技术资料：《Sampling for Oscilloscopes and Other RF Systems DC Through X~Band》
作者：
日期：2025-01-21
本文主要介绍了在微波系统中进行相位特性分析和测量的技术，以及通过采样技术实现的宽带示波器和其他射频系统的带宽扩展。
研究背景
· 研究问题：在微波系统中，精确测量相位变化对于系统性能的评估至关重要。随着技术的发展，对更高频率范围内的精确相位测量技术的需求日益增长。
· 研究难点：实现高带宽的采样设备面临诸多挑战，包括如何减少采样环路电感以避免限制带宽，以及如何设计出能够处理高频信号的采样电路。
· 文献综述：文章引用了多篇文献，涵盖了从1949年到1966年间关于微波相位测量和采样技术的研究。这些文献包括了对微波系统相位特性分析、测量技术、以及特定应用（如线性加速器波导馈电网络的相位调整）的研究。这些研究为本文提供了理论基础和技术参考，展示了采样技术在不同领域的应用和进展。
采样技术在示波器及其他射频系统中的应用
· 采样技术：采样技术在周期性波形中用于实现宽带宽，已广泛应用于示波器、相位锁定环、随机采样电压检测器等射频系统。采样设备的基本要求在不同应用中几乎相同，但带宽是最重要的性能特征。
· 带宽扩展：通过开发带宽超过12.4 GHz的采样设备，采样技术已扩展到X波段频率以上。采样设备的带宽由二极管、采样脉冲及其与射频传输线连接的方法决定。
· 采样电路设计：介绍了独特的采样电路及其机械实现，并提供了典型测量性能数据。采样设备的带宽定义为效率η为直流或低频值的1/√2时的频率。采样设备的灵敏度或转换损耗由输入传输线到采样电容的电荷转移效率决定。
采样设备的性能评估
· 输入信号动态范围：采样设备的性能评估包括输入信号动态范围、灵敏度、输入电压驻波比、相位响应和机械配置等多个方面。
· 带宽与输入VSWR和阶跃响应过冲的关系：带宽、输入电压驻波比（VSWR）和阶跃响应过冲之间的关系被详细描述，并给出了典型的测量结果。
· 测试配置：使用图14所示的测试配置来测量采样设备的带宽。采样设备在输出端加载，并在输入端应用连续波信号。如果在采样端口应用与连续波信号不同步的周期性采样信号，视频放大器的输出将是一系列输入的随机样本。
采样设备的测试结果
· 测试结果：组装并测试了本文描述类型的采样设备。使用上升时间为大约80皮秒的采样电压阶跃，获得了补偿和未补偿采样器的平均实验结果。
结论
· 带宽提升：使用上述电磁机械配置获得的带宽远超过12.4 GHz，实现了之前可用带宽的三到四倍增长。可以假设，这种技术最终将用于实现超过18 GHz的带宽。
· 感谢：作者感谢惠普公司研究副总裁Dr.B.Oliver的有益建议，以及在-hp-Associates工作的许多个人对开发工作的贡献。
总体结论
· 采样技术的创新应用：采样技术在射频系统中的应用已从传统的示波器扩展到X波段以上，显著提升了带宽性能。通过独特的采样电路设计和机械实现，实现了对射频信号的高效率采样。
· 技术进步的重要性：该技术的突破不仅提高了采样设备的性能，还为未来射频系统带宽的进一步扩展奠定了基础。通过实验验证，该技术在实际应用中表现出色，为射频测量领域带来了新的可能性。
研究背景
· 研究问题：在微波系统中，精确测量相位变化对于系统性能的评估至关重要。随着技术的发展，对更高频率范围内的精确相位测量技术的需求日益增长。
· 研究难点：实现高带宽的采样设备面临诸多挑战，包括如何减少采样环路电感以避免限制带宽，以及如何设计出能够处理高频信号的采样电路。
· 文献综述：文章引用了多篇文献，涵盖了从1949年到1966年间关于微波相位测量和采样技术的研究。这些文献包括了对微波系统相位特性分析、测量技术、以及特定应用（如线性加速器波导馈电网络的相位调整）的研究。这些研究为本文提供了理论基础和技术参考，展示了采样技术在不同领域的应用和进展。
采样技术在示波器及其他射频系统中的应用
· 采样技术：采样技术在周期性波形中用于实现宽带宽，已广泛应用于示波器、相位锁定环、随机采样电压检测器等射频系统。采样设备的基本要求在不同应用中几乎相同，但带宽是最重要的性能特征。
· 带宽扩展：通过开发带宽超过12.4 GHz的采样设备，采样技术已扩展到X波段频率以上。采样设备的带宽由二极管、采样脉冲及其与射频传输线连接的方法决定。
· 采样电路设计：介绍了独特的采样电路及其机械实现，并提供了典型测量性能数据。采样设备的带宽定义为效率η为直流或低频值的1/√2时的频率。采样设备的灵敏度或转换损耗由输入传输线到采样电容的电荷转移效率决定。
采样设备的性能评估
· 输入信号动态范围：采样设备的性能评估包括输入信号动态范围、灵敏度、输入电压驻波比、相位响应和机械配置等多个方面。
· 带宽与输入VSWR和阶跃响应过冲的关系：带宽、输入电压驻波比（VSWR）和阶跃响应过冲之间的关系被详细描述，并给出了典型的测量结果。
· 测试配置：使用图14所示的测试配置来测量采样设备的带宽。采样设备在输出端加载，并在输入端应用连续波信号。如果在采样端口应用与连续波信号不同步的周期性采样信号，视频放大器的输出将是一系列输入的随机样本。
采样设备的测试结果
· 测试结果：组装并测试了本文描述类型的采样设备。使用上升时间为大约80皮秒的采样电压阶跃，获得了补偿和未补偿采样器的平均实验结果。
· VSWR与频率的关系：未补偿采样器的VSWR随频率增加而增加，这是由于未屏蔽的二极管电容。补偿采样器显示出预期的较低VSWR和高频响应的增加。
结论
· 带宽提升：使用上述电磁机械配置获得的带宽远超过12.4 GHz，实现了之前可用带宽的三到四倍增长。可以假设，这种技术最终将用于实现超过18 GHz的带宽。
· 感谢：作者感谢惠普公司研究副总裁Dr.B.Oliver的有益建议，以及在-hp-Associates工作的许多个人对开发工作的贡献。
总体结论
· 采样技术的创新应用：采样技术在射频系统中的应用已从传统的示波器扩展到X波段以上，显著提升了带宽性能。通过独特的采样电路设计和机械实现，实现了对射频信号的高效率采样。
· 技术进步的重要性：该技术的突破不仅提高了采样设备的性能，还为未来射频系统带宽的进一步扩展奠定了基础。通过实验验证，该技术在实际应用中表现出色，为射频测量领域带来了新的可能性。
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