北郵電磁場與電磁波實(shí)驗(yàn)一二

1、實(shí)驗(yàn)一 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)變的本地振蕩經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)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固然有助于不同頻率信號的分辨與測量，低的RBW將濾出較高的頻率的信號成分

2、，導(dǎo)致信號顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助于寬頻帶信號的偵測，將增加雜訊底層值，降低量測靈敏度，對于偵測低強(qiáng)度的信號易于產(chǎn)生障礙，因此適應(yīng)的RBW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1. 單載波信號的頻譜測量4.1.1. 實(shí)驗(yàn)操作步驟微波信號發(fā)生器頻譜分析儀1. 按照下圖連接測試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)置合適的掃描寬帶，適合調(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)記錄在表4.

3、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(shí)記錄頻率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 單載波信號的頻譜測量頻率設(shè)置（MHz）850900950電平設(shè)置（dBm）-10-15-20實(shí)測頻率（MHz）849.17898.67949.71實(shí)測電平（dBm）-6.94-12.67-18.87信噪比（dB/RBw）-51.52-46.14-36.924.2. 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)生器輸出指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)生率的輸出頻率，設(shè)置合適的掃

4、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，測量數(shù)據(jù)記錄到表4.2中；4. 增加頻譜分析儀的掃描帶寬，用手動設(shè)置功能適當(dāng)減小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)記錄及圖像表4.2 雜散波測量信號頻率（MHz）信號電平（dBm）雜散抑制度（dB）850-17.12-47.89900-18.97-46.71950-19.96-46.354.2.3. 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

5、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（850MH，-10dBm）;2. 設(shè)置頻譜頻譜儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，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)整參考電平是頻譜圖顯示在合適的位置；3. 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；4. 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4.3中；5. 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

6、中；6. 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100KHz850-7.98-70.30-94.7900-8.85-53.96-78.12950-9.74-51.46-73.734.4. 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)生器的輸出功率，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

7、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)生器的輸出功率，觀察頻率分析儀顯示的幅頻特性曲線；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4.4中；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4.4中；7. 改變測試頻率范圍，重復(fù)以上測量。表4.4 幅頻特性測量頻率范圍（MHz）最高電平（dBm）幅頻特性（dBp-p/帶寬）850±20-18.421.03/40=0.026900±20-18.801.12/40=0.0289

8、50±20-19.641.26/40=0.032實(shí)驗(yàn)二 衰減器的特性1. 實(shí)驗(yàn)原理頻譜分析儀被測衰減器微波信號發(fā)生器2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1. 衰減器的測量2.1.1. 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（如850MHz，-20dBm）；2. 將輸入輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平，測試數(shù)據(jù)表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，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1中。2.1.2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1. 衰減器的衰減量測量測試

9、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）850-8.43-18.6410.210.21900-9.09-19.3110.220.22950-10.05-20.2310.180.182.2. 幅頻特性測量2.2.1. 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（如850MHz，-20dBm）；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置；4.

10、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)（如0.1MHz），用手動旋鈕在指定的頻率范圍，調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出幅頻特性曲線；6. 根據(jù)頻譜分析儀顯示的頻譜特性曲線，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2中。2.2.2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表二 衰減器的幅頻特性測量頻率范圍（MHz）最小衰減量幅頻特性（dBp-p/帶寬）850±209.901.02/40=0.026900±209.441.13/40=0.028950±209.351.18/40=0.030實(shí)驗(yàn)三3.1. 耦合度測量1. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

11、頻譜分析儀匹配負(fù)載定向耦合器微波信號發(fā)生器2. 實(shí)驗(yàn)步驟1) 按照上圖連接測試系統(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（如850MHz，-20dBm）；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1的輸入信號電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表3中；4) 接入被測定向耦合器（注意輸出端口接匹配負(fù)載）。用頻譜分析儀測量定向耦合器耦合端口3的輸出信號電平，計(jì)算定向耦合器的耦合度，測試數(shù)據(jù)記錄到表4中；5) 改變測試頻率，重復(fù)以上測量，記錄數(shù)據(jù)到表4中。3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表4. 定向耦合器的耦合度測量測試頻率（MHz）850900950端口1輸入功率（dBm）-18.70-19.

