微波測(cè)量復(fù)習(xí)題 (1)

1、微波測(cè)量復(fù)習(xí)題1. 表征微波信號(hào)的三個(gè)重要基本參數(shù)，簡(jiǎn)要闡述微波測(cè)量與低頻電子電路測(cè)量的區(qū)別和聯(lián)系。（1）功率 、頻率 、阻抗。（2) 低頻電子電路的幾何尺寸通常遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，屬于集中參數(shù)電路。便于測(cè)量的電壓電流和頻率是基本測(cè)試量。微波元器件的幾何尺寸通常和工作波長(zhǎng)相比擬，屬于分布參數(shù)電路。功率，頻率和阻抗是基本測(cè)試量。 非TEM波傳輸線系統(tǒng)中電壓、電流的定義失去了唯一性，如單導(dǎo)體傳輸線波導(dǎo)模式電壓，模式電流。而在TEM波傳輸線系統(tǒng)工作于主模且在行波條件下，行波電壓V、電流I和傳輸功率P仍滿足與低頻電路相同關(guān)系式。 它們?cè)跍y(cè)量任務(wù)測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器方面都有所不同。2. 測(cè)量的基本要素與之間互

2、動(dòng)關(guān)系被測(cè)對(duì)象、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量技術(shù)、測(cè)量人員和測(cè)量環(huán)境 測(cè)量過程基本要素之間的互動(dòng)關(guān)系: 1制定出測(cè)試策略（測(cè)量算法）和操作步驟（測(cè)試程序） 2選擇測(cè)試儀器，組建測(cè)試系統(tǒng)。3分析測(cè)量誤差并顯示測(cè)量出結(jié)果。3. 什么是測(cè)量環(huán)境，舉例說明 測(cè)量環(huán)境是指測(cè)量過程中人員、對(duì)象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和。 比如溫度、濕度、力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場(chǎng)、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化。4. 測(cè)量誤差來源有哪些？（1） 測(cè)量對(duì)象變化誤差（對(duì)應(yīng)測(cè)量基本要素）（2）儀器誤差（3）理論誤差和方法誤差（4）人身誤差 （5）環(huán)境影響誤差5.

3、計(jì)量與測(cè)量的關(guān)系 計(jì)量的任務(wù)是確定測(cè)量結(jié)果的可靠性。 計(jì)量是測(cè)量的基礎(chǔ)和依據(jù)。 沒有計(jì)量，也談不上測(cè)量。 測(cè)量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計(jì)量。 測(cè)量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑。 沒有測(cè)量，計(jì)量將失去價(jià)值6.微波信號(hào)源的主要性能指標(biāo)與含義 微波信號(hào)源就是產(chǎn)生微波信號(hào)的裝置，又稱為微波信號(hào)發(fā)生器。 主要性能指標(biāo)：頻率特性，輸出特性，調(diào)制特性。（1） 頻率特性-頻率范圍，頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，頻率分辨率，頻率切換時(shí)間，頻譜純度。（2） 輸出特性-輸出電平，電磁兼容性，輸出電平的穩(wěn)定度、平坦度、準(zhǔn)確度（3） 調(diào)制特性-讓微波信號(hào)的某個(gè)參數(shù)值隨外加控制信號(hào)而改變*微波三極管的主要特征是利用靜電控制原理控制交變電子

4、流的大小，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生和放大的功能。這種控制是借助改變控制柵極電壓，影響陰極附近的電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的。7.給出定向耦合器耦合度、隔離度、方向性參數(shù)定義與之間關(guān)系 輸入至主線的功率P1與副線中正向傳輸?shù)墓β蔖3之比稱為定向耦合器的耦合度C=10lg(P1/P2)(dB)副線中正方向傳輸?shù)墓β蔖3與反方向傳輸?shù)墓β蔖4之比稱為定向耦合器的方向性D=10lg(P3/P4) 隔離度D表示輸入至主線的功率P1與副線反方向傳輸?shù)墓β蔖4之比D=10lg(P1/P4) 方向性隔離度耦合度 8.為什么說采集輸出端口匹配良好和方向性很高的定向耦合器作為取樣，可以大大改善信號(hào)源的匹配？請(qǐng)給出主要推導(dǎo)過程。(見微波測(cè)量

