量直接或间接地与同类已知量进行比较，把已知量作为计量单位，取得用数已知量进行比较，把已知量作为计量单位，取得用数值和单位共同表示的测量结果。值和单位共同表示的测量结果。测量的意义测量的意义 测量技术是一项涉及多学科领域的综合性技术测量技术是一项涉及多学科领域的综合性技术 测量原理测量原理 测量所依据的物理原理。测量原理选择主要取决于被测量所依据的物理原理。测量原理选择主要取决于被测量的物理化学性质、测量范围、性能

4、要求和环境条测量的物理化学性质、测量范围、性能要求和环境条件等因素件等因素 测量方法测量方法 依据测量原理完成测量的具体方式。按测量结果产生依据测量原理完成测量的具体方式。按测量结果产生的方式分为直接测量和间接测量，以及组合测量三大的方式分为直接测量和间接测量，以及组合测量三大类类 测量系统测量系统 完成具体测量任务的各种仪器仪表所构成的实际系统。完成具体测量任务的各种仪器仪表所构成的实际系统。按传输方式一般分模拟式和数字式两种按传输方式一般分模拟式和数字式两种 数据处理数据处理 测量数据的精度和可信度同时还与数据处理密切相关测量数据的精度和可信度同时还与数据处理密切相关测量技术测量技术近现代

5、微波测量技术近现代微波测量技术 近代微波测量的重点内容形成：以传统微波测近代微波测量的重点内容形成：以传统微波测量技术的重点内容为基础，赋以近代测量方法形成。量技术的重点内容为基础，赋以近代测量方法形成。 近代微波测量技术与仪器是电子测量技术与仪器近代微波测量技术与仪器是电子测量技术与仪器向无线电频谱高端发展的结果。向无线电频谱高端发展的结果。 微波测量是微波理论和技术紧密结合的、适用于微波测量是微波理论和技术紧密结合的、适用于工程应用的一门学科，是微波理论和技术必不可少的工程应用的一门学科，是微波理论和技术必不可少的组成部分。组成部分。微波测量的任务微波测量的任务(1)利用已有的微波技术装备

6、（通常是使用当前的先进技术去专利用已有的微波技术装备（通常是使用当前的先进技术去专门制造），组成合乎要求的测量装置、测试系统和仪器；门制造），组成合乎要求的测量装置、测试系统和仪器；(2)测量仪器和测量方法的研究：利用当前已有的微波理论和测量仪器和测量方法的研究：利用当前已有的微波理论和技术，研究符合实际的测量方法，包括研究新的测量仪器技术，研究符合实际的测量方法，包括研究新的测量仪器和先进的测量方法），从而推动微波理论和技术的发展；和先进的测量方法），从而推动微波理论和技术的发展；(3)保证测量结果的可信度。消除误差，提高精度，从而保证保证测量结果的可信度。消除误差，提高精度，从而保证在科研

7、和生产中测量结果的可信赖度；在科研和生产中测量结果的可信赖度；(4)微波计量工作。要保证微波量值的统一性和法制性。也就微波计量工作。要保证微波量值的统一性和法制性。也就是要使用当前最先进的理论与技术，由国家计量机关制作各项是要使用当前最先进的理论与技术，由国家计量机关制作各项微波量值基准（包括测量方法的国家标准）和各级传递标准，微波量值基准（包括测量方法的国家标准）和各级传递标准，从而保证微波测量值的统一。从而保证微波测量值的统一。 微波无处不在微波无处不在微波微波波长很短的电磁波波长很短的电磁波 频率频率f： 300MHz 300GHz波长：波长： 1m 1mm毫米波高端毫米波高端: 亚毫米

8、波段亚毫米波段 10.1mm远红外远红外: 0.3mm0.01mm微波、毫米波微波、毫米波长长波波 音音频频 视视频频 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 10000km 1000km 100km 10km 1km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm 0.1mm 10um 1um0. 1um0. 01um10 1 0.1 0.01 0.001 射射频频超超长长波波中中波波短短波波超超短短波波米米波波分分米米波波厘厘米米波波毫毫米米波波射射线线 X X射射线线紫紫外外

9、线线红红外外线线亚亚毫毫米米波波远远红红外外近近红红外外5.6um1.5um可可见见光光0.760.4um微微波波电电磁磁波波频频谱谱表表中中红红外外无无线线电电波波毫米波频率：毫米波频率：3030300GHz300GHz毫米波波长：毫米波波长：10101mm1mm无线通信的电磁波传输无线通信的电磁波传输一、极长波（极低频一、极长波（极低频ELFELF）传播）传播 极长波是指波长为极长波是指波长为1 11010万公里（频率为万公里（频率为3 330Hz30Hz）的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。沿陆地表面和海水中传

