RF信號(hào)發(fā)生器的使用與介紹 (2)課件

《射頻微波測(cè)量技術(shù)》前置放大功放濾波基帶信號(hào)基帶信號(hào)發(fā)射本振低噪聲放大雙工器接收本振濾波思考：語音信號(hào)如何傳送到很遠(yuǎn)的地方？收音機(jī)選臺(tái)本質(zhì)上是調(diào)節(jié)什么？定義：一般將輸出頻率范圍在300MHz～

30GHz、工作波長為1m～10mm的信號(hào)發(fā)生器稱為微波信號(hào)發(fā)生器。輸出頻率范圍在30GHz～

300GHz、工作波長為10mm～1mm的信號(hào)發(fā)生器稱為毫米波信號(hào)發(fā)生器。30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz米波分米波厘米波毫米波一、微波信號(hào)源的性能特性二、微波信號(hào)源的種類三、微波掃源四、微波合成源五、微波合成掃源六、微波信號(hào)源新技術(shù)本章主要內(nèi)容dBm,dBw,dBμvdBm:10lg(P/1mw)dBw:10lg(P)dBμv:20lg(U/1μv) dBuV=90+dBm+10*log(R) dBuV=107+dBm(50歐姆) dBuV=108.75+dBm(75歐姆)對(duì)數(shù)表示更直觀

1W =30dBm 100mW =20dBm 10mW =10dBm 1mW =0dBm 0.1mW =-10dBm 0.01mW =-20dBm 0.001mW =-30dBm 0.0001mW =-40dBmRF儀器中，功率常用線性和對(duì)數(shù)兩種方式顯示。線性顯示時(shí)，單位為V、mV、uV等；對(duì)數(shù)顯示時(shí)，單位為dBm、dBuV等。一、微波信號(hào)源的性能特性理想的微波信號(hào)是CW信號(hào)定常波（CostantWave)：正弦波的各個(gè)系數(shù)都是常數(shù)連續(xù)波（ContinueWave)：無始無終的正弦波

u（t）=A0cos（ω0t+ψ0）

微波信號(hào)信號(hào)

信號(hào)是可以以某種方式感知的客觀現(xiàn)象信號(hào)可以按照其物理和數(shù)學(xué)特征分類信號(hào)具備可以被感知和描述的特征信號(hào)可以提供或探索信息信號(hào)發(fā)生器是信號(hào)的產(chǎn)生裝置物理特征分類聲信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)數(shù)學(xué)特征分類正弦信號(hào)脈沖信號(hào)隨機(jī)信號(hào)高低強(qiáng)弱明暗顏色場(chǎng)強(qiáng)波形振幅頻率周期脈寬均值方差信息信息信息源發(fā)出信號(hào)信號(hào)特征測(cè)量分析獲取信息信號(hào)源激勵(lì)信號(hào)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)信號(hào)信號(hào)特征比對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息反求載波信號(hào)調(diào)制調(diào)制信號(hào)信息注入傳輸調(diào)制信號(hào)解調(diào)信息再生電信號(hào)對(duì)電磁場(chǎng)存在特征的物理表達(dá)和數(shù)學(xué)描述電磁場(chǎng)某一特征的表征量對(duì)時(shí)間的變化關(guān)系如電壓、電流、場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)、磁通等等

