北理工微波有源实验报告

1、本科实验报告实验名称： 微波有源器件实验 课程名称：微波工程导论实验时间：任课教师：实验地点：实验教师：实验类型：原理验证综合设计自主创新学生姓名：学号/班级：组号：学院：同组搭档：专业：成绩：微波有源器件实验一、 实验目的1. 掌握压控振荡器的工作原理，了解其性能指标。2. 学会用频谱仪对压控振荡器的性能指标进行测试。3. 掌握射频放大器的基本原理和设计方法。4. 利用实验模块实际测量，了解放大器的特性。5. 学会用频谱仪的测试结果提取放大器的主要参数。二、 实验设备1. 直流稳压电源2. AV1485信号源3. AV4062频谱仪4. 压控振荡器模块5. 放大器模块三、 实验原理频谱仪利用

2、频谱仪，这些频响数据能在示波管屏幕上准确直观地显示出来。此外，频谱仪比起示波器来讲对低电平的失真具有更高的灵敏性，可以准确直观地显示谐波失真。高的灵敏度和宽的动态范围也使频谱仪得以测量低电平调制：调幅，调频和脉冲调制的射频信号。频谱仪可以测量载波频率，调制频率，调制电平，和调制失真。也可测量变频器件的特性，如变频损耗、隔离度和失真度，从显示上即可读出。频谱仪还可用来测量长期和短期频率稳定度。诸如，振荡器的噪声边带，剩余调频和预热时间内的频率漂移都可通过频谱仪的已校准频宽被测得。压控振荡器压控振荡器是振荡频率受控制电压Vct控制的振荡器，即是一种频率电压变换器。输出频率=KVct，K是压控振荡器

3、控制灵敏度或者增益系数，单位为rads-1/V。压控振荡器主要有如下几种类型：LC压控振荡器、RC压控振荡器、负阻压控振荡器、晶体压控振荡器。压控振荡器的主要技术指标有：中心频率f0及频率变化范围、频率稳定度（短期和长期）、相位噪声、压控线性度、压控灵敏度其中频率源的相位噪声直接影响频率源的短期频率稳定度。频率源的短期频率稳定度有两种表征法，在频域用单边相位噪声功率表征，在时域则用阿伦方差表征。频域表征能较好地反映高频相位噪声对频率稳定度的影响。而时域表征能较好的反应低频相位噪声对频率稳定度的影响。在此只介绍更为常用的频域表征法。 频率稳定度的频域表征法是用单边（SSB）相位噪声谱密度表示。单

4、边相位噪声谱密度是指偏离载频fc一定量f处，单位频带内噪声功率PSSB相对于平均载波功率Pc比值的分贝值，使用模拟频谱仪测量单边带相位噪声谱密度公式如下：fm=N-A+C-10lgBn其中，fm为单边带相位噪声谱密度，单位dBc/Hz；N为偏离载频fm处的噪声功率电平，单位dBm；A为载波电平，单位dBm；C为频谱测量随机噪声修正值，对模拟频谱仪其值为2.5dB；Bn为频谱仪等效噪声带宽。宽带放大器其主要的技术指标有：1. 增益 增益是表示放大电路对有用信号的放大能力，通常用在中心频率上电压增益和功率增益两种方法表示：AV=VoViAP=PoPi式中Vo、Vi分别为放大电路中心频率上的输出、输

5、入电压幅度，Po、Pi分别为放大电路中心频率上的输出、输入功率。通常增益用dB表示。2. 工作稳定性是指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要性能的稳定程度。引起不稳定的原因，主要是寄生反馈作用。3. 噪声系数噪声系数是用来描述放大器本身产生噪声电平大小的一个参数。4. 增益平坦度(G)指在一定温度下，在整个工作频率范围内放大器增益变化的范围。增益平坦度由下式表示。G=Gmax-Gmin2其中：Gmax：增益频率扫频曲线的幅度最大值；Gmin：增益频率扫频曲线的幅度最小值。5. 1dB压缩点输出功率（P1dB）放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输