10、播的衰耗极小。二、超长波（超低频二、超长波（超低频SLFSLF）传播）传播 超长波是指波长超长波是指波长1 1千公里至千公里至1 1万公里（频率为万公里（频率为3030300Hz300Hz）的电磁波。这一波段的电磁波传播）的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz75Hz时时衰耗系数为衰耗系数为0.3dB/m0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可）对海水穿透能力很强，可深达深达100m100m以上。以上。无线通信的电磁波传输（续）无线通信的电磁波传输（续）三、甚长波（甚低频三、甚长波（甚低频VLFVLF）传播）传播 甚长波是指波长

11、甚长波是指波长1010公里公里100100公里（频率为公里（频率为3 330kHz30kHz）的电磁波。无线通信中使用的甚长波）的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频率为的频率为101030kHz30kHz，该波段的电磁波可在大地，该波段的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球。离可达数千公里乃至覆盖全球。四、四、长波（低频长波（低频LFLF）传播）传播 长波是指波长长波是指波长1 1公里公里1010公里（频率为公里（频率为30300kHz30300kHz）的电磁波。其可沿地表面传播（地波）和靠电的电磁波。其可沿地

12、表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。离层反射传播（天波）。无线通信的电磁波传输（续）无线通信的电磁波传输（续）五、中波（中频五、中波（中频MFMF）传播）传播 中 波 是 指 波 长中 波 是 指 波 长 1 0 01 0 0 米米 1 0 0 01 0 0 0 米 （ 频 率 为米 （ 频 率 为3003003000kHz3000kHz）的电磁波。中波可沿地表面传播）的电磁波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关

13、。中波的天波传播与昼夜变化有关。无线通信的电磁波传输（续）无线通信的电磁波传输（续）六、六、短波（高频短波（高频HFHF）传播）传播 短波是指波长为短波是指波长为1010米米100100米（频率为米（频率为330MHz330MHz）的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）。离层反射传播（天波）。七、超短波（甚高频七、超短波（甚高频VHFVHF）传播）传播 超短波是指波长为超短波是指波长为1 1米米1010米（频率为米（频率为30300MHz30300MHz

14、）的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的主要以直射方式（即所谓的“视距视距”方式）传方式）传播。播。无线通信的电磁波传输（续）无线通信的电磁波传输（续）八、微波传播八、微波传播 微波是指波长小于微波是指波长小于1 1米（频率高于米（频率高于300MHz300MHz）的电）的电磁波。目前又按其波长的不同，分为分米波磁波。目前又按其波长的不同，分为分米波（特高频（特高频UHFUHF）、厘米波（超高频）、厘米波（超高频SHFSHF）、毫米）、毫米波（极高频波（极高频EHFEHF）和亚毫米波（至高频）和亚毫米波（至高频THFTHF）。）

15、。 微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实现微波的超视距传播。可实现微波的超视距传播。微波毫米波的应用微波毫米波的应用 短波 L S C X Ku K Ka U V W 1 2 4 8 12 18 26 40 50 60 75 110

16、 170 300 1000米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 音频通信短波超短波通信、超视距雷达、广播电视预警雷达、导航、移动通信雷达、微波通信、卫星通信机载火控雷达雷达、卫星电视、微波通信遥感雷达、侦察、通信精确制导目标RCS星间通信、遥感、弹道轨迹、汽车防撞电子侦察目标RCS弹道轨迹无源成像射电天文雷达、侦察、通信精确制导目标RCS毫米波信号传输的几个低损耗窗口：毫米波信号传输的几个低损耗窗口：35GHz35GHz（8mm8mm）、）、94GHz(3mm)94GHz(3mm)、140GHz(2mm)140GHz(2mm)、220GHz(1mm220GHz(1mm） 大气和降雨对毫米波传播的影响