5、技術(shù)（一）, ppt132-133) 設(shè)幅度保持為常數(shù)，有端口向左看，可等效為一信號(hào)源，其輸出為，反射系數(shù)為等效源反射系數(shù)由方向性（隔離度，耦合度）而定 很小采用輸出端口匹配良好和方向性很高的定向耦合器作為取樣，可以大大改善信號(hào)源的匹配。8.深入理解定向耦合器方向性影響：一個(gè)放大器輸出功率100W，輸出阻抗50歐，送至一大功率負(fù)載，負(fù)載駐波為1.5，現(xiàn)通過方向系數(shù)分別為25dB和40dB的雙定向耦合器測(cè)試反射、入射功率，以及駐波大小，試計(jì)算方向性產(chǎn)生的誤差大?。浚ú豢紤]功率計(jì)和路徑傳輸損耗影響）(見微波測(cè)量技術(shù)（一）, ppt135, 136) 若理想定向耦合器反射功率為4W-C真實(shí)反射功率=

6、主反射功率+方向性反射功率=主反射功率+入射功率（D+C）=（4WC）+（100WDC）=（4WC）+（0.316WC）50傳輸線系統(tǒng)中（端接匹配阻抗），電壓（幅度）與功率的關(guān)系式 反射電壓最大同相疊加，最小反相疊加，9.頻率合成方式有哪幾種？簡(jiǎn)述直接頻率合成原理。頻率合成方式：直接式合成，鎖相環(huán)式合成，直接數(shù)字頻率合成（DDS），混合式合成直接式合成原理：用晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的參考頻率作為激勵(lì)源，使參考信號(hào)通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生具有豐富諧波的窄脈沖，再通過混頻、分頻、倍頻、濾波等方法，進(jìn)行頻率變換和組合來產(chǎn)生所需的大量離散頻率。 10.基本鎖相環(huán)有哪幾個(gè)部分組成和各自作用？基本鎖相環(huán)由鑒相器（PD）、

7、低通濾波器（LDF）、電壓控制振蕩器（VCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成。VCO輸出頻率反饋至鑒相器，與基準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位比較。鑒相器（PD）的輸出與和的相位差成正比，經(jīng)環(huán)路濾波器形成調(diào)諧信號(hào)，調(diào)整調(diào)諧振蕩器的頻率，使的相位趨于。由負(fù)反饋理論可知，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，VCO的輸出頻率等于?？梢?，鎖相環(huán)的輸出頻率和基準(zhǔn)頻率具有同等穩(wěn)定度。12.試給出鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)倍頻（Nf1）的原理框圖。13.秒的定義秒是銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷所對(duì)應(yīng)輻射9192631770周期所持續(xù)的時(shí)間。14.簡(jiǎn)要敘述頻率測(cè)量基本方法有源法：外差法、計(jì)數(shù)法（外差法：零差法、恒差法、測(cè)差法）無源法：諧振式波長(zhǎng)計(jì)直接法

8、（微波技術(shù)頻率計(jì)），間接法15.請(qǐng)給出直接式頻率計(jì)數(shù)器的原理框圖，并說明主要誤差來源誤差來源：（1）計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性（量化誤差）， （2）閘門啟閉時(shí)間相對(duì)誤差，晶振頻率穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度、分頻電路和閘門開關(guān)速度及其穩(wěn)定性等因素（標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差） （3）時(shí)基信號(hào)所引起的閘門時(shí)間準(zhǔn)確性（時(shí)基誤差）16.微波計(jì)數(shù)器使用注意事項(xiàng)。晶體在經(jīng)受各種物理擾動(dòng)時(shí)會(huì)改變它的振動(dòng)頻率，從而影響計(jì)數(shù)器的精度，這些不同擾動(dòng)的累積效應(yīng)即晶體的老化，校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器是對(duì)老化的補(bǔ)償。調(diào)節(jié)靈敏度，避免噪聲觸發(fā)17.波長(zhǎng)計(jì)工作原理。利用分布式參數(shù)的微波腔體諧振器對(duì)頻率的選擇作用測(cè)量頻率的一類器件。18.同軸TEM型波長(zhǎng)計(jì)的工作原理結(jié)構(gòu)：

