18常用微波仪器的使用.doc

实验十八 常用微波仪器的使用实验十八 常用微波仪表的使用一、 实验目的1.了解常用仪器如频谱仪、扫频仪等的工作原理。2.正确使用频谱仪、扫频仪、标量网络分析仪。二、频谱仪工作原理频谱仪通常测量信号的频率、电压(或功率)并在显示器上显示出来，一般分为两种类型。一种是动态信号分析仪，也就是快速傅氏变换（FFT ）分析仪，它是在一个特定时间周期内对信号进行FFT 变换以获得频率、幅度和相位信息的，这种仪器能够分析周期和非周期信号，但频率测量上限较低。另一种是扫频调谐分析仪，它是一种超外差可调预选接收机，能对信号或由信号变换来的中频信号进行分析。它的主机测量频率范围高。当人们对测量频率范围、灵敏度等指标不断提出更高的要求时，超外差式频谱分析仪以其较高的频率分辨率、较快的测量速度、相对较低的成本而得到广泛应用。特别是近年来随着移动通信的快速发展，为了满足其测试和维修的需要，射频频谱分析仪市场需求越来越大。图23-1 所示为仪器的整机原理框图，主要包括变频模块、中频滤波及增益控制模块、检波模块、频率合成模块、显示模块以及中央处理器模块。第 一变频器第 三变频器第 二变频器F1IFF2IFF3IFRF射 频衰减器 F1Lo第一本振VCO带 宽滤波器包 络 检 波对数放大器定时、触发 电路数字检波器显示组件滤波器组 件低 通滤波器带 通滤波器步 进放大器800MHz合成器AD480MHz工控板图23-1 频谱分析仪整机原理框图图23-1 频谱分析仪整机原理框图9kHz 到2.9GHz 信号由射频输入端进入50dB 程控步进衰减器，衰减器受CPU 控制，按输入信号大小进行调整。然后进入低噪声放大器，用于提高整机的灵敏度。开关将不同频段的信号转换到相应的滤波支路以便抑制带外和镜像响应，信号经变频模块将各路信号变换为中频。再经过缓冲放大、程控带宽放大器、对数放大器得到对数/线性视频信号。程控带宽放大器和均衡器提供10Hz3MHz 等多档经过幅度和相位均衡的中频通道，在CPU 控制下与本振扫宽按最佳自适应。其后，信号经过信号处理模块，完成以下各种频谱、通信测量。2.1 射频模块原理射频模块原理框图如图4-2 所示。其主要功能是实现频率合成、变换和频率选择,即射频输入信号首先经程控步进衰减器(050 dB、10dB 步进)衰减，衰减量受CPU 控制，按输入信号图23-2 射频模块原理框图大小进行调整。衰减后的信号经滤波网络（抑制带外和镜像响应）到达第一混频器与第一本振混频得到第一中频；第一高中频和第二本振混频产生第二中频，第一低中频直通至第二中频。选通后的第二中频经滤波后送入第三混频器与第三本振混频，得到的21.4MHz 中频输出并送入中频部分进行处理。2.2 中频滤波及检波模块中频滤波部分的主要功能是实现21.4MHz 中频信号可选带通滤波，其中包括四级晶体滤波器，实现1K、3K、10K、30K 分辨力带宽；四级LC 滤波器，实现100K、300K、1M、3M 分辨力带宽，数字中频滤波器实现10Hz 到1kHz 分辨力带宽。步进为10dB 的50dB 可控中频增益以及调节范围大于20dB的校准放大器进行中频增益处理，而后送入检波模块。检波模块首先对中频信号进行对数和线性检波，得到的视频信号经A/D 转换后做数字信号处理，同时加入各种补偿数据，处理后的数据由LCD 显示。图23-3 所示为中频滤波及检波模块原理框图。三、扫频仪的工作原理在扫描电压发生器中产生了与外电网同频的限幅锯齿波及同步方波，限幅的锯齿波保证了扫描的线性。产生的锯齿波一路送X偏转放大器供显示器水平扫描用，一路及方波送扫描控制器。控制器主要进行信号交换，扫频方式选择，频标方式选择，以此来实现扫频振荡的扫宽控制，标记组合，平坦度补偿一系列功能。线性变换器接受从控制器来的010V锯齿波电压，通过二极管网络进行变换，产生一非线性电压送到扫频振荡器，来抵消由变容二极管产生的频率变化非线性。在扫频振荡器有两个，通过面板波段转换开关选择，扫频振荡器为一个固频振荡源和一个扫频振荡输出的正弦波信号经混频后产生01000MHz的差频信号并加放大后输出到宽带放大器。扫频振荡器为10002000MHz直接输出扫频信号送到宽带放大器。02000MHz的信号经宽带放大器放大后得到10mW信号。其一路经70dB衰减器输出，另一路送给频标发生器。同时从宽带放大器输出端检出电平反馈给AGC控制器及10dB衰减器，以实现输出一个平坦的稳幅扫频信号及其大小的控制。在频标发生器内由100MHz晶体振荡及分频产生的信号与放大器馈入的扫频信号经混频、阶跃、放大得到了差拍频菱形标志，再经限幅，迭加等变换成脉冲标志输出，再经控制器到Y偏转放大器。另外，从被测装置来的检波信号输入到Y增幅放大器。再由Y偏转放大器放大后送到显示器。显示出检测结果。四、仪器的正确使用在使用仪器仪表之前应认真阅读使用说明书，以便正确操作。在保证仪器仪表接地的情况下，才能打开仪器的电源开关。一般仪器的输入端、输出端、检波器是禁止带