17、显著大气和降雨对毫米波传播的影响显著“大气窗口大气窗口”：35、94、140和和220GHz四个频段上衰减较小四个频段上衰减较小大气吸收频带：大气吸收频带：60，120，183GHz频段上衰减最大频段上衰减最大13000ft海拔高度海平面高度 极宽的频带极宽的频带通常选用大气吸收以外的通常选用大气吸收以外的“窗口窗口” 波长波长(mm)： 8.6 3.2 2.1 1.4 频率频率(GHz)： 35 94 140 220 带宽带宽(GHz)： 16 23 26 70可见，毫米波频谱资源十分丰富，可用于可见，毫米波频谱资源十分丰富，可用于“信息信息高速公路高速公路”。丰富的频带资源提供了抗干扰、抗

18、。丰富的频带资源提供了抗干扰、抗截获的另一有效途径截获的另一有效途径宽带扩频技术宽带扩频技术微波测量的内容微波测量的内容 电能量的测量电能量的测量 电压、电流、电功率、 元件和电路参数的测量元件和电路参数的测量 电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、电子器件参数、 电信号特性的测量电信号特性的测量 信号波形、失真度、频率、相位、调制度、 电子线路性能的测量电子线路性能的测量 放大倍数、衰减量、灵敏度、噪声系数、 特性曲线测量特性曲线测量 幅频特性、相频特性、微波测量方法的分类（一）微波测量方法的分类（一）按测量性质分类按测量性质分类 时域测量时域测量 被测量与时间的函数关系被测量与时间的函数关系

19、（电压、电流：波形电压、电流：波形） 频域测量频域测量 被测量与频率的函数关系被测量与频率的函数关系 （增益、相移、频谱、增益、相移、频谱、） 数据域测量数据域测量 数字逻辑量数字逻辑量 随机量测量随机量测量 噪声干扰测量噪声干扰测量微波测量方法的分类（二）微波测量方法的分类（二）测量技术的内涵测量技术的内涵一个简单的例子一个简单的例子 二端口网络是最常见的信号传输系统，包括放大二端口网络是最常见的信号传输系统，包括放大器、滤波器、匹配电路甚至混频器等。描述一个器、滤波器、匹配电路甚至混频器等。描述一个二端口线性网络需要确定其输入输出阻抗、正向二端口线性网络需要确定其输入输出阻抗、正向和反向传

20、输函数这和反向传输函数这4 4 个参数。根据不同的需要，个参数。根据不同的需要，人们定义了几套等价的参数来描述二端口网络人们定义了几套等价的参数来描述二端口网络高频网络参数测量遇到的问题 以上这些二端口参数均可在某个端口开路或短路的以上这些二端口参数均可在某个端口开路或短路的条件下通过测量端口电压电流的方法获得，但是当条件下通过测量端口电压电流的方法获得，但是当信号频率很高时，这种测量方法变得很不实际信号频率很高时，这种测量方法变得很不实际 由于寄生元件的存在，理想的开路和短路很难实现由于寄生元件的存在，理想的开路和短路很难实现 即使可以做到接近理想的开路和短路，电路也很有即使可以做到接近理想

21、的开路和短路，电路也很有可能因此而不稳定可能因此而不稳定 由于信号以波的形式传播，在不同测量点上幅度和由于信号以波的形式传播，在不同测量点上幅度和相位都可能不同，这也使得基于电压和电流的测量相位都可能不同，这也使得基于电压和电流的测量方法难以应用方法难以应用 由于这些问题，人们提出了散射参数由于这些问题，人们提出了散射参数(Scattering (Scattering Parameters) Parameters) 的概念的概念S-S-参数参数( ( 散射参数散射参数) )将传输线的入射将传输线的入射( ( 电压电压) ) 波和反射波对特征阻波和反射波对特征阻抗抗Z Z0 0 的平方根归一化，

22、定义如下归一化的入射的平方根归一化，定义如下归一化的入射和反射波和反射波a a 和和b b ：显然，显然，a a 和和b b 的平方即为入射和反射波的功率。的平方即为入射和反射波的功率。电压反射系数可表示为：电压反射系数可表示为： 对于一个互易的双口网络，其对于一个互易的双口网络，其S S参数如图所示。在参数如图所示。在输入端输入端 a1a1是入射波，是入射波，b1b1是反射波。在输出端，是反射波。在输出端，b2b2是入射波，是入射波，a2 a2 是反射波。是反射波。 S- S- 参数定义为：参数定义为：22211bSa端匹配11122bSa端匹配12222bSa端匹配a1b1a2b2T2T2

