中心频率

频率的几何平均值

中心频率:通常定义为带通滤波器（或带阻滤波器）频率的几何平均值，在对数坐标下，即为两个3dB点之间的中点，一般用两个3dB点的算术平均来表示。滤波器通频带中间的频率，以中心频率为准，高于中心频率一直到频率电压衰减到0.707倍时为上边频，相反为下边频，上边频和下边频之间为通频带。

简介

MR所用的射频脉冲的频率并不均匀，包括由低到高的一段频率，常以其中心频率表示。在B0为1.0T时，Larmorr频率为42.5MHz，如某一射频脉冲的带宽为20kHz(即0.02MHz)，则该射频脉冲实际上包含42.49-42.51MHz这一范围的频率，其中心频率为42.5MHz，带宽越宽，断层厚度越厚。带宽不变时，层面选择方向上的梯度磁场强度越高，层厚越薄，故通过调整射频脉冲的带宽或改变梯度磁场的强度，可得到不同层面，临床上主要通过改变梯度磁场的强度来达到改变层厚的目的。

中心频率的应用选择

天线中心频率选择需要兼顾探测深度、分辨率和天线尺寸是否符合场地需要。一般来说，中心频率越高，介质内的电磁波波长越短，探测分辨率则越高，但其探测深度则越浅，反之则相反。因此，在满足分辨率且场地条件又许可时，应该尽量降低天线中心频率，以便最大限度的加大检测深度。如果要求的空间分辨率为x(m)，周围环境相对介电常数为εr，可由下式作为初选雷达天线的中心频率f的依据，即：

（HMZ）

通常情况下，基层厚度为10～60 cm，面层厚度<20cm，在检测中还需根据检测目标界面的埋深，选择合理的天线中心频率，方可取得最佳效果。影响探测深度主要因素除了工作中心频率外，还有介质吸收系数或电导率，背景功率，发射功率和方向性，目标体的形状与电性特征等，可见影响探测深度因素是一个复杂性问题。因此，针对不同路面结构层的不同材料进行试验选定。

为研究探地雷达检测路面基层的最佳测试中心频率技术指标，我们在济源至东明高速公路焦作至修武段，对已在下基层的顶部，底基层的顶部，垫层顶部，垫层中部和垫层底部分别埋设金属板的几个路段，参照式的估算，分别采用了：400 MHZ，900 MHZ，1.0 GHZ，2.0 GHZ天线，置布一条通过5块埋板地面投影位的纵剖面进行现场测试，并在每一块埋板处布置了横跨路面的横剖面，其中，K11+400剖面测试结果如图2-4-1、2-4-2、2-4-3、2-4-4所示。此外，还在I标段K4+900和K9+800处，进行了相同的现场测试。

由实测资料我们可得出以下结论：

(1)随着中心频率的增高，其探测深度明显减小。

(2)利用400 MHz和900 MHz中心工作频率能准确查明埋深在60.0cm内的路面基层和底基层结构层厚度和缺陷；在理想条件(湿度较小)下，可分别对150 cm和100 cm深度范围内的基层、底基层和垫层的厚度与缺陷进行探测。

(3)1000 MHz和2000 MHz中心频率仅能准确检测埋深在40.0cm内的基层厚度和缺陷，在理想条件(湿度较小)下，能分别对其下方80cm和60cm范围内的结构层进行检测。

射频频率调制和中心频率校正

考虑到FM—UWB对相位噪声的要求很低(-80dBc/Hz@1MHZ频偏)，为了实现超宽带频谱，射频FM常用高增益的射频VCO来实现；既可用LC-VCO，在先进工艺如65nm情况下，也可以用Ring VCO。中心频率校正有两种方法：数字频率偏差预补偿、锁频环(FLL)。

图5-6给出了基于数字频率偏差预补偿的中心频率校正电路。射频VCO首先工作在闭环情况下，当其中心频率为fc时，PLL负反馈使VCO的输入控制电压保持在VCM+△m，频率偏移量△fc对应的模拟电压△m经ADC被保存在存储器(如ROM)中；然后VCO工作在开环状态，保存在ROM巾的频偏电压△。经DAC后直接和共模电平为KM的子载波相加，两者之和被送往VCO进行射频频率调制。如此，射频中心频率就维持在fc上。

