頻率(shuài)計基礎(chǔ)知識(shí)

更新時(shí)間：2009-03-27

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電子(zǐ)計數(shù)器是一種基(jī)礎測量(liáng)儀器，到目前(qián)為(wéi)止已(yǐ)有30多年的發展史。早(zǎo)期(qī)，設計師(shī)們追求的(dí)目標(biāo)主要是擴展測量範圍，再加上提高測(cè)量(liáng)精(jīng)度，穩(wěn)定度等，這(zhè)些(xiē)也(yě)是人(rén)們衡量電(diàn)子(zǐ)計算(suàn)器的(dí)技術水(shuǐ)平，決定(dìng)電子計數器價(jià)格(gé)高(gāo)低的主要(yào)依據。目(mù)前這些基本(běn)技術(shù)日(rì)臻(zhēn)*，成熟。應(yīng)用現代技(jì)術可(kě)以輕鬆地(dì)將電子計數器的測(cè)頻上(shàng)限(xiàn)擴(kuò)展到(dào)微波頻段。
　　隨著(zhuó)科學(xué)技術的發展(zhǎn)，用戶對電(diàn)子計數器(qì)也(yě)提出(chū)了新的要(yào)求(qiú)。對於(yú)低(dī)檔(dàng)產品(pǐn)要(yào)求(qiú)使(shǐ)用操作(zuò)方(fāng)便(biàn)，量程（足夠）寬(kuān)，可(kě)靠性高，價(jià)格低(dī)。而(ér)對(duì)於(yú)中產品，則(zé)要求有高(gāo)分辨率，高精(jīng)度(dù)，高穩定度，高(gāo)測量(liáng)速率(shuài)；除(chú)通常通用計數器所具有的(dí)功能(néng)外(wài)，還(huán)要(yào)有數據處(chǔ)理功(gōng)能(néng)，統(tǒng)計(jì)分(fēn)析功能(néng)，時域分析功能等(děng)等，或者包含電(diàn)壓(yā)測量(liáng)等(děng)其(qí)他功(gōng)能。這些(xiē)要(yào)求有(yǒu)的(dí)已經實現(xiàn)或者部(bù)分實現(xiàn)，但要(yào)真正的(dí)實(shí)現(xiàn)這些目標，對於(yú)生(shēng)產廠家來說，還有(yǒu)許多工作(zuò)要做(zuò)，而(ér)不(bù)是表(biǎo)麵看來似(sì)乎發展(zhǎn)到(dào)頭了(liǎo)。
　　在測(cè)試(shì)通訊，微波(bō)器(qì)件或產(chǎn)品時(shí)，常常需要測量頻(pín)率，通(tōng)常這(zhè)些都是較復雜的(dí)信號，如(rú)含有(yǒu)復(fù)雜(zá)頻(pín)率成分(fēn)，調製的或含(hán)有未(wèi)知頻率分(fēn)量(liáng)的，頻率固定(dìng)的(dí)或變化的，純淨(jìng)的或(huò)疊加(jiā)有(yǒu)幹(gān)擾的等等(děng)。為(wéi)了能(néng)正(zhèng)確地(dì)測(cè)量(liáng)不(bù)同(tóng)類(lèi)型的(dí)信(xìn)號(hào)，必須了解待測信(xìn)號特性和(hé)各種頻(pín)率測量(liáng)儀(yí)器的性能。微波(bō)計數器一(yī)般使用(yòng)類(lèi)型(xíng)頻譜(pǔ)分(fēn)析(xī)儀的分頻或(huò)混(hùn)頻電(diàn)路，另外(wài)還包(bāo)含多(duō)個時(shí)間基準(zhǔn)，合(hé)成(chéng)器，中(zhōng)頻(pín)放大(dà)器(qì)等。雖(suī)然(rán)所有的微波(bō)計數器(qì)都是用(yòng)來完成計(jì)數(shù)任務(wù)的，但(dàn)製(zhì)造廠家都有(yǒu)各(gè)自(zì)的(dí)一(yī)套復(fù)雜(zá)的(dí)計數(shù)器的設(shè)計，使(shǐ)得(dé)不(bù)同型(xíng)號(hào)的計數(shù)器性能(néng)和(hé)價(jià)格(gé)會有所差別(bié)，因(yīn)此需(xū)要根(gēn)據其(qí)附加特(tè)性(xìng)或(huò)價(jià)格(gé)來慎重選(xuǎn)擇。