12、42-20.40端口3輸入功率（dBm）-27.84-30.32-32.49耦合度（dB）9.1410.9012.093.2. 插入損耗測量1. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2. 實(shí)驗(yàn)步驟1) 按照上圖連接測試系統(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（如850MHz，-20dBm）；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1的輸入信號電平，記錄到表5中；4) 接入被側(cè)定向耦合器（注意耦合端口3接匹配負(fù)載）。用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口2的輸出信號電平，計(jì)算定向耦合器的插入損耗和傳輸損耗，測試數(shù)據(jù)記錄到表5中；5) 改版測試頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表5中。3

13、. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)耦合度（dB）/耦合損耗（dB）測試頻率（MHz）850900950端口1輸入功率（dBm）-18.70-19.42-20.40端口2輸入頻率(dBm)-19.83-20.18-21.38插入損耗(dB)1.130.760.98傳輸損耗(dB)8.0110.1411.11分析：插入損耗（IL）=-10lgP2P1=-10lgP2+10lgP1傳輸損耗 （TL）=-10lgP3P2=-10lgP3+10lgP2由表5可知，頻率變化時(shí)，插入損耗有一定的變化，說明插入損耗與頻率有關(guān)。3.3. 定向耦合器的隔離度測量1. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2. 實(shí)驗(yàn)步驟1) 按照上圖連接測試系統(tǒng)（測量2、3端口的隔

14、離度）；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，用頻譜分析儀測量并記錄定向耦合器耦合端口3的輸入信號電平，將測試數(shù)據(jù)記錄到表6中；4) 接入被測定向耦合器（注意輸入端口1接匹配負(fù)載）。用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口2的輸出信號電平，計(jì)算2、3端口之間的隔離度，測試數(shù)據(jù)記錄在表6中；5) 改變測試頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)列入表6中。3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表6. 定向耦合器的隔離度測量測試頻率（MHz）850900950耦合端口3輸入頻率(dBm)-18.70-19.42-20.40輸出端口2輸出頻率(dBm)-34.83

15、-35.17-35.3323端口隔離度（dB）16.1315.7514.933.4. 幅頻特性測量1. 實(shí)驗(yàn)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（如850MHz、-20dBm）;2) 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)置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率，設(shè)置合適掃描帶寬，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)生器的輸出功率，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

16、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，測試數(shù)據(jù)記錄在表7中。2. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表7 幅頻特性測量頻率范圍（MHz）最高電平（dBm）幅頻特性（dBp-p/帶寬）850±20-27.832.24/40=0.056900±20-28.922.52/40=0.063950±20-30.851.99/40=0.050實(shí)驗(yàn)四4.1. 傳輸特性測量1. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)頻譜分析儀濾波器微波信號發(fā)生器2. 實(shí)驗(yàn)步驟1) 按照上框圖連接測試系統(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（如880MHz、-20dBm）;3) 將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量并

17、記錄濾波器的輸入信號電平；4) 接入被測濾波器，設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為濾波器的標(biāo)稱中心頻率，掃描帶寬大于濾波器的標(biāo)稱帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置；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)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上觀察掃描帶寬是否合適，根據(jù)觀測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整頻譜分析儀的掃描帶寬；6) 設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能；7) 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)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出濾波器的幅頻特性曲線；8) 根據(jù)頻譜分析儀現(xiàn)實(shí)的頻譜特性曲線，測量并計(jì)算濾波器的中心頻率，3dB帶寬，插入損耗，帶內(nèi)波動，裙帶帶寬，帶外抑制度等指標(biāo)，測量數(shù)據(jù)記錄到表8中；9) 將濾波器的輸入和輸出端口互換，重復(fù)以上測量，觀察幅頻特性曲線的變化并進(jìn)行分析。3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表8 濾波器的傳輸特性測量中心頻率（MHz）3dB帶寬(MHz)插入損耗