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1、其次章 信號(hào)頻率及測(cè)量1信號(hào)頻率及測(cè)量第一節(jié) 概述其次節(jié) 頻率標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié) 頻率測(cè)量方法2第一節(jié) 概述 頻率是周期性信號(hào)的最主要參數(shù)之一,是微波測(cè)量中最常需要測(cè)量的而且是能夠測(cè)量得最準(zhǔn)確的一種參量.3其次節(jié) 頻率標(biāo)準(zhǔn) 頻率是表征周期現(xiàn)象的一種參數(shù),定義為物體每秒振動(dòng)的周期數(shù),單位是赫茲(Hz)即 f=1/T(Hz)T是周期,單位是(S)所以:頻率的單位直接依靠于根本時(shí)間單位秒.45l銫原子的上述躍遷，即成為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，亦成為頻率標(biāo)準(zhǔn)。由于其穩(wěn)定度高，規(guī)定為一級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)，成為國(guó)家或大地區(qū)、大單位的計(jì)量基準(zhǔn)。l二級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定度稍低，如承受高水平的石英晶體振蕩器、穩(wěn)定度更高的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)。l石英晶
2、體振蕩器主要用來(lái)作為頻率合成器及計(jì)數(shù)式頻率計(jì)等周密儀器內(nèi)含的頻率標(biāo)準(zhǔn)。62.2.1 石英晶體振蕩器l高性能的晶體，大多數(shù)工作于5MHz，承受分頻或倍頻電路可以得到各種頻率輸出，然而這樣相位噪聲將會(huì)有所增加。l一般晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度：l 長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度 10-1010-8/日l(shuí) 短期頻率穩(wěn)定度10-11/Sl 經(jīng)過(guò)特殊處理如精選精片，預(yù)先老化處理，雙重恒溫槽，可使其穩(wěn)定度再上一個(gè)數(shù)量級(jí)。7使用石英晶體振蕩器留意事項(xiàng)：常常通電與上級(jí)頻標(biāo)校準(zhǔn)只能作為二級(jí)頻標(biāo) 82.2.2 銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)在所熟知的原子頻標(biāo)可分為無(wú)源式和有源式兩類(lèi):有源式是用以產(chǎn)生確定頻率的震蕩,主要有氫脈澤和銣脈澤兩種;:無(wú)
3、源式產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率的做法,主要是利用Q值高的諧振腔,將無(wú)源原子諧振器作為超穩(wěn)定高Q鑒頻器使用.如以下圖所示:9用原子諧振器掌握用原子諧振器掌握5MHz晶振產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率晶振產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率10銣原子頻標(biāo)特點(diǎn)：穩(wěn)定度比晶振高12個(gè)數(shù)量級(jí)，體積小，重量輕，價(jià)格僅有銫頻標(biāo)的一半；銣泡R中，混有惰性氣體，以削減銣原子碰撞，會(huì)引起頻率f變動(dòng)，不簡(jiǎn)潔測(cè)準(zhǔn)；銣原子的躍遷還稍受外磁場(chǎng)的影響；僅能作二級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn) 112.2.3 銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn) 銫原子頻標(biāo)與銣頻標(biāo)在組成原理上根本相像,主要不同是構(gòu)成微波鑒頻器的原子諧振器是用銫133在超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷.特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，根本不受環(huán)境因素影響外電場(chǎng)、磁場(chǎng)等；一級(jí)原子頻