　　對靈敏(mǐn)度和準(zhǔn)確(què)度的(dí)要(yào)求(qiú)
　　為了測(cè)量微(wēi)波頻率(shuài)，頻率計(jì)必(bì)須在測(cè)量頻率點上有(yǒu)足(zú)夠的(dí)靈敏(mǐn)度，因為有(yǒu)些儀(yí)器的實際(jì)性(xìng)能比(bǐ)說(shuō)明書給出的(dí)指標要好些，這(zhè)樣(yàng)當測量(liáng)臨(lín)界(jiè)信號時才可(kě)能有更多的靈活性(xìng)。例(lì)如，微(wēi)波計(jì)數(shù)器說明書給出(chū)在20GHz時靈敏(mǐn)度(dù)為(wéi)-25dBm，那麼(mó)*可以成功地(dì)用來測量該頻(pín)率(shuài)點(diǎn)上-30dBm的信(xìn)號(hào)。當然(rán)，如果計(jì)數器(qì)的額定(dìng)zui高頻率(shuài)為(wéi)18GHz，那麼(mó)由於計數(shù)器電(diàn)路(lù)不(bù)能(néng)工(gōng)作(zuò)在(zài)18GHz以(yǐ)上，你甚(shèn)至不能(néng)用(yòng)它(tā)測量在20GHz上0dBm的(dí)信(xìn)號(hào)。因此(cǐ)，如果要(yào)做的(dí)測量(liáng)，一定要(yào)保證被(bèi) 測信(xìn)號的(dí)頻(pín)率和幅度在測量儀器(qì)的(dí)指(zhǐ)標範圍之(zhī)內。
　　說(shuō)明書上的(dí)測(cè)試(shì)性能指(zhǐ)標(biāo)給出(chū)了測(cè)量儀(yí)器(qì)的“準(zhǔn)確度”和“分辨率”。準確度指標(biāo)表明儀器的(dí)讀數(shù)接近(jìn)實際(jì)信號(hào)頻(pín)率的程(chéng)度(dù)；而分(fēn)辨(biàn)率指標(biāo)表(biǎo)明多麼(mó)小(xiǎo)的(dí)頻(pín)率變化(huà)可能(néng)在(zài)儀(yí)器上顯(xiǎn)示(shì)出來(lái)。假如(rú)需要在15GHz有1Hz的(dí)分辨(biàn)率(shuài)，儀(yí)器(qì)必須至少顯示(shì)11位(wèi)數(shù)。高分(fēn)辨率可以快速測(cè)出(chū)更(gēng)小的(dí)漂移值和不(bù)穩定值，但(dàn)這時(shí)的(dí)讀數(shù)不能(néng)*代(dài)表儀(yí)器的(dí)準確度(dù)。
　　測(cè)量儀(yí)器的(dí)準(zhǔn)確(què)度(dù)的選擇(zé)
　　儀(yí)器的頻(pín)率測(cè)量準確度取(qǔ)決於(yú)時(shí)基。大多數(shù)儀(yí)器(qì)使用的(dí)10MHz參考振蕩器(qì)具有(yǒu)10^-7或(huò) 10^-8的頻(pín)率(shuài)準確度和(hé)穩定度。高分辨率比高精度(dù)更(gēng)容易(yì)實(shí)現，因為(wéi)增加(jiā)顯示位數比製(zhì)造(zào)更(gēng)穩(wěn)定的(dí)振蕩(dàng)參考源(yuán)要(yào)容易的多。