23、S11S12S21S22图一双口网络的参数21111bSa端匹配一个基本微波测试系统一个基本微波测试系统6-1矩形波导测量线矩形波导测量线6-3三点法测量二端口微波网络的散射参数 设设 为为1 1端的反射系数，端的反射系数， 为为2 2端的反射系数端的反射系数 1211,1ba 222ab 对于互易网络对于互易网络 S 12 = S 21 由此得到由此得到 2211112122 2SSS 式中有三个未知量式中有三个未知量S11S11、S22 S22 和和S12S12。如果能分别。如果能分别测出网络输出端短路、开路和匹配时，网络输入测出网络输出端短路、开路和匹配时，网络输入端的反射系数，就可得到

24、三个方程：端的反射系数，就可得到三个方程： 2 2端开路时端开路时 21 ，1 1端的反射系数端的反射系数 2121011122SSS2 2端短路时端短路时 21 ，1 1端的反射系数端的反射系数 212111122SSSS2 2端匹配时端匹配时 20 ，1 1端的反射系数端的反射系数 111LS驻波比与反射系数驻波比与反射系数驻波比驻波比= =电压或电流波的最大值电压或电流波的最大值电压或电流波的最大值电压或电流波的最大值反射系数反射系数= =11确定开路负载的方法确定开路负载的方法LT1LT2LT图二确定开路负载的方法短路片可调短路器短路活塞微波综合测试系统（微波综合测试系统（1）微波综合

25、测试系统（微波综合测试系统（2）具有高灵敏度、宽频带、大具有高灵敏度、宽频带、大动态范围和超宽分析带宽的检动态范围和超宽分析带宽的检测功能。测功能。具有对信息设备的电磁泄漏具有对信息设备的电磁泄漏信息检测分析能力信息检测分析能力具有对计算机机电系统信息具有对计算机机电系统信息设备电磁泄漏的视频信息进行设备电磁泄漏的视频信息进行还原功能。还原功能。可以解调可以解调AM/FM信号。信号。 应用于电磁频谱普查、查找干应用于电磁频谱普查、查找干扰信号方位、无线台站选址及维护扰信号方位、无线台站选址及维护等工程中。系统对环境中不同频段等工程中。系统对环境中不同频段的电磁频谱分布测量进行信号方位的电磁频谱

26、分布测量进行信号方位测试，系统可车载和固定安装。测试，系统可车载和固定安装。信号测向功能信号测向功能频谱检测功能频谱检测功能电磁环境和热电噪声测试功能电磁环境和热电噪声测试功能干扰信号判断能力干扰信号判断能力数据库功能数据库功能测量报表功能测量报表功能电磁环境综合测试系统现场电磁频谱检测系统针对信息化时代的通信、武器装备的具体特点，利用仪器设针对信息化时代的通信、武器装备的具体特点，利用仪器设备，结合的计算机技术、网络通信技术、测试技术组成高度机动备，结合的计算机技术、网络通信技术、测试技术组成高度机动性的智能化电子情报收集系统。该系统能以地面、舰载或机载方性的智能化电子情报收集系统。该系统能

27、以地面、舰载或机载方式部署，可单独使用，也可作为信号情报系统的一部分随时部署式部署，可单独使用，也可作为信号情报系统的一部分随时部署到不同的电磁环境中执行各种任务，可满足陆海空三军对阵地、到不同的电磁环境中执行各种任务，可满足陆海空三军对阵地、舰艇、机场等目标区域以及无线电管理对城市区域实施电磁特征舰艇、机场等目标区域以及无线电管理对城市区域实施电磁特征检测的需要，也可为武器装备电磁特征的检测提供重要手段。检测的需要，也可为武器装备电磁特征的检测提供重要手段。射频常用计算单位简介射频常用计算单位简介 绝对功率的绝对功率的dBdB表示表示 射频信号的绝对功率常用射频信号的绝对功率常用dBmdBm

28、、dBWdBW表示，它与表示，它与mWmW、W W的的换算关系如下：例如信号功率为换算关系如下：例如信号功率为xWxW，利用，利用dBmdBm表示时其大表示时其大小为：小为：()10log(1000)p dBmx例如：例如：1W1W等于等于30dBm30dBm，等于，等于0dBW0dBW。()10log( )p dBWx 相对功率的相对功率的dBdB表示表示射频信号的相对功率常用射频信号的相对功率常用dBdB和和dBcdBc两种形式表示，两种形式表示，其区别在于：其区别在于：dBdB是任意两个功率的比值的对数表示是任意两个功率的比值的对数表示形式，而形式，而dBcdBc是某一频点输出功率和载频