9、一段同軸線，一端為固定短路面，另一端用短路活塞封閉，其長(zhǎng)度可以通過活塞調(diào)節(jié)，但長(zhǎng)度與波長(zhǎng)非精確對(duì)應(yīng)。為保證單值性19.說明圓柱腔式波長(zhǎng)計(jì)工作原理，并說明H011波長(zhǎng)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無極化簡(jiǎn)并模式，損耗小（隨著頻率升高而減?。?。腔體側(cè)壁和兩個(gè)端壁內(nèi)表面只有向電流，非接觸式活塞Q值高，高精度波長(zhǎng)計(jì)20.反應(yīng)式波長(zhǎng)計(jì)串并聯(lián)電路接入方式對(duì)諧振腔入口到主線分岔點(diǎn)之間電長(zhǎng)度有什么要求？串聯(lián)接入：L=/2 并聯(lián)接入:L=/421.反應(yīng)式波長(zhǎng)計(jì)工作原理分析，證明諧振時(shí)，負(fù)載功率曲線3dB帶寬等于 諧振時(shí)， 曲線半腰寬度（3dB帶寬）等于22.頻譜儀與示波器在測(cè)量信號(hào)上各有何特點(diǎn)？頻譜儀測(cè)的是信號(hào)在頻率上的

10、特性(頻域上)示波器測(cè)的是信號(hào)在時(shí)間上的特性(時(shí)域上)示波器：顯示的是信號(hào)的幅度隨時(shí)間變化的一條曲線，通過該曲線可得到信號(hào)的波形、幅度和重復(fù)的周期。頻譜儀測(cè)量：顯示的是不同頻率點(diǎn)的功率幅度分布，離散圖譜能獲得諧波分量、寄生、交調(diào)、噪聲邊帶等。23.頻譜儀分辨率帶寬參數(shù)設(shè)置對(duì)測(cè)試有什么影響？較小分辨率帶寬，提高動(dòng)態(tài)范圍掃描時(shí)間增大；對(duì)于調(diào)制信號(hào)須有足夠帶寬，否則極大影響測(cè)試結(jié)果 1. 選擇最好的分辨率帶寬-不是最低2. 改進(jìn)測(cè)量精度（幅值和頻率）3. 優(yōu)化低電平測(cè)量靈敏度4. 為失真測(cè)量提高動(dòng)態(tài)范圍5. 識(shí)別內(nèi)部失真6. 優(yōu)化瞬態(tài)測(cè)量的測(cè)量速度7. 選擇最好的顯示檢測(cè)模式8. 測(cè)量突發(fā)信號(hào)時(shí)間選

11、通頻譜分析儀24.功率單位換算與對(duì)應(yīng)50歐姆傳輸線（匹配狀態(tài)）上對(duì)應(yīng)電壓幅值計(jì)算A(dBm)=10lg A(dBW)=10lg0dBm-30dBm27dBm0dBW=30dBm1mWmW0.5W1W0.31V0.01mV7.07V10V25.微波檢波二極管使用注意事項(xiàng)（1） 額定功率（連續(xù)波，脈沖波）（2）阻抗匹配（瞬態(tài)測(cè)試，靈敏度）（3）平方律適用功率范圍（4）靈敏度（5）輸入駐波，頻率范圍，輸出檢波電平極性26.試給出幾種單次窄脈沖（幾十ns），脈沖功率（W級(jí)）測(cè)試方法，包括脈沖包絡(luò)測(cè)試，畫出簡(jiǎn)要測(cè)試框圖。需要同時(shí)進(jìn)行脈沖包絡(luò)和脈沖功率測(cè)試，一般采用檢波二極管。比較實(shí)用的是替代法校準(zhǔn)。 （

