北邮电磁场与微波实验5.3微波单元项目

1、电子工程学院电磁场微波测量实验5.3微波实验单元项目组员：2015-5-3执笔：北京邮电大学目录5.3.1频谱分析仪的使用1一、实验目的1二、实验设备1三、实验原理1四、实验内容2A.单载波信号的频谱测量2B.带载波信号的杂散测量3C.相位噪声测量4D.幅频特性测量55.3.2衰减器的特性测量7一、实验目的7二、实验仪器7三、实验内容75.3.3定向耦合器特性测量8A.耦合度测量8B.插入损耗测量9C.定向耦合器的隔离度测量105.3.4滤波器的特性及测量11实验总结125.3.1频谱分析仪的使用一、 实验目的1. 了解频谱分析仪的工作原理，熟悉它的使用方法2. 了解微波信号发生器的使用方法二

2、、 实验设备1. 频谱分析仪2. 微波信号发生器三、 实验原理频谱分析系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。频谱分析仪依信号处理方式的不同，一般有两种类型；即时频谱分析仪（Real-Time Spectrum Analyzer）与扫描调谐频谱分析仪（Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器（Detector)，再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT或液晶等显示仪器上进行显示，其优点是能显示周期性杂散波（Periodic Random Waves）的瞬间反

3、应，其缺点是价昂且性能受限于频宽范围，滤波器的数目与最大的多工交换时间（Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪，其基本结构类似超外差式接收器，工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器，可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器与输入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大，滤波与检波传送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系。较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测，低的RBW将滤除较高频率的信号成份，导致信号显示时产生失真，失真值与设定的RBW密切相关，较高的RBW固然有助於宽频带信

4、号的侦测，将增加杂讯底层值（Noise Floor），降低量测灵敏度，对於侦测低强度的信号易产生阻碍，因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。四、 实验内容A. 单载波信号的频谱测量a) 实验操作步骤1. 按照下图连接测试频谱分析仪微波信号发生器图 12. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（900MHz、10dBm）3. 设置频谱分析仪的中心频率为微波信号发生器的输出频率，设置合适的扫描带宽，适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置。图24. 用峰值搜索功能测量信号的频率和电平，测试数据记录到表4-1中5. 用差值光标功能测量信号和噪声的相对电平（信噪比），同时记录

5、频谱分析仪的分辨率和带宽设置b) 实验数据记录 表1频率设置（MHz）850MHz900MHz950MHz电平设置（dBm）-10dBm-15dBm-20dBm实测频率（MHz）849.983899.983949.983实测电平（dBm）-9.37-13.77-20.36信噪比（dB/RBW）-50.48-52.10-48.36B. 带载波信号的杂散测量a) 实验操作步骤1. 设置微波信号发生器输出制定频率和功率的正弦波（850MHz、-20dBm）2. 设置频谱分析仪的中心频率为微波信号发生器的输出频率，设置合适的扫描带宽，适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置。3. 用频谱分析仪测量输出

6、信号的频率和电平，测试数据记录到表4.2中4. 增加频谱分析仪的扫描带宽，如100MHz,用手动设置功能适当减小频谱分析仪的分辨率带宽，观察频谱图的变化，直到观测到杂散信号为止。图35. 在频谱图中确定最大杂散信号，用差值光标功能测量信号和最大杂散信号的相对电平（杂散抑制度）b) 实验数据记录表2信号频率（MHz）信号电平（dBm）杂散抑制度（dB）850-20.69-64.94900-19.22-64.50950-20.00-69.84c) 实验数据分析杂散信号产生原因：过度激励分析仪的输入可能会导致杂散信号。C. 相位噪声测量a) 实验操作步骤1. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单

7、载波信号（850MHz、-10dBm）2. 设置频谱分析仪的中心频率为微波信号发生器的输出频率，设置扫描带宽为50KHz，设置合适的分辨率带宽和视频带宽，适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置图43. 用峰值搜索功能测量信号的频率和电平，测试数据记录到表4.3中4. 用差值光标和噪声光标功能测量偏离信号10KHz的相位噪声，测试数据记录到表4.3中5. 将扫描带宽设置为500KHz，设置合适的分辨率带宽和扫描带宽，利用同样的方法测量偏离信号100KHz的相位噪声，测试数据记录到表4.3中6. 改变输出频率，重复以上测量，测试数据记录到表4.3中b) 实验数据记录 表3信号频率（MHz）信号电

8、平（dBm）相位噪声（dB/Hz）偏离10KHz偏离100KHz850-9.32-57.84-78.03900-8.80-49.64-79.32950-9.78-49.64-78.60D. 幅频特性测量a) 实验操作步骤1. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号。2. 设置频谱分析仪的中心频率为微波信号发生器的输出频率,设置合适的扫描带宽,适当调整参考电平,使频谱图显示在合适的位置。3. 设置频谱分析仪的轨迹为最大值保持功能。 4. 按照一定的步进（0.1MHz），用手动旋钮在指定的频率范围内（+20MHz）调整微波信号发生器的输出频率，观测频谱分析仪显示的幅频特性曲线。图55.