29、输出功率是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式的比值的对数表示形式。 天线和天线增益天线和天线增益 天线增益一般由天线增益一般由dBidBi或或dBddBd表示。表示。dBidBi是指天线相对是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比，于无方向天线的功率能量密度之比，dBddBd是指相对是指相对于半波振子于半波振子Dipole Dipole 的功率能量密度之比，半波振的功率能量密度之比，半波振子的增益为子的增益为2.15dBi2.15dBi，因此，因此0dBd=2.15dBi0dBd=2.15dBi。其他其他 电阻：电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能阻挡电流通过的物体或物

30、质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆， 电压：电压：电位或电位差，单位：伏特，电位或电位差，单位：伏特，V V 电流：电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，数，单位：安培，A A 电感：电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，利，H H 电容：电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率电荷率，单位：法拉，单位：法拉，F

31、 F 信号的峰值功率、平均功率和峰均比信号的峰值功率、平均功率和峰均比PARPAR解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态图形所示。峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为功率。通常概率取为0.01%0.01%。System View00500.e-3500.e-3111.51.522-40-2002040AmplitudeTime in SecondsSink 1 信号的峰值功率、平均功率和峰均比信号的峰值功率、平均功率和峰均比PARPAR峰值功率峰值功率即是指以某

32、种概率出现的肩峰的瞬态即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为功率。通常概率取为0.01%0.01%。 平均功率平均功率是系统输出的实际功率。是系统输出的实际功率。 在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的在某个概率下的峰均比峰均比，如，如PAR=9.1PAR=9.10.1%0.1%。各。各种概率下的峰均比就形成了种概率下的峰均比就形成了CCDFCCDF曲线（互补累曲线（互补累积分布函数）。积分布函数）。在概率为在概率为0.01%0.01%处的处的PARPAR，一般称为，一般称为CRESTCREST因子。因子。噪声相关概念噪声相关

33、概念 噪声定义噪声定义噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号预测的干扰信号（各类点频干扰不是算（各类点频干扰不是算噪声）。常见的噪声有来自外部的天噪声）。常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物，等等。物，等等。 相位噪声相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。理想的单音

34、信号，标，在时域表现为信号过零点的抖动。理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下面所示。一般的本振信号可以认为是随机过程对单如下面所示。一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声。相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心噪声。相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少频率多少HzHz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。 噪声系数噪声系数噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处

35、理能噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除以输出信力，通常这样定义：单元输入信噪比除以输出信噪比，如下图：噪比，如下图：NFSiNiSoNo对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：NFPnoG PniPnoPno表示输出噪声功率，表示输出噪声功率，PniPni表示输入表示输入噪声功率，噪声功率，G G为单元增益。为单元增益。 级联网络的噪声系数公式：级联网络的噪声系数公式：G1、NF1G2、NF2Gn、NFnNF总NF1NF21G

36、1.NFn1G1G2.Gn1线性相关概念 信号在通过射频通道（这里所谓的射频通信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。产生线可以分为线性失真和非线性失真。产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。另外射频通道还会有一频器等有源器件。另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。些加性噪声和乘性噪声的引入

37、。 线性失真线性失真线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：幅频特性幅频特性相频特性相频特性 非线性失真非线性失真非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：度失真和非线性相位失真，图形表示如下：90c1n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.8201234567893935c2n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.823536373839 非线

38、性幅度失真非线性幅度失真非线性幅度失真常用非线性幅度失真常用1dB1dB压缩点、三阶交调、压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三个指标。个指标。 1dB1dB压缩点压缩点例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加输入可以保证线关系，输入电平增加1dB1dB，输出相应增，输出相应增加加1dB1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加入电平增加1dB1dB，输出将增加不到，输出将增加不到1dB1dB，增益

39、开始压缩，增益开始压缩，增益压缩增益压缩1dB1dB时的输入信号电平称为输入时的输入信号电平称为输入1dB1dB压缩点，压缩点，这时输出信号电平称为输出这时输出信号电平称为输出1dB1dB压缩点。如下图：压缩点。如下图： 三阶交调三阶交调三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。用两个相隔f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：三阶交调常用三阶交调常用dBcdBc表表示，即交调产物与主示，即交调产物与主输出信号的比。输出信号的比。M3 =10lg P3/P1 （dBc） 三阶截止点三阶截止点任一微波单元电

