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ELECTRONICS WORLD ・技术交流
微波衰减在无线电领域中是一个非常重要的参数，国内外都非常重视衰减参数标准的建立。而中频测量接收机是衰减校准装置的重要组成部分，其用于处理接收到的中频信号，要求其动态范围大，线性度好。 衰减校准装置常用的校准方法有射频替代法、中频替代法和射频中频替代法。射频替代法是将被测衰减量与在同一频率上的标准衰减器的衰减量进行替代，完成衰减测量，这种方法的优点是灵敏度高，衰减测量的动态范围最大，衰减测量不易受测试系统的非线性影响，但常见的同轴射频衰减器步进较大（>=1dB ），无法进行完全替代。中频替代法时采用外差频方法将微波或高频信号线性的变为固定的中
频信号，用准确度高的中频标准衰减器的衰减量替代被测射频衰减器的衰减量，其优点是电路比较简单，仪器体积小，轻便，便于携带到现场测量，但要考虑信号源输出幅度不稳及放大器增益不稳引入的误差，量程上限受混频器和前放的非线性限制，下限受噪声限制，动态范围较小。考虑到上述原因本设计采用射频串联和中频串联相结合的方法。
1 衰减校准装置基本原理
本文采用射频串联和中频串联替代相结合的方法对衰减校准装置进行改进，并引入锁相放大相关检测的方法，使用锁相放大器作为中频接收和指示装置，进一步提高了系统的稳定性和准确性。基于锁相放大技术的衰减校准装置框图如图1所示。 衰减校准装置工作原理首先对经过被测衰减器的射频信号进行频谱搬移即通过混频器和本振信号对被测射频信号进行下变频，使被测射频信号变为容易处理的中频信号，然后将混频后的中频信号进行低噪声预放，经程控步进标准衰减器进行替代后由锁相放大器进行中频放大滤波、AD 数据采集和数字相关检波处理并最终显示。具体过程为首先要进行校准，即衰减器衰减量为零或未接入衰减器时对系统进行校准，得到一平衡电平，然后改变被测衰减器的衰减量或插入被测衰减器，并改变系统中标准步进衰减器的衰减量，使系统达到二次平衡，此时的标准衰减器的改变量即为被测衰减器的衰减量。而被测量的误差则取决于锁相放大器的灵敏度和准确度。在该衰减校准装置中，射频信号源、本振源
的时基信号和锁相放大器的参考频率均由10MHz 频率参考提供，该校准装置结构简单，且由于不存在测试通道和参考通道的串扰问题，测量准确度更高。
由图1可知，该装置包括射频前端、低噪放、程控步进标准衰减器、锁相放大器、数据处理和显示几部分。低噪放作用是把变频后的中频信号进行预先放大处理；标准程控步进衰减器用于替代被测衰减器的衰减量；锁相放大器用于把经过替代的被测信号进行放大滤波后与经过两个相位差90°的移相器的两路参考信号通过鉴相器进行相关，得到两路相关后的正交信号的幅度值X 、Y ，然后通过两路正交信号得到被测信号的幅度R 和相位θ；数据处理和显示部分用于对采集后的数据进行计算处理得到最终的测量结果。本文
只介绍锁相放大器部分的设计。
图1 基于锁相放大技术的衰减校准装置框图
2 锁相放大器设计
锁相放大技术是微弱信号检测的一种有效手段，它具有中心频率稳定，通频带窄，品质因数高等优点。锁相放大器采用相关检测的原理从混有噪声的微弱信号中提取出有用的微弱信号并对其进行放大。由图1
可知，锁相放大器由中频放大滤波和相关检波两部分组成。
图2 锁相放大器原理框图
本文采用数字锁相放大器方式，在设计过程中，基于传统的正交式锁相放大器的结构，将待处理的输入信号首先进入输入通道，把微弱信号放大到足以满足相关器工作的电平，并抑制和滤除部分
锁相放大器在衰减校准装置中的应用
北京无线电计量测试研究所 高春彦 成俊杰 陈晋龙
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