6、入功率线性增加。这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。图2-2放大器的输出功率和互调分量随输入功率的变化典型情况下，当功率超过1dB压缩点功率时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比P1dB大3-4dB。6. 放大器的动态范围低噪声放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范围。动态范围的上限取决于放大器的非线性性能，如P1dB和I

7、P3。动态范围的下限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数Nf给定时，输入信号功率允许最小值是：Pmin=NfkT0fmM其中：fm：微波系统的通频带（例如中频放大器通频带）；M：微波系统输出端允许的最小信噪比；T0：环境温度，293K。四、 实验内容、实验步骤1. 测量VCO的频率，频率覆盖范围，输出功率，线性度/伏，谐波分量，杂散。a) 将压控振荡器模块与电源与频谱仪连接好。b) 调节VCO的调谐电压Vtune至最小，观察AV4062频谱仪上所显示频率、功率、相位噪声（偏移载频1MHz、100KHz）、杂散等并记录。c) 调节VCO的调谐电压Vtune至最大（20V），观察AV4062频谱仪上

8、所显示频率、功率相位噪声（偏移载频1MHz、100KHz）、杂散等并记录。d) 调节VCO的调谐电压Vtune，观察AV4062频谱仪上所显示频谱的变化，并用MARKER跟踪，读出不同调谐电压下的频率值和功率值，给出压控线性图，同时观测VCO的二次谐波分量记录并比较。2. 用信号源和频谱分析仪测试放大器的增益及P1dB。a) 将放大器模块与电源、信号源和频谱仪连接好。b) 给放大器加电，不断改变输入功率大小，观察频谱分析仪上放大器的输出幅度，增益要求放大器工作在线性范围内，观察并记录测试值。c) 当增加信号输入到输入与输出信号不呈现线性变化，输出信号与输入信号压缩1dB时放大器输出功率即为放大

9、器的P1dB压缩点，观察并记录。d) 改变射频合成信号发生器AV1485频率，观察100MHz、1GHz、1.5GHz、2GHz、2.5GHz、的增益、输出功率并记录。五、 原始测试数据与实验数据处理压控振荡器测得调谐电压与输出频率的关系调谐电压（V）输出频率（GHz）输出功率（dBm）01.3613.451.5213.1101.8013.9152.1712.3202.304.0中心频率：1.8GHz频率覆盖范围：1.36GHz 2.30GHz输出功率：13.5dBm压控灵敏度：47MHz/V压控振荡器测得频点附近的杂散调谐电压（V）频率点（GHz）功率（dBm）51.518-201.5191

10、4.11.520-20杂散：-94dBc宽带放大器测得输出功率与输入功率之间的关系频率（MHz）输入功率（dBm）输出功率（dBm）增益（dB）100-830.838.8-731.638.6-632.038-532.337.31000-271138-201737-1522.137.1-1027.537.5-928.837.8-830.138.1-433.737.7-334372000-102434-331.134.1033.733.7134.133.1增益：38.8dB1dB压缩点：-5dBm增益：37.4dB增益平坦度：0.55dB1dB压缩点：-3dBm增益：34dB1dB压缩点：1dBm六、 结论通过频谱仪对VCO在不同输入电压下的输出频率和功率大小，发现当VCO的控制电压比较小时，输出频率比较纯，并且和控制电压近似成线性关系，输出功率大致保持不变，为13.5dB左右，当控制电压加到很大的时候，实验中加到了20V，输出频率就明显不满足前面的线性关系，并且很很大的调制分量和谐波分量，输出功率也骤降。通过测量放大器的频率和功率，我们发现此放大器的工作范围很宽，正常工作下，也就是输入功率比较小的情况下，放大器的增益，大概是37dB左右，并且随频率的升高而下降。放大器的1dB压缩点随频率的升高而上升。100MHz时观察频率杂散，发现增益小于1dB压缩点