40、路，输入双音信号同时增加任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB1dB，输出三阶交，输出三阶交调产物将增加调产物将增加3dB3dB，而主输出信号仅增加，而主输出信号仅增加1dB1dB（不考虑压缩），（不考虑压缩），这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。注意：三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为截止点。注意：三阶

41、截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力。在这时早已超过微波单元电路的承受能力。传输线相关概念传输线相关概念 特征阻抗特征阻抗解释：特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于解释：特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于模式电压与模式电流之比。无耗传输线的特征阻抗模式电压与模式电流之比。无耗传输线的特征阻抗为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数。在做射频为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数。在做射频PCBPCB板设计时，一定要考虑匹配问题，考虑信号线板设计时，一定要考虑匹配问题，考虑信号线的特征阻抗是否等于所连接前后级部件的阻抗。当的特征阻抗是否等于所连接前后级部件的阻抗。当

42、不相等时则会产生反射，造成失真和功率损失。反不相等时则会产生反射，造成失真和功率损失。反射系数射系数( (此处指电压反射系数此处指电压反射系数) )可以由下式计算得出：可以由下式计算得出：ZlZoZlZo传输线相关概念传输线相关概念在目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性在目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性阻抗，一种是阻抗，一种是5050欧姆系统，如军用的微波、毫米欧姆系统，如军用的微波、毫米波通讯系统，雷达，我们目前开发的蜂窝通讯系波通讯系统，雷达，我们目前开发的蜂窝通讯系统统GSMGSM、WCDMAWCDMA等；另一种是等；另一种是7575欧姆系统，这种系欧姆系统，这种系统相对比较

43、少，如我们目前使用的有线电视系统。统相对比较少，如我们目前使用的有线电视系统。传输线相关概念传输线相关概念 驻波比驻波比解释：驻波比是衡量负载匹配程度的一个指标，解释：驻波比是衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上等于：它在数值上等于：VSWR11由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0 01 1，而驻波系数的取值范围是而驻波系数的取值范围是1 1正无穷大。射频很多接口的驻正无穷大。射频很多接口的驻波系数指标规定小于波系数指标规定小于2.02.0。驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负载和传驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负

44、载和传输线的匹配效果比较差。所以在一个系统中，如果驻波比输线的匹配效果比较差。所以在一个系统中，如果驻波比很差，可能会使信号传输效果变差，通道增益下降。一个很差，可能会使信号传输效果变差，通道增益下降。一个比较典型的例子就是灵敏度问题。比较典型的例子就是灵敏度问题。传输线相关概念传输线相关概念 回波损耗回波损耗回波损耗也是射频上用得比较多得一个名词，它和前回波损耗也是射频上用得比较多得一个名词，它和前面得反射系数、驻波比都是用来反映端口的匹配状况面得反射系数、驻波比都是用来反映端口的匹配状况的。回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率的。回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比。回波损

45、耗与反射系数的关系为：之比。回波损耗与反射系数的关系为： 回波损耗回波损耗20log20log（ ）由公式可以计算：回波损耗为由公式可以计算：回波损耗为26dB26dB时，对应的反射系时，对应的反射系数为数为0.050.05，驻波比为，驻波比为1.11.1。由此也可以估计一下，驻。由此也可以估计一下，驻波比为波比为2 2时的回波损耗是多少（时的回波损耗是多少（9.5dB9.5dB），也就可以理），也就可以理解对于功放后级的驻波要求为何严格。解对于功放后级的驻波要求为何严格。其它其它 插损：插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用的衰减，单位用

46、dBdB表示。表示。 耦合度：耦合度：耦合端口与输入端口的功率比，单位耦合端口与输入端口的功率比，单位dBdB 隔离度：隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位有功率之比，单位dBdB 选择性：选择性：衡量工作衡量工作频带频带内的增益及带外辐射的抑内的增益及带外辐射的抑制能力。制能力。-3dB-3dB带宽即增益下降带宽即增益下降3dB3dB时的带宽，时的带宽，- -40dB40dB、-60dB-60dB同理。同理。 天线增益（天线增益（dB）：）：指天线将发射功率往某一指定方向指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射

47、方向上的场强集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E E与理想各向同性天线均匀辐射场场强与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0E0相比，以相比，以功率功率密度密度增加的倍数定义为增益。增加的倍数定义为增益。GaGa=E2/ E02=E2/ E02 天线天线方向图方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度主瓣宽度即从最大值下降即从最大值下降一半时两点所张的夹角。一半时两点所张的夹角。 E E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图； H H面方向图指与磁场平