12、1）標(biāo)準(zhǔn)源檢波器得到功率與檢波幅值 對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2） 待測(cè)源檢波器得到輸出功率脈沖包絡(luò)對(duì)于窄脈沖（幾十ns），前沿較小測(cè)試需注意，檢波器輸出視頻帶寬嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。27.功率方程級(jí)數(shù)方式推導(dǎo)，并說明資用功率PA，無反射負(fù)載功率PO，任意負(fù)載功率PL的意義，給出各自表達(dá)式。 (見微波測(cè)量技術(shù)（三）P74-75,P86) 入射頻率：反射頻率：負(fù)載凈功率為功率源傳輸?shù)綗o反射負(fù)載上的功率，它表征源的輸出功率。當(dāng)時(shí)，負(fù)載上的功率最大：稱為信號(hào)源的資用功率，它表示信號(hào)源可能輸出的最大功率。傳輸?shù)饺我飧皆谏系膬艄β逝c信號(hào)源資用功率之間的關(guān)系為：28.頻譜儀測(cè)相位基本原理與使用局限性頻譜分析就是將待測(cè)信號(hào)同

13、時(shí)引入一系列帶寬相同，但中心頻率以帶寬為步進(jìn)等差遞增的帶通濾波器，再分別通過各頻率檢波器檢波，得出各頻率點(diǎn)功率的大小，最后再通過顯示屏顯示出來。頻譜儀簡(jiǎn)單快速，不適用一些漂移較大振蕩器，不能區(qū)分PN 和AM，近頻測(cè)試?yán)щy。（1）此法不能從噪聲中區(qū)分出調(diào)幅噪聲，且要求后者遠(yuǎn)?。?）（C-N）受限于頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍，本振相位噪聲必須比被測(cè)信號(hào)低的多（3）很難測(cè)試靠近載頻相位噪聲，3dB帶寬（RBW）限制 RBW太小，掃描時(shí)間很長(zhǎng) 一般用于預(yù)測(cè)試，摸底，經(jīng)常使用適用于測(cè)量漂移較小但相位噪聲相對(duì)較高的信號(hào)源,尤其適用于快速、定性地初步測(cè)試信號(hào)源性能，簡(jiǎn)單方便。29.噪聲系數(shù)基本定義與數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為用分

14、貝（dB）表示的射頻或微波器件輸入處的信噪比（SNR）除以輸出處的SNR。從它的名稱可知，SNR是在給定傳輸環(huán)境中的信號(hào)電平與噪聲電平之比。30.如表所示三個(gè)匹配級(jí)聯(lián)放大器，請(qǐng)計(jì)算出級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)最小值，并給出此時(shí)放大器級(jí)聯(lián)順序：放大器功率增益（dB）噪聲系數(shù)A6（4）1.7B12（16）2C20（100）4由于均大于2，所以其他級(jí)聯(lián)順序的噪聲系數(shù)都會(huì)大于2，那么可以得出級(jí)聯(lián)系數(shù)的最小值即為1.997，此時(shí)放大器的級(jí)聯(lián)順序?yàn)锳-B-C31.簡(jiǎn)述Y系數(shù)法測(cè)量噪聲系數(shù)原理 網(wǎng)絡(luò)等效輸入噪聲溫度如果，則 32.微波網(wǎng)絡(luò)分析特點(diǎn)(1)不同模式（波型）對(duì)應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)。 n端口（m個(gè)模式）-n×

15、m個(gè)端口網(wǎng)絡(luò)(無互耦） 模式電壓，模式電流(2) 端口參考面的選擇 參考面變化，網(wǎng)絡(luò)參量變化 端口參考面遠(yuǎn)離不均勻區(qū)域(3) 某些微波元件等效（電感，電容）與頻率相關(guān)，某一頻段內(nèi)等效成立(4) 參考面相同，等效方法不同，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不同 矩形波導(dǎo)TE10模，圓波導(dǎo)TM01，TE1133.簡(jiǎn)述測(cè)量線基本組成，并說明其測(cè)量反射參數(shù)原理測(cè)量線測(cè)量線由波導(dǎo)開槽線（盡量不影響傳輸線場(chǎng)分布）、耦合指示機(jī)構(gòu)（檢波器）和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（平穩(wěn)度與平行度0.01mm）三個(gè)部分構(gòu)成。；先得到駐波系數(shù)，再測(cè)量反射系數(shù)的相位。測(cè)量待測(cè)負(fù)載相位的思路是：首先在測(cè)量線上找到一個(gè)已知相位的點(diǎn)，如波幅點(diǎn)或波節(jié)點(diǎn)，再通過測(cè)量該點(diǎn)到待測(cè)負(fù)載