　　為了提高儀器(qì)的測量(liáng)準(zhǔn)確(què)度(dù)和(hé)穩(wěn)定(dìng)度(dù)，可以購(gòu)買一個(gè)具有小(xiǎo)型恒溫槽的參考振蕩(dàng)器(qì)作為時(shí)間基準。好的恒溫槽(cáo)溫度可(kě)以(yǐ)穩定(dìng)到零點幾度，這樣(yàng)就可(kě)以(yǐ)保(bǎo)證在(zài)外(wài)部(bù)溫度變(biàn)化時(shí)振蕩器的(dí)頻(pín)率變化(huà)相當(dāng)小(xiǎo)。當然(rán)，儀器的固有(yǒu)準確(què)度(dù)取(qǔ)決於(yú)製(zhì)造的(dí)精度(dù)以及校準實驗(yàn)室(shì)對時基振(zhèn)蕩(dàng)器(qì)的校(xiào)正(zhèng)；準確(què)度主要(yào)取決於晶(jīng)振(zhèn)的熱(rè)穩(wěn)定性(xìng)，而(ér)與(yǔ)老化關係不(bù)大(dà)。
　　通過(guò)使(shǐ)用(yòng)銫束頻(pín)率標準(zhǔn)或(huò)GPS信號作(zuò)為一個(gè)參(cān)考(kǎo)頻率(shuài)源(yuán)送入(rù)整(zhěng)個(gè)係統(tǒng)的(dí)所(suǒ)有儀器(qì)，可zui大限度(dù)地提(tí)高頻率(shuài)測量(liáng)準確(què)度(dù)，這樣在(zài)測(cè)量儀器中就(jiù)不需要有(yǒu)的(dí)時基而可以(yǐ)達到10^-12到(dào)10^-14的頻(pín)率測量(liáng)準確(què)度(dù)，也就是(shì)說，可(kě)以(yǐ)達到(dào)比儀器zui高分(fēn)辨率高得(dé)多的頻率測量準確度。
　　可能影響計數器選擇(zé)和應用(yòng)的(dí)還有(yǒu)另(lìng)外(wài)幾個(gè)值得考慮(lǜ)的(dí)特性，如：采(cǎi)樣(yàng)時(shí)間，測量(liáng)速度(dù)和跟蹤速度，這些(xiē)特(tè)性(xìng)可(kě)能(néng)影(yǐng)響測量結果的(dí)準(zhǔn)確及對結果的(dí)及時(shí)處理(lǐ)。
　　微(wēi)波計數器的(dí)使用
　　如(rú)果(guǒ)要(yào)測(cè)量的信號中有噪聲(shēng)，諧波或寄(jì)生分量，盡(jìn)量不要(yào)使(shǐ)用(yòng)微(wēi)波計(jì)數器。在(zài)選(xuǎn)擇測量(liáng)儀(yí)器之(zhī)前必須了解(jiě)待(dài)測信號的(dí)所有(yǒu)特(tè)性(xìng)，附(fù)非(fēi)肯定待(dài)測(cè)信號(hào)是純淨(jìng)（無(wú)噪(zào)聲(shēng)幹擾），平(píng)穩，單一(yī)頻(pín)率(shuài)成分，否則(zé)應該(gāi)在製(zhì)訂測試(shì)方案前用(yòng)頻譜(pǔ)分析儀先(xiān)觀(guān)測待測信號中的(dí)幹擾信(xìn)號及(jí)噪聲(shēng)電平(píng)，然(rán)後(hòu)看計數器(qì)的性能是否能(néng)允許(xǔ)這(zhè)些(xiē)幹擾並(bìng)仍能(néng)成功地完成頻(pín)率的測量(liáng)。例(lì)如(rú)：當前(qián)出(chū)現(xiàn)的(dí)幹擾信(xìn)號(hào)比被測信(xìn)號(hào)至少大(dà)6dB時，計數(shù)器測得的(dí)是(shì)這(zhè)個幹擾(rǎo)信號(hào)，這(zhè)就導致了錯(cuò)誤(wù)的測量(liáng)結(jié)果。
