北郵微波實(shí)驗(yàn)單元項(xiàng)目

1、北京郵電大學(xué)電磁場與電磁波測量實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 微波實(shí)驗(yàn)單元項(xiàng)目 學(xué)院： 電子工程學(xué)院 班級： 2014211202 執(zhí)筆者： 組員： 2017年4月目錄5.3.1頻譜分析儀的使用11.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備13.實(shí)驗(yàn)原理14.1單載波信號的頻譜測量24.1.1實(shí)驗(yàn)操作步驟24.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄34.2帶載波信號的雜散測量34.2.1實(shí)驗(yàn)操作步驟34.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄44.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析44.3相位噪聲測量44.3.1實(shí)驗(yàn)操作步驟44.3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄54.4幅頻特性測量64.4.1實(shí)驗(yàn)操作步驟64.4.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄65.3.2衰減器的特性測量71.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備73.實(shí)驗(yàn)

2、原理74.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容84.1衰減器的測量84.1.1實(shí)驗(yàn)操作步驟84.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄84.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析84.2幅頻特性測量94.2.1實(shí)驗(yàn)操作步驟94.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄94.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析105.3.3定向耦合器特性測量101耦合度測量102.插入損耗測量113.定向耦合器的隔離度測量134.耦合度幅頻特性測量145.3.4濾波器的特性以及測量141.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟142.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)16實(shí)驗(yàn)心得165.3.1頻譜分析儀的使用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解頻譜分析儀的工作原理，熟悉它的使用方法。2. 了解微波信號發(fā)生器的使用方法。 2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 頻譜分析儀2. 微波信號發(fā)生器 3.實(shí)驗(yàn)原

3、理頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（IF）再放大，濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系。較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助於寬頻帶信號的偵測，將增加雜訊底層值（Noise Floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強(qiáng)度的信號易產(chǎn)生阻礙

4、，因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。4.1單載波信號的頻譜測量4.1.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1.按照下圖連接測試微波信號發(fā)生器頻譜分析儀2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（900MHz、10dBm）3.設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。4.用峰值搜索功能測量信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.1中。5.用差值光標(biāo)功能測量信號和噪聲的相對電平（信噪比），同時記錄頻譜分析儀的分辨率和帶寬設(shè)置。4.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4.1單載波信號的頻譜圖頻率設(shè)置（MHz）850MHz900MHz950M

5、Hz電平設(shè)置（dBm）-10dBm-15dBm-20dBm實(shí)測頻率（MHz）849.98899.98949.98實(shí)測電平（dBm）-10.09-15.5320.30信噪比（dB/RBW）-50.35-59.52-55.194.2帶載波信號的雜散測量4.2.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出制定頻率和功率的正弦波（850MHz、-20dBm）2.設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。3.用頻譜分析儀測量輸出信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.2中4.增加頻譜分析儀的掃描帶寬，如100MHz,用手動設(shè)置功能適當(dāng)減小

6、頻譜分析儀的分辨率帶寬，觀察頻譜圖的變化，直到觀測到雜散信號為止。5 在頻譜圖中確定最大雜散信號，用差值光標(biāo)功能測量信號和最大雜散信號的相對電平（雜散抑制度）4.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4.2雜散波測量信號頻率（MHz）信號電平（dBm）雜散抑制度（dB）850-20.54-62.44900-20.97-60.95950-21.26-58.714.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析雜散信號產(chǎn)生原因：過度激勵分析儀的輸入可能會導(dǎo)致雜散信號。4.3相位噪聲測量4.3.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1. 設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-10dBm）2. 設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻

7、率，設(shè)置掃描帶寬為50KHz，設(shè)置合適的分辨率帶寬和視頻帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。2. 用峰值搜索功能測量信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.3中。3. 用差值光標(biāo)和噪聲光標(biāo)功能測量偏離信號10KHz的相位噪聲，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.3中。4. 將掃描帶寬設(shè)置為500KHz，設(shè)置合適的分辨率帶寬和掃描帶寬，利用同樣的方法測量偏離信號100KHz的相位噪聲，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.3中。5. 改變輸出頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.3中。4.3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表4.3 相位噪聲測量信號頻率（MHz）信號電平（dBm）相位噪聲（dB/Hz）偏離10KHz偏離100KHz

8、850（-10 dBm）-10.03-51.62-67.33900（-15 dBm）-10.52-47.98-65.42950（-20 dBm）-10.81-43.73-64.264.4幅頻特性測量4.4.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1. 設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-20dBm）2. 設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬（如100MHZ），適當(dāng)調(diào)整參考電平，是頻譜圖顯示在合適位置。3. 設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大保持值。4. 按照一定的步進(jìn)（如0.1MHZ），用手動旋鈕在指定頻率范圍內(nèi)（如830-870MHZ）調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻

