電子計(jì)數(shù)器對(duì)精準(zhǔn)度有什么要求？

電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展測(cè)量范圍，再加上提高測(cè)量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻上限擴(kuò)展到微波頻段。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程(足夠)寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)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(cè)量速率;除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，還有許多工作要做，而不是表面看來(lái)似乎發(fā)展到頭了。

在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，常常需要測(cè)量頻率，通常這些都是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成分、調(diào)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(cè)量不同類型的信號(hào)，必須了解待測(cè)信號(hào)特性和各種頻率測(cè)量?jī)x器的性能。微波計(jì)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(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用來(lái)完成計(jì)數(shù)任務(wù)的，但制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會(huì)有所差別，因此需要根據(jù)其附加特性或價(jià)格來(lái)慎重選擇。

對(duì)靈敏度和準(zhǔn)確度的要求

為了測(cè)量微波頻率，頻率計(jì)必須在測(cè)量頻率點(diǎn)上有足夠的靈敏度，因?yàn)橛行﹥x器的實(shí)際性能比說(shuō)明書(shū)給出的指標(biāo)要好些，這樣當(dāng)測(cè)量臨界信號(hào)時(shí)才可能有更多的靈活性。例如，微波計(jì)數(shù)器說(shuō)明書(shū)給出在20ghz時(shí)靈敏度為-25dbm，那么完全可以成功地用來(lái)測(cè)量該頻率點(diǎn)上-30dbm的信號(hào)。當(dāng)然，如果計(jì)數(shù)器的額定最高頻率為18ghz，那么由于計(jì)數(shù)器電路不能工作在18ghz以上，你甚至不能用它測(cè)量在20ghz上0dbm的信號(hào)。因此，如果要做精確的測(cè)量，一定要保證被測(cè)信號(hào)的頻率和幅度在測(cè)量?jī)x器的指標(biāo)范圍之內(nèi)。

說(shuō)明書(shū)上的測(cè)試性能指標(biāo)給出了測(cè)量?jī)x器的“準(zhǔn)確度”和“分辨率”。準(zhǔn)確度指標(biāo)表明儀器的讀數(shù)接近實(shí)際信號(hào)頻率的程度;而分辨率指標(biāo)表明多么小的頻率變化可能在儀器上顯示出來(lái)。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(cè)出更小的漂移值和不穩(wěn)定值，但這時(shí)的讀數(shù)不能完全代表儀器的準(zhǔn)確度。

測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度的選擇

儀器的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度取決于時(shí)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(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。高分辨率比高精度更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵黾语@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(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，可以購(gòu)買一個(gè)具有小型恒溫槽的參考振蕩器作為時(shí)間基準(zhǔn)。好的恒溫槽溫度可以穩(wěn)定到零點(diǎn)幾度，這樣就可以保證在外部溫度變化時(shí)振蕩器的頻率變化相當(dāng)小。當(dāng)然，儀器的固有準(zhǔn)確度取決于制造的精度以及校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)時(shí)基振蕩器的校正;準(zhǔn)確度主要取決于晶振的熱穩(wěn)定性，而與老化關(guān)系不大。

通過(guò)使用銫束頻率標(biāo)準(zhǔn)或gps信號(hào)作為一個(gè)參考頻率源送入整個(gè)系統(tǒng)的所有儀器，可最大限度地提高頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，這樣在測(cè)量?jī)x器中就不需要有精確的時(shí)基而可以達(dá)到10-12到10-14的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，也就是說(shuō)，可以達(dá)到比儀器最高分辨率高得多的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度。

可能影響計(jì)數(shù)器選擇和應(yīng)用的還有另外幾個(gè)值得考慮的特性，如：采樣時(shí)間、測(cè)量速度和跟蹤速度，這些特性可能影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確及對(duì)結(jié)果的及時(shí)處理。

微波計(jì)數(shù)器的使用

如果要測(cè)量的信號(hào)中有噪聲、諧波或寄生分量，盡量不要使用微波計(jì)數(shù)器。在選擇測(cè)量?jī)x器之前必須了解待測(cè)信號(hào)的所有特性，附非肯定待測(cè)信號(hào)是純凈(無(wú)噪聲干擾)、平穩(wěn)、單一頻率成分，否則應(yīng)該在制訂測(cè)試方案前用頻譜分析儀先觀測(cè)待測(cè)信號(hào)中的干擾信號(hào)及噪聲電平，然后看計(jì)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(cè)量。例如：當(dāng)前出現(xiàn)的干擾信號(hào)比被測(cè)信號(hào)至少大6db時(shí)，計(jì)數(shù)器測(cè)得的是這個(gè)干擾信號(hào)，這就導(dǎo)致了錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)干擾信號(hào)和噪聲可以使用計(jì)數(shù)器的附件來(lái)抑制。如果被測(cè)頻率變化小于百分之幾，可以考慮在計(jì)數(shù)器輸入端安裝一個(gè)濾波器，以抑制不需要的信號(hào)(圖1)。如果需要測(cè)量的幾個(gè)信號(hào)的頻率值相差很大，可以使用可調(diào)帶通濾波器或高通、低通濾波器依次測(cè)量每一個(gè)信號(hào)的頻率。這樣可以避免一直占用頻譜分析儀，因?yàn)轭l譜儀的價(jià)格可能是那些附件價(jià)格的10～20倍。

圖1

如果知道待測(cè)信號(hào)的大概頻率(a)，就可以用濾波器抑制已知的干擾信號(hào)(b)，而在計(jì)數(shù)器量程之外的其他信號(hào)(c)或低電平信號(hào)(d)不會(huì)對(duì)待測(cè)信號(hào)的頻率測(cè)量產(chǎn)生干擾。

在某些特殊的測(cè)試場(chǎng)合，可能需要其它附件，比如用一個(gè)射頻放大器來(lái)放大低電平的信號(hào)，或通過(guò)一個(gè)外接的混頻器來(lái)測(cè)量超出計(jì)數(shù)器測(cè)量范圍的頻率，當(dāng)然，有些計(jì)數(shù)器能夠直接測(cè)量100ghz以上的頻率。在機(jī)動(dòng)車的防撞雷達(dá)和低功率通訊中繼站就需要這種性能的頻率計(jì)來(lái)測(cè)量。還有些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量信號(hào)電平、周期、脈寬和脈沖頻率，選擇這樣的計(jì)數(shù)器可以使測(cè)試方案中使用的測(cè)試儀器更少。

結(jié)束語(yǔ)

由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微波頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示;對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測(cè)試需要正確地選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。