傅立葉級(jí)數(shù)與傅立葉變換

u(t)<=>U(f)周期信號(hào)可以表示為一系列不同幅度、頻率和初始相位的正弦信號(hào)的疊加非周期信號(hào)可以表示為具有不同分布密度的正弦信號(hào)的疊加utf由于工程和技術(shù)的原因，微波信號(hào)往往是在頻域表達(dá)的；根據(jù)微波的正弦表達(dá)式，信號(hào)具有幅度頻率和相位特性；實(shí)際的微波信號(hào)其正弦表達(dá)式的每一個(gè)因子都是時(shí)變的；根據(jù)信號(hào)特征的變化，微波信號(hào)可以調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相；在線性系統(tǒng)中，調(diào)頻和調(diào)相是可以互相轉(zhuǎn)化的表達(dá)形式；在非線性系統(tǒng)中，調(diào)幅和調(diào)頻調(diào)相可以有條件互相轉(zhuǎn)化。微波信號(hào)A（ω）諧波寄生實(shí)際信號(hào)理想信號(hào)分諧波譜密度ω微波信號(hào)特征參數(shù)頻率特性頻率：信號(hào)特征每秒中重復(fù)次數(shù)；周期，波長，角頻率頻率穩(wěn)定度：頻率隨時(shí)間的起伏變化；長期，短期頻率準(zhǔn)確度：實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率的差異；絕對(duì)，相對(duì)頻率分辨率：最小頻率變化間隔；絕對(duì)，相對(duì)跳頻速度：頻率突變的過渡時(shí)間諧波寄生：波形畸變?cè)斐傻谋额l伴隨分量；分諧波非諧波：無規(guī)則寄生伴隨頻率分量相位噪聲：隨機(jī)相位起伏造成的頻譜展寬；剩余調(diào)頻：掃頻信號(hào)發(fā)生器在無調(diào)制點(diǎn)頻工作狀態(tài)下，輸出信號(hào)頻率的短期不穩(wěn)定度或晃動(dòng)。掃頻特性：頻率連續(xù)變化特性；掃頻速度、準(zhǔn)確度微波信號(hào)特征參數(shù)功率特性功率：向特定阻抗負(fù)載注入能量的能力；振幅功率穩(wěn)定度：功率隨時(shí)間的起伏變化；長期，短期功率準(zhǔn)確度：實(shí)際功率與標(biāo)稱功率的差異；功率平坦度功率分辨率：功率變化的最小間隔源駐波：信號(hào)源吸收倒灌功率的能力微波信號(hào)源功能與構(gòu)成微波振蕩源穩(wěn)幅功率準(zhǔn)確度功率穩(wěn)定度功率平坦度功率分辨率信號(hào)源駐波掃描模擬掃步進(jìn)掃列表掃鎖滾掃合成掃功率掃合成準(zhǔn)確穩(wěn)定捷變高純高分辨率調(diào)制脈沖調(diào)制調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相組合調(diào)制I/Q調(diào)制一個(gè)微波振蕩器，配以必要的控制驅(qū)動(dòng)電路，就構(gòu)成了最基本的信號(hào)源。不同的應(yīng)用，對(duì)信號(hào)源的輸出有不同的特性要求。信號(hào)源的設(shè)計(jì)，就是圍繞振蕩器，施加不同的控制處理電路，滿足不同應(yīng)用需求的過程。二、微波信號(hào)源的種類信號(hào)源一般有以下三種：微波掃源微波合成源微波合成掃源三、微波掃源輸出信號(hào)的頻率在一定范圍內(nèi)，按照一定規(guī)律重復(fù)連續(xù)變化的信號(hào)源成為掃頻信號(hào)源。在某一時(shí)刻，掃源的輸出波形為正弦波，因此，微波掃源具有一般正弦信號(hào)源的特性。掃源也可以設(shè)置成單一連續(xù)波頻率的工作狀態(tài)。主振AF振蕩器模型|AF|>1AF=2n常用的振蕩器VCXO壓控晶振DRO介質(zhì)振蕩器VTO（VCO）壓控振蕩器YTOYIG振蕩器OCXO恒溫晶振頻率單一頻譜純凈穩(wěn)定度好頻率微調(diào)頻譜純凈穩(wěn)定度較好頻率單一頻譜較凈穩(wěn)定度較好調(diào)諧范圍較大頻譜一般穩(wěn)定度一般調(diào)諧范圍很寬頻譜一般穩(wěn)定度一般微波掃源的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)電路相對(duì)簡(jiǎn)單成本相對(duì)較低缺點(diǎn)頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都很差由于剩余調(diào)頻很大，談不上相位噪聲四、微波合成源微波掃源實(shí)現(xiàn)比較容易，頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度比較差，不能用于精密測(cè)量場(chǎng)合。利用頻率合成技術(shù)，使得頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度達(dá)到要求，稱該源為微波合成源。頻率合成頻率合成是指利用物理方法實(shí)現(xiàn)頻率的數(shù)學(xué)運(yùn)算直接合成包括分頻、倍頻、混頻、取樣數(shù)字直接合成間接合成主要是指鎖相環(huán)（PLL）頻率合成數(shù)字合成DDS☆相位累加器☆相位寄存器☆D/A☆低通濾波鎖相合成☆相位負(fù)反饋☆鑒頻鑒相器☆環(huán)路濾波器☆VCO直接合成☆混頻（加、減）☆倍頻（乘）☆分頻（除）☆濾波頻率合成