9、率，觀察頻譜分析儀現(xiàn)實(shí)的幅頻特性曲線。5. 用峰值搜索功能測量輸出信號在指定頻帶內(nèi)的最高電平，測試數(shù)據(jù)并記錄到表中4.4。6. 用差值光標(biāo)功能測量輸出信號在指定頻帶內(nèi)的幅頻特性，測試數(shù)據(jù)并記錄到表中4.4。7. 改變測試頻率范圍，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.4中。4.4.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4 幅頻特性測量頻率范圍 （MHz）最高電平（dBm）幅頻特性（dBp-p/帶寬）85020-20.560.50/40=0.012590020-21.010.44/40=0.01195020-21.370.34/40=0.00855.3.2衰減器的特性測量1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解衰減器的特性，掌握衰減器的測量

10、方法2 學(xué)會測量衰減器的幅頻特性2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備1微波信號發(fā)生器2衰減器3頻譜分析儀頻譜分析儀被測衰減器微波信號發(fā)生器3.實(shí)驗(yàn)原理功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。衰減器是在指定的頻率范圍內(nèi)，一種用以引入一預(yù)定衰減的電路。一般以所引入衰減的分貝數(shù)及其特性阻抗的歐姆數(shù)來標(biāo)明。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1衰減器的測量4.1.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-10dBm和-20dBm）。2.將輸入和輸入電纜短接。用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.1中。3.接入被測衰減器，用頻譜分析儀測量衰減器的輸出信號電平，

11、計(jì)算衰減器的衰減量以及與標(biāo)稱值的誤差，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.1中。4.改變微波信號發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.1中。4.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4.1測試頻率（MHz）輸入信號電平（dBm）輸出信號電平(dBm)衰減量（dBm）標(biāo)稱誤差（dB）850-20.62-30.439.810.19900-21.11-30.969.850.15950-21.39-31.389.990.014.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析衰減量=輸出信號電平-輸入信號電平以標(biāo)準(zhǔn)衰減量10dB來計(jì)算的。相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算過程如下：850MHz:衰減量=-20.62-（-30.43）=9.81；標(biāo)稱誤差=10-9.81=

12、0.19；900MHz:衰減量=-21.11-(-30.96)=9.85； 標(biāo)稱誤差=10-9.85=0.15；950MHz:衰減量=-21.39-(-31.38)=9.99； 標(biāo)稱誤差=10-9.99=0.01；可見：誤差在允許的范圍內(nèi)可以被接受。4.2幅頻特性測量4.2.1實(shí)驗(yàn)操作步驟1. 設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-20dBm）。2. 將輸入和輸入電纜短接，用頻譜分析儀測量并記錄衰減器的輸入信號電平。3. 接入被測衰減器。設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率（如850MHz），設(shè)置合適的掃描帶寬（如100MHz），適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位

13、置。4. 設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大保持功能（TraceTrace typeMax Hold）。5. 按照一定的步進(jìn)（如0.1MHz），用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)調(diào)整微博信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜儀上顯示出幅頻特性曲線。6. 根據(jù)頻譜分析儀顯示的幅頻特性曲線，測量并計(jì)算衰減器在指定頻帶內(nèi)的最小衰減量和幅頻特性，測試數(shù)據(jù)記錄到表4.2中。4.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4.2幅頻特性測量頻率范圍（MHz）最小衰減量幅頻特性（dBp-p/帶寬）85020-10.530.4/40=0.01090020-11.050.34/40=0.008595020-11.390.28/40=0.0074.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)

14、據(jù)分析1.信號輸入端的功率為P1，而輸出端得功率為P2，衰減器的功率衰減量為A（dB）。若P1 、P2 以分貝毫瓦（dBm）表示，則兩端功率間的關(guān)系為 P2（dBm）= P1（dBm） A（dB）2. 最小衰減量=衰減器輸入信號電平-衰減后的最大信號電平頻率范圍（MHz）衰減器輸入信號（dBm）衰減后的最大信號（dBm）最小衰減量（dB）830870-20.62-10.09-10.53880920-21.11-10.06-11.05930970-21.39-10-11.393.幅頻特性=最小衰減量/帶寬，由微波信號發(fā)生器的頻率范圍可知衰減器的工作帶寬是40MHz頻率范圍（MHz）最小衰減量（d