4、標(biāo)；10-12數(shù)量級(jí)左右穩(wěn)定度。12 對(duì)于一級(jí)頻標(biāo)，頻率或時(shí)間以此為基準(zhǔn)，理論上說(shuō)沒(méi)有誤差，但對(duì)于單部銫原子頻標(biāo)的復(fù)制性不能確定無(wú)差異，溫度、外場(chǎng)的影響不能完全避開(kāi)，因此，一級(jí)頻標(biāo)確實(shí)定應(yīng)承受統(tǒng)計(jì)方法，即用很多部銫原子頻標(biāo)取平均值，因此，其穩(wěn)定度的得來(lái)基于此。132.2.4 氫原子頻率標(biāo)準(zhǔn) 氫脈澤即氫原子受激放射器的簡(jiǎn)稱(chēng)。它用作頻標(biāo)通常是作為一個(gè)有源諧振器，即由它供給頻率為1.420405751GHz的微波振蕩器，功率為1012W，Q值極高,為2 109。有極高的頻率穩(wěn)定度和譜線純度。14特點(diǎn)：頻率可以通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算得到；準(zhǔn)確度數(shù)量級(jí)為10-12；長(zhǎng)穩(wěn)：10-13/年，短穩(wěn)5 10-13/S；譜
5、線純度高，噪聲特性?xún)?yōu)于銫頻標(biāo)；可成為一級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)的候選者。15第三節(jié) 頻率測(cè)量l方法：一般是將被測(cè)頻率直接或間接地與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)展比較，可分為有源法和無(wú)源法兩種。l有源法：測(cè)量裝置中包含有標(biāo)準(zhǔn)頻率的振蕩源。l無(wú)源法：將被測(cè)的信號(hào)頻率與一個(gè)可調(diào)諧的無(wú)源回路的自然頻率進(jìn)展比較，并以諧振的消失作為頻率相等的指示。162.3.1 有源法l外差法l計(jì)數(shù)法171外差法18l零差法：l測(cè)差法：l諧波零拍法：192計(jì)數(shù)法l原理：l 將未知頻率fx與標(biāo)準(zhǔn)頻率fs相比較，此時(shí)是利用未知頻率fx的脈沖計(jì)數(shù)法而測(cè)得fx。如利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs去掌握一計(jì)數(shù)閘門(mén)的開(kāi)放時(shí)間，假設(shè)開(kāi)放時(shí)間等于fs的m個(gè)周期，即l在開(kāi)放期間通過(guò)閘門(mén)
6、的未知頻率脈沖個(gè)數(shù)為n，則 l因此 l 或20計(jì)數(shù)式頻率計(jì)已簡(jiǎn)潔到達(dá)計(jì)數(shù)式頻率計(jì)已簡(jiǎn)潔到達(dá)40GHz40GHz。隨著取樣器技術(shù)的進(jìn)展，。隨著取樣器技術(shù)的進(jìn)展，正向毫米波更高的頻段進(jìn)展。我們還可以承受一種變通的正向毫米波更高的頻段進(jìn)展。我們還可以承受一種變通的測(cè)量方法，即利用毫米波基波或諧波混頻技術(shù)外差變頻測(cè)量方法，即利用毫米波基波或諧波混頻技術(shù)外差變頻，將毫米波頻率變換到通用微波數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)頻范圍，將毫米波頻率變換到通用微波數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)頻范圍進(jìn)展測(cè)試。進(jìn)展測(cè)試。21222.3.2 無(wú)源法諧振式頻率計(jì) 利用微波諧振腔進(jìn)展測(cè)量，依據(jù)諧振腔的諧振選頻原理可知，單模諧振腔的諧振頻率打算于腔體尺寸，利用調(diào)諧機(jī)構(gòu)對(duì)諧振腔進(jìn)展調(diào)諧，使之與待測(cè)微波信號(hào)發(fā)生諧振，就可以依據(jù)諧振時(shí)調(diào)諧機(jī)構(gòu)的位置，推斷腔內(nèi)諧振的電磁波的頻率。這就是諧振式頻率計(jì)的根本原理。23按構(gòu)造分為同軸諧振腔和圓柱形諧振腔：同軸腔(同軸式):Q值不高,屬中等精度頻率計(jì),應(yīng)用于1GHz以下：圓柱腔(空腔式):Q值高,諧振曲線鋒利,測(cè)量精度高 24 利用諧振式頻率計(jì)測(cè)量頻率時(shí)，依據(jù)其接入測(cè)量系統(tǒng)的方式可以分為通過(guò)式接法和吸取式接法。25通過(guò)式接法26吸取式接法27
信號(hào)頻率及測(cè)量資料