48、行的平面内辐射方向图。面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。 一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。 天线前后比：天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，指最大正向增益与最大反向增益之比，用用dBdB表示。表示。 单工：单工：亦称单频单工制，即收发使用同一频率，亦称单频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。同时进行，称为单工。 双工：双工：亦称异频双工制，即收发使用两个不同频亦称异频双工制，即收发使用两个不同频率，任何一方在发话的同

49、时都能收到对方的讲话。率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于单工、双工都属于移动通信移动通信的工作方式。的工作方式。 放大器放大器：（：（amplifier）用以实现信号放大的电路。用以实现信号放大的电路。 滤波器滤波器：(filter) 通过有用频率信号抑制无用频率通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备。信号的部件或设备。 衰减器：衰减器：(attenuator)(attenuator) 在相当宽的频段范围内一在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的的常数常数的、由电阻元件组成的的、由电阻元件组成

50、的网络网络，其主要用途，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。 耦合器：耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为度大小分为5.10.15.205.10.15.20. dB. dB不同规格；从不同规格；从基站基站提取信号提取信号可用大功率耦合器（可用大功率耦合器（300W300W），其耦合度可从），其耦合度可从3065dB3065dB中选中选用；耦合器的接头多采用用；耦合器的接头多采用N N头。头。 负负 载：载：终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口，终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口

51、，接收电功率的元接收电功率的元/ /器件、部件或装置统称为负载。对负载器件、部件或装置统称为负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。 环形器：环形器：使信号单方向传输的器件。使信号单方向传输的器件。 转接头：转接头：把不同类型的传输线连接在一起的装置。把不同类型的传输线连接在一起的装置。 馈馈 线：线：是传输高频电流的传输线是传输高频电流的传输线 天天 线：线：(antenna)(antenna)是将高频电流或是将高频电流或波导波导形式的能量变换形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁成电磁波并向规定方向发射出去或把来

52、自一定方向的电磁波还原为高频电流。波还原为高频电流。 测量信号特性：测量信号特性：测量线系统、自动测量线系统、自动网络分析仪、六端口网络分析仪、六端口测量系统、阻抗桥测量系统、阻抗桥 时域测量、时域测量、频域测量频域测量标量参数测量标量参数测量矢量参数测量矢量参数测量反射、传输反射、传输参数测量参数测量元件参数测量元件参数测量网络测量网络测量测量网络特性：测量网络特性：信号发生器信号分析仪网络分析仪微波毫米波测试仪器频谱分析仪功率放大器相位噪声测试仪取样示波器功率计测试接收机信号模拟发生器综合测试仪矢量网络分析仪标量网络分析仪阻抗调配器噪声系数测试仪数字存储示波器合成信号发生器信号模拟发生器微

53、波测试仪器的分类70美国安捷伦（原hp公司）日本安立德国罗德&施瓦茨国内41所微波毫米波测试仪器市场主要被安捷伦、微波毫米波测试仪器市场主要被安捷伦、R&S和安立和安立三家公司所垄断，我国微波毫米波测试仪器以中电三家公司所垄断，我国微波毫米波测试仪器以中电4141所为主所为主, ,已经形成了已经形成了 “ “探索一代、预研一代、研探索一代、预研一代、研制一代和生产一代制一代和生产一代” 的科研生产体系的科研生产体系, ,并具备批量并具备批量生产能力。生产能力。微波毫米波仪器主要供应商微波毫米波仪器主要供应商仪器门类仪器门类安捷伦公司安捷伦公司R&SR&S公司公司

54、 安立公司安立公司中电中电4141所所网络分析仪网络分析仪5 5个系列个系列3 3个系列个系列3 3个系列个系列3 3个系列个系列信号发生器信号发生器7 7种系列种系列6 6个系列个系列2 2个系列个系列3 3个系列个系列信号分析仪信号分析仪8 8个系列个系列7 7个系列个系列3 3个系列个系列5 5个系列个系列噪声系数测试仪噪声系数测试仪1 1个系列个系列1 1个系列个系列功率计功率计2 2个系列个系列5 5个系列个系列1 1个系列个系列3 3个系列个系列频率计频率计4 4个系列个系列1 1个系列个系列1 1个系列个系列相位噪声测试仪相位噪声测试仪1 1个系列个系列1 1个系列个系列综合测试