这种预补偿方法的不足之处是明显的：①需要太多的模块，如ADC、DAC、ROM和PLL，不利于CMOS集成，且设计复杂、功耗大；②需要在两种工作模式间进行切换，不可避免地引进了开关噪声；③在VCO进行频率调制时，无法实时校正其中心频率。

当射频VCO进行频率调制时，尽管其瞬时频率变化很快，但其平均值或者中心频率却变化缓慢，可以用一个频率负反馈环路如FLL去实时校正它。图5-7给出了基于FLL的中心频率实时校正电路。它运用双通路射频VCO和环路带宽很窄的FLL，在实现快速调频的同时，进行慢速的巾心频率校正。

鉴频器采用时钟计数的方法检测中心频率偏差，控制后续的自加减计数器和△-ΣDAC，得到校正电压VCZL，后者调节VCO的校正通路，反向纠正中心频率偏差。FLL环路带宽由△-ΣDAC的RC滤波器的截止频率决定，尽可能小，但要能跟上中心频率随电源电压和温度的漂移速率。为了消除LC VCO可变电容管对△-ΣDAC馈入的kickback噪声，在电路中引入隔离驱动(Buffer)。为了抑制电源、地的共模噪声，使用了差分结构的DAC。为了降低校正环路的功耗．让大电流模块如高频电流模(CML)分频器，受duty-cycle时钟控制，工作在亚连续状态。当高频分频器不工作时，计数器的输出要保持不变，这时VCO的中心频率就锁存了，直到下一个duty-cycle周期到来继续校正，这样，就能在确保巾心频率实时校正的前提下，降低FLL环路的总功耗，

在传统的LC VCO或Ring VCO中，添加一路MOS可变电容管，或者添加一路V-to-Ⅰ转换电路，即可实现双通路VCO。考虑到射频VCO的中心频率在PVT下有±20%的偏差，同时要取得≥500 MHz的超宽带频谱，这些都要求VCO的调制增益和校正增益都要满足百MHz/V级别。因此，对于LC VCO而言，其传统结构中的隔直电容和电压偏置等模块必须去掉；数字分段调谐模块也不能使用。图5-8给出了适用于FM-UWB发射机的双通路LC VCO。FM-UWB利用VCO把三角波子载波的幅度信息转换为射频频率信息，这个幅度-频率转换过程最好是线性的，而LC VCO的增益却是非线性的，因为单端累积型MOS变容管的电压-电容曲线是非线性的。为了提高频率调制的线性度，采用差分调谐可变电容结构，而传统的基于分布式偏置的线性度优化方案不适合此类VCO。

中心频率故障处理

(1)中心频率测不出。这时，应先检查调制器振荡管是否起振，其方法是用万用表检查-19V电源是否引进，振荡管及射极输出器直流工作状态是否正常。再用超高频毫伏表测量振荡管集电极及射极输出器的输出端有无交流电压。哪一级无电压，则该级出故障的可能性较大，这时，可把该级三极管或可疑元件焊下用万用表检查，以判断好坏。

(2)中心频率偏高或偏低。如果调整W4时，中心频率还是偏高或偏低，须从下述几个方面去检查：

①电源电压是否正常，稳压二极管2CW3性能怎样：首先改变电源电压在±1V的范围内变动，看频率计数器上显示的频率读数变化有多大，如果稳压管性能良好，则频率不应有大于几十KHz的变化，如果变化较大，这说明稳压管有问题。

如认为2CW3性能不好，可打开调制器盖板，用万用表直流电压10V档测量稳压管两端电压，正常时应为9～10.5V，如果测得电压低予或高于这个范围，就需要更换稳压管。

②振荡槽路元件损坏。在调制器里，容易变坏的元件是聚酯乙烯电容(振荡回路电容和振荡管的耦合电容)失效(多数是开路)，此时，应更换新的电容。

③振荡槽路元件接触是否良好。

此外，由于调制器中没有自动频率微调以及恒温装置，调制器的中心频率将受环境温度变化的影响，温度升高则频率下降，在15～35℃之间中心频率约有100KHz的变化。

中心频率除受环境温度影响外，还随着槽路负载的变化以及电路中各种分布电容的影响，可能有几百KHz的变化。

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