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頻率計基礎知識詳解 |
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電子計數(shù)器是一種基礎測量儀器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設計師們追求的目標主要是擴展測量范圍，再加上提高測量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計算器的技術水平，決定電子計數(shù)器價格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術日臻完善，成熟。應用現(xiàn)代技術可以輕松地將電子計數(shù)器的測頻上限擴展到微波頻段。
隨著科學技術的發(fā)展，用戶對電子計數(shù)器也提出了新的要求。對于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價格低。而對于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率；除通常通用計數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計分析功能，時域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實現(xiàn)或者部分實現(xiàn)，但要真正完美的實現(xiàn)這些目標，對于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。
在測試通訊、微波器件或產(chǎn)品時，常常需要測量 頻率，通常這些都 是較復雜的信號，如含有復雜頻率成分、調制的或含有未知頻率分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測量不同類型的信號，必須了解待測信號特性和各種頻率測量儀器的性能。微波計數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個時間基準、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計數(shù)器都是用來完成計數(shù)任務的，但制造廠家都有各自的一套復雜的計數(shù)器的設計、使得不同型號的 計數(shù)器性能和價格會有所差別，因此需要根據(jù)其附加特性或價格來慎重選擇。
對靈敏度和準確度的要求
為了測量微波頻率， 頻率計必須在測量頻率點上有足夠的靈敏度，因為有些儀器的實際性能比說明書給 出的指標要好些，這樣當測量臨界信號時才可能有更多的靈活性。例如，微波計數(shù)器說明書給出在20GHz時靈敏度為-25dBm，那么完全可以成功地用來測量該頻率點上-30dBm的信號。當然，如果計數(shù)器的額定最高頻率為18GHz，那么由于計數(shù)器電路不能工作在18GHz以上，你甚至不能用它測量在20GHz上0dBm的信號。因此，如果要做精確的測量，一 定要保證被 測信號的頻率和幅度在測量儀器的指標范圍之內。
說明書上的測試性能指標給出了測量儀器的“準確度”和“分辨率”。準確度指標表明儀器的讀數(shù)接近實際信號頻率的程度；而分辨率指標表明多么小的頻率變化可能在儀器上顯示出來。假如需要在15GHz有1Hz的分辨率，儀器必須至少顯示11位數(shù)。高分辨率可以快速測出更小的漂移值和不穩(wěn)定值，但這時的讀數(shù)不能完全代表儀器的準確度。
測量儀器的準確度的選擇
儀器的頻率測量準確度取決于時基。大多數(shù)儀器使用的10MHz參考振蕩器具有10-7或 10-8的頻率準確度和穩(wěn)定度。高分辨率比高精度更容易實現(xiàn)，因為增加顯示位數(shù)比制造更穩(wěn)定的振蕩參考源要容易的多。
為了提高儀器的測量準確度和穩(wěn)定度，可以購買一個具有小型恒溫槽的參考振蕩器作為時間基準。好的恒溫槽溫度可以穩(wěn)定到零點幾度，這樣就可以保證在外部溫度變化時振蕩器的頻率變化相當小。當然，儀器的固有準確度取決于制造的精度以及校準實驗室對時基振蕩器的校正；準確度主要取決于晶振的熱穩(wěn)定性，而與老化關系不大。
通過使用銫束頻率標準或GPS信號作為一個參考頻率源送入整個系統(tǒng)的所有儀器，可最大限度地提高頻率測量準確度，這樣在測量儀器中就不需要有精確的時基而可以達到10-12到10-14的頻率測量準確度，也就是說，可以達到比儀器最高分辨率高得多的頻率測量準確度。
可能影響計數(shù)器選擇和應用的還有另外幾個值得考慮的特性，如：采樣時間、測量速度和跟蹤速度，這些特性可能影響測量結果的準確及對結果的及時處理。
微波計數(shù)器的使用
如果要測量的信號中有噪聲、 諧波或寄生分量， 盡量不要使用微波計數(shù)器。在選擇測量儀器之前必須了解待測信號的所有特性， 附非肯定待測信號是純凈（無噪聲干擾）、平穩(wěn)、單一頻率成分，否則應該在制訂測試方案前用頻譜分析儀先觀測待測信號中的干擾信號及噪聲電平，然后看計數(shù)器的性能是否能允許這些干擾并仍能成功地完成頻率的測量。例如：當前出現(xiàn)的干擾信號比被測信號至少大6dB時，計數(shù)器測得的是這個干擾信號，這就導致了錯誤的測量結果。
一般來說，對干擾信號和噪聲可以使用計數(shù)器的附件來抑制。如果被測頻率變化小于百分之幾，可以考慮在計數(shù)器輸入端安裝一個濾波器，以抑制不需要的信號（圖1）。如果需要測量的幾個信號的頻率值相差很大，可以使用可調帶通濾波器或高通、低通濾波器依次測量每一個信號的頻率。這樣可以避免一直占用頻譜分析儀，因為頻譜儀的價格可能是那些附件價格的10～20 倍。
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