請(qǐng)大家思考DS、PLL、DDS這3種頻率合成技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)？

熟悉這3種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)有非常重要的作用，下面我們一起來復(fù)習(xí)。直接式頻率合成——DS直接式頻率合成使用的元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，造價(jià)高，雜波抑制太差，這是它的一個(gè)致命缺點(diǎn)，足以抵消它的所有優(yōu)點(diǎn)。如何抑制雜波以及組合頻率也是直接頻率合成器首要關(guān)注的問題。因此，幾乎在所有的應(yīng)用場(chǎng)合，均被鎖相技術(shù)的間接頻率合成方法所代替。

間接式頻率合成間接式頻率合成是第二代頻率合成技術(shù)，以高指標(biāo)的晶體振蕩器作為參考頻率，利用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行鎖相并達(dá)到倍頻的目的，產(chǎn)生所需要的頻點(diǎn)。間接式頻率合成又稱鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)。合成器具有良好的窄帶跟蹤特性，可以很好的選擇所需要頻率的信號(hào)，頻率覆蓋范圍較大，雜散抑制也很好，并且避免了使用大量的濾波器，十分有利于集成化和小型化。參考文獻(xiàn)：

AnalogDevices,Fractional-NFrequencySynthesizer,ADF4154,DeviceDatasheet,2004:6~7基本鎖相環(huán)FoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)(Ｔ)FvfOUTPDLPFVCOfREF

fOUT=N×fREF÷N微波鎖相環(huán)