55、仪综合测试仪1 1个系列个系列微波毫米波仪器主要系列微波毫米波仪器主要系列仪器门类仪器门类安捷伦公司安捷伦公司 R&S公司公司安立公司安立公司 中电中电4141所所网络分析仪网络分析仪67GHz/110GHz40GHz65GHz/110GHz60GHz/170GHz信号发生器信号发生器67GHz/325GHz60GHz65GHz/325GHz60GHz/170GHz信号分析仪信号分析仪50GHz/325GHz50GHz/110GHz40GHz50GHz/170GHz噪声系数测试仪噪声系数测试仪25.5GHz/110GHz40GHz/110GHz功率计功率计50GHz/110GHz40G

56、Hz50GHz40GHz/170GHz频率计频率计46GHz40GHz40GHz相位噪声测试仪相位噪声测试仪7GHz50GHz综合测试仪综合测试仪20GHz微波毫米波仪器技术水平对比微波毫米波仪器技术水平对比微波毫米波测试用传输线和射频连微波毫米波测试用传输线和射频连接接(Radio frequency joint)(Radio frequency joint)微波毫米波测试用连接器已标准化、国际化微波毫米波测试用连接器已标准化、国际化同轴测试仪器波导测试仪器同轴连接器频率范围波导频率范围N型DC-18GHzWR-4218-26.5GHz7mmDC-18GHzWR-2826.5-40GHzSM

57、A(3.5mm)DC-26.5GHzWR-2233-50GHzK(2.95mm)DC-40GHzWR-1940-60GHz2.4mmDC-50GHzWR-1550-75GHzV(1.85mm)DC-60GHzWR-1075-110GHz1.0mmDC-110GHzWR- 6110-170GHz各种同轴连接器各种同轴连接器波导和波导法兰波导和波导法兰R&S R&S 信号源信号源SMU200ASMU200AR&S R&S 功率计功率计NRPNRP噪声系数测试仪噪声系数测试仪 噪声系数测试仪是进行噪声系数测试的专用噪声系数测试仪是进行噪声系数测试的专用仪器。仪器。 R

58、&S R&S 频谱仪频谱仪FSP/FSUFSP/FSUR&S R&S 信号分析仪信号分析仪FSQFSQR&S R&S 矢量网络分析仪矢量网络分析仪ZVBZVB矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插矢量网络分析仪主要用来测试如频响、增益、插损、带外抑制、损、带外抑制、VSWRVSWR、S S参数（包括幅值和相位）、参数（包括幅值和相位）、阻抗、插入相移、群延时等指标阻抗、插入相移、群延时等指标 微波测量四大基本要求微波测量四大基本要求 接地，防静电，防过载，规范连接方式接地，防静电，防过载，规范连接方式 如果是网络分析仪，还要特别重视校准键如果

59、是网络分析仪，还要特别重视校准键 接地：接地： 接地的概念经常有人会与共地搞混，其实很容易分辨，接地的目接地的概念经常有人会与共地搞混，其实很容易分辨，接地的目的是保护人，而共地指的是仪器间共地，不让它们之间有电压差，目的是保护人，而共地指的是仪器间共地，不让它们之间有电压差，目的是保护仪器的是保护仪器 防静电：防静电：(对于频率低的，通用的仪表不需要考虑这个问题对于频率低的，通用的仪表不需要考虑这个问题) 静电，在时域里是一个尖脉冲，频域里就是白噪声，静电的电压静电，在时域里是一个尖脉冲，频域里就是白噪声，静电的电压是很大的，一般都以千伏为单位，是很大的，一般都以千伏为单位， 人对静电没感觉

60、是一般是人对静电没感觉是一般是1KV1KV左右，有感觉就是左右，有感觉就是3KV3KV左右，有刺左右，有刺痛感差不多有痛感差不多有5KV5KV了，如果有火花出现那就是上万伏了了，如果有火花出现那就是上万伏了 一般电子行业都会有一系列的防静电措施，譬如防静电服，防静一般电子行业都会有一系列的防静电措施，譬如防静电服，防静电手腕电手腕. 大跨度的宽频带测试功能和高频率稳定度；大跨度的宽频带测试功能和高频率稳定度； 为提高测量精确度和速度，要求测量仪器智能化，测量系为提高测量精确度和速度，要求测量仪器智能化，测量系统自动化；统自动化； 研究信号源，特别是相位噪声的测量方法和理论；研究信号源，特别是相位噪声的测量方法和理论； 微波电子设备小型化的要求激励了微波集成电路的发展，微波电子设备小型化的要求激励了微波集成电