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4.6.3 游标法 1）游标法的原理 ◆数字式游标法实现的原理和游标卡尺的原理相似，是利用相差很微小的两个量，对其量化单位以下的差值进行多次的叠加，直到叠加的值达到一个量化单位为止，通过相关的计算便可以获得较精确的差值。 ◆设主时钟频率F01＝1/T01和游标时钟F02＝1/T02。F01F02 (T01T02)且F01和F02非常接近。即差值ΔT0=T02－T01很小。 如T01=10ns， T02=11ns，则ΔT0=T02－T01=1ns。 ◆双游标法的工作原理 如下图。 4.6.3 游标法 ◆如图，设开门与关门时的两个“零头时间”为 ,开门后同时启动主计数器和游标脉冲1计数，由于T02T01，设经过N1个计数值后,游标脉冲与主脉冲重合(图中符合点1)。此时： 即： 4.6.3 游标法 同样，在关门时(主时钟计数停止)启动游标脉冲2开始计数，由于T02T01，设经过N2个计数值后，游标脉冲与主脉冲重合(图中符合点2)。此时，有： 则，被测时间间隔为： 定义扩展系数K， 则游标时钟周期用K可表示为： 而 于是，被测时间间隔可写成： 可见，数字游标法将测时分辨力由T01提高到了T01/K。 4.6.4 平均法 1）平均法原理 ◆硬件平均法测量 ●测频：在基本频率测量中，取样时间（即闸门时间）内对N个周期脉冲进行累加计数，实际上已是对N个周期进行了平均。 ●测周：多周期测量即是硬件上的平均测量。 ●硬件平均法的局限：单次测量的时间有限；计数容量有限。 ◆软件平均法 ●单次测量（测频和测周）总是存在量化误差，这是一种随机误差,它在－1/N～1/N范围内(误差限1/N)均匀分布。 ●多次测量取平均。利用随机误差的抵偿性，可采取多次测量取平均的办法，减小测量误差。 ●设连续进行有限次（n次）测量，计数值分别为N1、N2、…、Nn，其算术平均值为： 由于N1≈N2 ≈… ≈Nn ≈N，各次的量化误差为： 对各单次测量的量化误差采用均方根合成，根据算术平均值的性质，其误差将减小到单次测量的 即： 4.6.4 平均法 4.6.4 平均法 2）时基脉冲的随机调相技术 ◆软件平均法依赖于各单次测量的量化误差的随机性，即要求闸门开启/关闭时刻和被测信号脉冲之间具有真正的随机性。否则，各单次测量的量化误差就不具有随机误差的抵偿性。 ◆实现原理 采用齐纳二极管产生的噪声对时基脉冲进行随机相位调制，使时基脉冲具有随机的相位抖动。 ◆原理图 下图是一个实用的测量方案。 4.6.4 平均法 4.7 微波频率测量技术 4.7.1 变频法 1）变频法原理 2）组成框图 4.7.2 置换法 1）置换法原理 2）组成框图 4.7 微波频率测量技术 通用电子计数器受内部计数器等电路的工作速度的限制，对输入信号直接计数存在最高计数频率的限制。 中速计数器采用“预定标器”（由ECL电路构成的分频器），将输入信号进行分频后，再由计数器计数。 对于几十GHz的微波计数器，主要采用变频法和置换法将输入微波频率信号变换成可直接计数的中频。 4.7.1 变频法 1）变频法原理 变频法（或称外差法）是将被测微波信号经差频变换成频率较低的中频信号，再由电子计数器计数。 ◆变频法的原理框图如下。 电子计数器主机内送出的标准频率fs，经过谐波发生器产生高次谐波，再由谐波滤波器选出所需的谐波分量Nfs，它与被测信号fx混频出差频fI。 若由电子计数器测出fI，则被测频率fx为 ： 为适应fx的变化，谐波滤波器应能够选出合适的谐波分量Nfs。 混频器 差频放大器 电子计数器 谐波滤波器 谐波发生器 输入 fx fI fs 4.7.1 变频法 4.7.1 变频法 2）组成框图 自动变频式微波计数器的原理方框图如下图所示。 混频器 差频放大器 电子计数器 谐波滤波器 （YIG电调滤波器） 谐波发生器 （阶跃恢复二极管） 输入 fx fI 输入 fs 输出 Nfs 扫描捕获电路 检波器 fI （＝fx-Nfs） 4.7.1 变频法 工作原理 谐波发生器：输入为计数器标准频率信号fs。采用阶跃恢复二极管，以产生丰富的谐波Nfs。 谐波滤波器：采用YIG（单晶铁氧体材料）电调谐滤波器，其谐振频率可在很宽范围实现电调。 扫描捕获电路：产生阶梯波电流，控制YIG的外加磁场，使YIG的谐振频率从低到高步进式地改变，从而可逐次选出不同的各次谐波。 差频放大器、检波器：当谐波滤波器输出的某次谐波Nfs与待测频率fx的差频fI（＝fx－Nfs）落在差频放大器的带宽（1～101MHz）范围内时， fI