fOUT=N×fLO+fREFPDLPFVCO×NfREFfOUTfLOfIFoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)(Ｔ)Fv輸出信號(hào)的相位噪聲相噪頻偏振蕩器自由噪聲頻率參考等效噪聲鎖相輸出實(shí)際噪聲低通濾波增益帶寬FoFr頻率參考鑒頻／鑒相器環(huán)路濾波器調(diào)諧振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)(Ｔ)Fv鎖相頻率合成技術(shù)最大的缺點(diǎn)是頻率步進(jìn)和跳頻時(shí)間相互制約。為使PLL的轉(zhuǎn)換時(shí)間比較快，由經(jīng)驗(yàn)公式或者仿真容易知道，這需要提高PLL的參考信號(hào)頻率，但這樣會(huì)使頻率步進(jìn)太大，也就是頻率分辨率降低。整數(shù)分頻頻率合成器，跳頻時(shí)間和頻率分辨率是不可調(diào)和的矛盾，所以整數(shù)鎖相環(huán)往往難以滿足實(shí)際需要；如果減小步進(jìn)而降低參考信號(hào)頻率，又會(huì)增加頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間和相位噪聲。小數(shù)分頻器在一定程度上緩和了這個(gè)矛盾，在較大的鑒相頻率下，小數(shù)分頻頻率合成器可以實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻，使得頻率合成器的分辨率可以很小，而鑒相頻率不變，也就是說保持了較短的跳頻時(shí)間。小數(shù)分頻器的雜散抑制比較差，目前主流芯片只能做到-70dBc。直接數(shù)字頻率合成——DDS數(shù)字直接式頻率合成是第三代頻率合成技術(shù)。它利用數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)模變換器來產(chǎn)生信號(hào)。完成直接式頻率合成的辦法，或者是利用計(jì)算機(jī)求解一個(gè)數(shù)字遞推關(guān)系式，或者是查詢表格上所存儲(chǔ)的正弦波值。目前用得較多的是查表法。這種合成器體積小、功耗低，并且可以幾乎是實(shí)時(shí)的以連續(xù)相位轉(zhuǎn)換頻率，給出非常高的頻率分辨率。參考文獻(xiàn)：AnalogDevices,Inc.,2.7GHzDDS-BasedAgiledRFSynthesizerAD9956,DeviceDatasheet,2004:1~15DDS累加器寄存器cosθD/ALPF循環(huán)展開低通濾波直接數(shù)字頻率合成——DDS直接式數(shù)字頻率合成器有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，其輸出的信號(hào)頻率較低，目前形成產(chǎn)品的DDS芯片的最高時(shí)鐘頻率到1.6GHz，而且實(shí)際輸出頻率更低，約600MHz。直接式數(shù)字頻率合成器還有一個(gè)弱點(diǎn)，其輸出雜散抑制差。目前，據(jù)資料，AD公司的DDS產(chǎn)品在窄帶輸出的情況下，雜散抑制能夠做到80dBc。參考文獻(xiàn)：AnalogDevices,Inc.,2.7GHzDDS-BasedAgiledRFSynthesizerAD9956,DeviceDatasheet,2004:1~15微波頻率合成器的原理框圖時(shí)基參考信號(hào)發(fā)生器中頻環(huán)本振環(huán)鑒相器取樣器帶通/隔離微波主振環(huán)路濾波器中頻frf1fVfO本振環(huán)時(shí)基參考信號(hào)發(fā)生器中頻環(huán)本振環(huán)鑒相器取樣器帶通/隔離微波主振環(huán)路濾波器中頻frf1fVfO中頻環(huán)時(shí)基參考信號(hào)發(fā)生器中頻環(huán)本振環(huán)鑒相器取樣器帶通/隔離微波主振環(huán)路濾波器中頻frf1fVfO把微波頻率分辨率轉(zhuǎn)化為射頻載波下的同等分辨率，降低了相對(duì)分辨率要求，那么問題解決了嗎？小數(shù)分頻技術(shù)DDS技術(shù)儀器軟件各種誤差補(bǔ)償電平準(zhǔn)確度補(bǔ)償電平平坦度補(bǔ)償YTO線性補(bǔ)償掃頻準(zhǔn)確度補(bǔ)償儀器的自檢測(cè)、自診斷復(fù)雜的步進(jìn)掃頻、列表掃頻功能……微波合成源實(shí)例分析Φ緩沖分頻參考環(huán)ΦLFN.FΦYO驅(qū)動(dòng)ΦLF8~10YIG梳狀波發(fā)生器⊕CPU控制5M10MCPU控制÷10÷101M10M÷2÷4500M~1GVCO795~1005M5MSTEP50~100M小數(shù)環(huán)YO環(huán)步進(jìn)環(huán)800M~1G440MHzOCXOEXTRET10MDAC五、微波合成掃源 微波模擬掃源的缺點(diǎn)： 頻率精度和頻率穩(wěn)定性都非常差，即便是通過各種補(bǔ)償措施也不能達(dá)到精密測(cè)量的要求 為了克服模擬掃源的缺點(diǎn)，結(jié)合微波合成源的的優(yōu)點(diǎn)，人們研制出了具有模擬掃頻功能的合成源，這是我們接下來要討論的微波合成掃源合成掃源示意框圖環(huán)路濾波器鑒相器取樣保持求和調(diào)諧振蕩器計(jì)數(shù)器掃描發(fā)生器取樣器中頻參考ｆｒｆｖｆｏ頻率預(yù)制合成掃頻信號(hào)發(fā)生器基本構(gòu)成掃頻方式一“鎖滾”式合成掃頻

先鎖定起始頻率，使用取樣保持電路保持住起始點(diǎn)壓，然后斷開環(huán)路，將掃描電壓疊加到起始點(diǎn)壓上，實(shí)現(xiàn)“鎖滾”式合成掃頻。tVtVtV+=前提是主振的掃頻特性是線性的，掃描速度和掃寬準(zhǔn)確tfYTOI/V轉(zhuǎn)換tf缺點(diǎn)： 掃描過程中沒有修正，由于掃速掃寬不準(zhǔn)確導(dǎo)致終止頻率不準(zhǔn)確tVt0t0f0f1f2需要的斜率實(shí)際的斜率需要的頻率實(shí)際輸出頻率掃頻方式二帶掃頻準(zhǔn)確度校準(zhǔn)的“鎖