16、端面的距離，換算成角度即可。34.如圖單定向耦合器反射計(jì)信流圖，給出反射系數(shù)表達(dá)式并簡(jiǎn)要分析提高反射參數(shù)測(cè)量精度措施。 解得： 與源反射系數(shù)有關(guān)；源匹配，定耦匹配，方向性好理想情況下：35. 分析微波等電阻比臂電橋工作原理，試推導(dǎo)證明電橋?qū)蔷€上的失衡信號(hào)電壓正比于由圖（b）所示，可寫出o、c兩點(diǎn)間的總電阻為兩端的電壓可由分壓得電橋輸出d、b兩端得電位為將以上三式聯(lián)立求解，并考慮到，便得將微波信號(hào)源端電壓對(duì)歸一化，便可得微波信號(hào)源波幅，輸出端電壓歸一化為出射波波幅，便可將上式寫成微波常見形式36.綜合比較標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作基本原理，說明各自適用范圍。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀：標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分

17、析儀是在掃頻反射技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出來的成套儀器，由于日常需大量進(jìn)行反射系數(shù)和傳輸系數(shù)測(cè)試，僅需幅值即可。適用范圍：交流檢波方式對(duì)窄帶濾波器、功率敏感器件、反饋回路系統(tǒng)等不能正確響應(yīng)經(jīng)脈沖調(diào)制的微波信號(hào)，這時(shí)，提供給待測(cè)器件的微波信號(hào)就必須為連續(xù)波信號(hào)，而這就要求用直流檢波；對(duì)于直流檢波方式由于信號(hào)源寬帶噪聲的引入而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍減少，一般只能到-40dBm左右，另外，在測(cè)量信號(hào)接近或低于-50dBm時(shí)，直流放大器的漂移也將帶來很大的誤差。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：依照四個(gè)S參數(shù)定義，通過分離(S參數(shù)測(cè)試裝置)后的入射波、反射波、傳輸波，進(jìn)行下變頻，利用中頻幅相測(cè)量方法測(cè)出入射波、反射波、傳輸波的幅度和相位，

18、從而得到四個(gè)S參數(shù)。標(biāo)量網(wǎng)只能測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，沒有選頻特性，動(dòng)態(tài)范圍小。接收機(jī)二極管檢波，矢量?jī)x可同時(shí)測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)幅度信息和相位信息。接收機(jī)采用調(diào)諧接受，具有選頻特性，有效抑制干擾和雜散，動(dòng)態(tài)范圍大。37.如圖單端口反射參數(shù)誤差網(wǎng)絡(luò)模型，說明各誤差項(xiàng)的意義，并求出校正值的解。（1）串話誤差：測(cè)試dc 通道定向耦合器的有限方向性；（2）跟蹤誤差：定向耦合器、接收器的頻率跟蹤誤差；（3）等效源失配誤差:等效源失配誤差。由信號(hào)流圖解出反射系數(shù)的測(cè)量值為顯然，如果待測(cè)元件的反射系數(shù)很大，產(chǎn)生的影響小，和產(chǎn)生的影響大；反之，產(chǎn)生一定百分比的誤差，而成為主要的誤差。如果求出，則可由上式求得待測(cè)反射系數(shù)的校正值為38.如圖傳輸誤差網(wǎng)絡(luò)模型，說明各誤差項(xiàng)意義，求出傳輸參數(shù)測(cè)量值。正向6誤差項(xiàng)EDF：定耦前向方