　　一(yī)般來(lái)說，對幹擾信號和噪(zào)聲可以(yǐ)使用計數器的附(fù)件來抑(yì)製。如(rú)果被測(cè)頻(pín)率(shuài)變化(huà)小(xiǎo)於百分(fēn)之(zhī)幾(jī)，可(kě)以考(kǎo)慮(lǜ)在(zài)計(jì)數器(qì)輸(shū)入端(duān)安裝(zhuāng)一(yī)個(gè)濾波器，以(yǐ)抑(yì)製不需(xū)要(yào)的信(xìn)號(hào)（圖1）。如(rú)果需要(yào)測(cè)量的幾個(gè)信(xìn)號(hào)的(dí)頻率值相(xiāng)差(chà)很大(dà)，可(kě)以使用(yòng)可調(tiáo)帶(dài)通濾(lǜ)波器或(huò)高通，低(dī)通濾波器依次(cì)測量每一個(gè)信(xìn)號(hào)的頻(pín)率。這(zhè)樣可以(yǐ)避(bì)免(miǎn)一直(zhí)占(zhān)用頻(pín)譜分(fēn)析儀，因為頻譜(pǔ)儀(yí)的價格(gé)可(kě)能是那些(xiē)附(fù)件價格(gé)的10～20 倍。

　　圖1 如(rú)果(guǒ)知道(dào)待測信號的(dí)大概頻率（A），就可以(yǐ)用(yòng)濾(lǜ)波(bō)器抑(yì)製已知的幹(gān)擾(rǎo)信號（B），而在計數器量程(chéng)之(zhī)外的其他信號（C）或低電平(píng)信號（D）不會對(duì)待(dài)測信(xìn)號(hào)的(dí)頻率測(cè)量產生(shēng)幹(gān)擾。
　　在(zài)某些特殊的測試(shì)場合(hé)，可能(néng)需(xū)要其它附件，比如用(yòng)一個射頻(pín)放大器來放大低電平(píng)的信號，或通(tōng)過一(yī)個外接(jiē)的混(hùn)頻(pín)器(qì)來(lái)測(cè)量超(chāo)出計數(shù)器測量(liáng)範圍的頻率(shuài)，當然，有些計數器能夠直(zhí)接(jiē)測量100GHz以上(shàng)的頻率。在(zài)機動車的防撞(zhuàng)雷達和(hé)低(dī)功率通訊(xùn)中(zhōng)繼(jì)站就(jiù)需要這種(zhǒng)性能的(dí)頻率(shuài)計來測量(liáng)。還有些計(jì)數器(qì)可以(yǐ)測(cè)量(liáng)信號電平，周(zhōu)期，脈(mài)寬和脈衝(chōng)頻率(shuài)，選擇這(zhè)樣的計數器(qì)可以使測試方(fāng)案中使用的測(cè)試儀(yí)器更(gēng)少。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　由(yóu)於微電(diàn)子技術和計算機技(jì)術的發(fā)展(zhǎn)，微(wēi)波頻率計都在(zài)不(bù)斷地(dì)進步著，靈敏度(dù)不(bù)斷提高，頻(pín)率(shuài)範(fàn)圍(wéi)不(bù)斷(duàn)擴(kuò)大(dà)，功能(néng)不斷(duàn)地增加。一些(xiē)計(jì)數器(qì)可以測量脈(mài)衝(chōng)參數，並(bìng)提供(gōng)類(lèi)似(sì)於頻(pín)率(shuài)分析儀(yí)的(dí)屏(píng)幕顯示(shì)；對這些(xiē)功能(néng)具(jù)有不同(tóng)功(gōng)能不同(tóng)規(guī)格的(dí)眾多(duō)儀器(qì)，我們(mén)應該(gāi)視測(cè)試需要(yào)正確地(dì)選(xuǎn)擇，以(yǐ)達(dá)到(dào)和(hé)*的(dí)應(yīng)用效果(guǒ)。

上(shàng)一(yī)條(tiáo)數字示(shì)波器(qì)在高頻(pín)信號(hào)采集中(zhōng)的應用(yòng)
下(xià)一(yī)條(tiáo)ASA技術(shù)，排(pái)除電(diàn)子(zǐ)故障(zhàng)的Z佳方案