15、B）幅頻特性（dBp-p/40MHz）830870-10.530.4/40=0.010880920-11.050.34/40=0.0085930970-11.390.28/40=0.0075.3.3定向耦合器特性測量1耦合度測量 （1）按照下圖連接測試系統(tǒng)： （2）設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號； （3）將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸入端口的輸入電平信號，記錄測試數(shù)據(jù)； （4）接入被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器耦合端口的輸出信號電平，計(jì)算定向耦合器的耦合度，記錄數(shù)據(jù)； （5）改變測試頻率，重復(fù)以上操作。測試頻率（MHz)850900950端口1

16、輸入功率（dBm）-20.62-21.11-21.39端口3輸入功率（dBm）-30.41-30.48-30.48耦合度(dB)9.799.379.09分析：設(shè)端口1輸入功率為P1,端口3輸入功率為P3 ，則耦合度L應(yīng)該為L= P1/P3 ; 轉(zhuǎn)換為dB 值即為 L(dB)=10lgL = 10lg P1 - 10lg P3 。根據(jù)推導(dǎo)出來的公式和測量數(shù)據(jù)，可以計(jì)算相應(yīng)的耦合度為：850MHz: 30.41-20.62=10.62 ； 900MHz: 30.48-21.95= 9.37 ；950MHz: 30.48-21.39=9.09 ；2.插入損耗測量 （1）按照如圖所示連接測試系統(tǒng)：（2

17、）設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；（3）將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸入端口的輸入信號電平，記錄測試數(shù)據(jù)；（4）接入被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口的輸出信號電平，計(jì)算定向耦合器額插入損耗和傳輸損耗，記錄數(shù)據(jù)；（5）改變測試頻率，重復(fù)以上操作。耦合度（dB）/耦合損耗（dB）測試頻率（MHz）850900950端口1輸入功率（dBm）-20.62-21.11-21.39端口2輸入功率（dBm）-21.72-21.98-22.38插入損耗（dB）1.10.870.99傳輸損耗（dB）0.640.410.53分析：耦合損耗=設(shè)端口1輸入功率為

18、P1,端口2輸入功率為P2 ，則插入損耗IL應(yīng)為： IL= -10lgP2/P1 = -10lg P2 + 10lg P1 。則相應(yīng)的插入損耗計(jì)算如下：850MHz：21.72-20.62=1.1 ；900MHz:21.98-21.11=0.87 ；950MHz：22.38-21.39=0.99；傳輸損耗 TL 應(yīng)該為 ：TL = -10lgP3/P2= 10lg P2-10lg P3 。則相應(yīng)的傳輸損耗計(jì)算如下：850MHz：1.1-0.46=0.64 ； ; 900MHz：0.87-0.46=0.41 ；950MHz：0.99-0.46=0.53 ；3.定向耦合器的隔離度測量1. 按照下圖

19、連接測試系統(tǒng)：2. 設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；3. 將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量并記錄定向耦合端口的輸入信號電平，記錄測量數(shù)據(jù)；4. 接入被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口的輸出信號電平，計(jì)算端口隔離度，記錄測量數(shù)據(jù)；5. 改變測試頻率，重復(fù)以上操作。定向耦合器的隔離度測量測試頻率(MHz)850900950耦合端口3輸入功率（dBm）-20.62-21.11-21.39輸入端口2輸出功率(dBm)-38.03-37.64-37.312、3端口隔離度(dB)17.4116.5315.92分析：隔離度的計(jì)算公式如下：D=10lgP3/P2=10l

20、gP3-10lgP2;因此相應(yīng)頻率的隔離度的計(jì)算如下：850MHz;38.03-20.62=17.41 ； 900MHz;37.64-21.11=16.53 ；950MHz;37.31-21.39=15.92 ；4.耦合度幅頻特性測量（1）設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；（2）將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量并記錄衰減器的輸入信號電平；（3）接入被測定向耦合器，設(shè)置頻譜分析引的中心頻率為指定頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置；（4）設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能；（5）按照一定的步進(jìn)，用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)調(diào)整微波信號發(fā)生器的

21、輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出幅頻特性曲線；（6）根據(jù)頻譜分析儀顯示的幅頻特性曲線，測量并計(jì)算衰減器在指定頻帶內(nèi)的耦合度的最小值和幅頻特性，記錄測量數(shù)據(jù)。頻率范圍（MHz）最小衰減量幅頻特性（dBp-p/帶寬）85020-10.511.1/40=0.027890020-11.860.54/40=0.013495020-12.310.43/40=0.0115.3.4濾波器的特性以及測量1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟傳輸特性的測量1.按照下圖所示連接測試系統(tǒng)2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如850MHz、-20dBm）.3.將輸入和輸出電纜短接。用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平。4.接入被測濾波器。設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率（如880MHz），設(shè)置合適的掃描帶寬（如80M