9、用峰值搜索功能测量输出信号在指定频带内的最高电平，测试数据记录到表4-4中。6. 用差值光标功能测量输出信号在指定频带内的幅频特性，测试数据记录到表4-4中。7. 改变测试频率范围，重复以上测量，测试数据记录到表5-5中。b) 实验数据记录表4幅频特性测量频率范围（MHz）最高电平（dBm）幅频特性（dB/带宽）850+20-20.970.0325900+20-20.880.0275950+20-19.830.30255.3.2衰减器的特性测量一、 实验目的 1. 熟练掌握频谱分析仪的使用2. 了解衰减器对微波信号的衰减机理以及相关特性。二、 实验仪器 微波信号发生器、衰减

10、器（10db），频谱分析仪三、 实验内容A. 实验操作步骤1. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz、-10dBm和-20dBm）。2. 将输入输出电缆短接。用频谱分析仪测量衰减器的输入信号电平，测试数据记录到表格1中。3. 接入被测衰减器。用频谱分析仪测量衰减器的输出信号电平，计算衰减器的衰减量以及与标称值得误差，测试数据记录到表格1中。4. 改变微波信号发生器的输出频率，重复以上测量，测试数据记录到表格1中标称值（10dBm）B. 实验数据记录表5 衰减器的衰减量测量测试频率（MHz）输入信号电平（dBm）输出信号电平（dBm）衰减量（dBm）标称误差（dB）误

11、差率(%)850 -9.37 -19.91 10.540.545.4%900 -13.77 -24.07 10.300.303.0%950-20.36 -30.75 10.390.393.9%C. 实验数据分析因为我们本次实验并没有对应的衰减器，因此使用的衰减器是PIN衰减器，上面标明的衰减量为>=10dB,而实际上要求用的衰减器其衰减量为10dB，因此在计算标称误差的时候，是以标准衰减量10dB来计算的。相应的数据计算过程如下：衰减量=输出信号电平-输入信号电平;标称误差=衰减量-10;误差率=标称误差/10*100%误差率在3%-5%之间,实验结果满足要求。5.3.3定向耦合器特性测

12、量A. 耦合度测量a) 实验操作步骤1. 按照下图连接测试系统： 图12. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号；3. 将输入和输出电缆短接，用频谱分析仪测量定向耦合器输入端口的输入电平信号，记录测试数据；4. 接入被测定向耦合器，用频谱分析仪测量定向耦合器耦合端口的输出信号电平，计算定向耦合器的耦合度，记录数据；5. 改变测试频率，重复以上操作。b) 实验数据记录表6 定向耦合器的耦合度测量测试频率（MHz)850900950端口1输入功率（dBm）-9.37-13.77-20.36端口3输入功率（dBm）-20.27-24.77-30.62耦合度(dB)10.9011.0010

13、.26c) 实验数据分析设端口1输入功率为P1,端口3输入功率为P3 ，则耦合度L应该为L= P1/P3 ; 转换为dB 值即为 L(dB)=10lgL = 10lg P1 - 10lg P3 。根据推导出来的公式和测量数据，可以计算相应的耦合度B. 插入损耗测量a) 实验操作步骤1. 按照如图所示连接测试系统：图 22. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号；3. 将输入和输出电缆短接，用频谱分析仪测量定向耦合器输入端口的输入信号电平，记录测试数据；4. 接入被测定向耦合器，用频谱分析仪测量定向耦合器输出端口的输出信号电平，计算定向耦合器额插入损耗和传输损耗，记录数据；5. 改变

14、测试频率，重复以上操作。b) 实验数据记录表7 定向耦合器的插入损耗测量耦合度（dB）/耦合损耗（dB）测试频率（MHz）850900950端口1输入功率（dBm）-9.37-13.77-20.36端口2输入功率（dBm）-11.03-15.07-21.83插入损耗（dB）1.661.301.47传输损耗（dB）9.249.708.79c) 实验数据分析设端口1输入功率为P1,端口2输入功率为P2 ，则插入损耗IL应为： IL= -10lgP2/P1 = -10lg P2 + 10lg P1 。则相应的插入损耗=端口1输入功率-端口2输入功率传输损耗 TL 应该为 ：TL = -10lgP3/

15、P2= 10lg P2-10lg P3 。则相应的传输损耗=端口2输入功率-端口3输入功率C. 定向耦合器的隔离度测量a) 实验操作步骤1. 按照下图连接测试系统：图32. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号；3. 将输入和输出电缆短接，用频谱分析仪测量并记录定向耦合端口的输入信号电平，记录测量数据；4. 接入被测定向耦合器，用频谱分析仪测量定向耦合器输出端口的输出信号电平，计算端口隔离度，记录测量数据；5. 改变测试频率，重复以上操作。b) 实验数据记录表8 定向耦合器的隔离度测量测试频率(MHz)850900950耦合端口3输入功率（dBm）-9.37-13.77-20.36

16、输入端口2输出功率(dBm)-11.01-23.74-29.012、3端口隔离度(dB)1.649.978.65d) 实验数据分析隔离度的计算公式如下：D=10lgP3/P2=10lgP3-10lgP2;端口隔离度=耦合端口3输入功率-输入端口2输出功率5.3.4滤波器的特性及测量滤波器频谱分析仪微波信号发生器a) 实验操作步骤图 11. 按图所示连接测试系统。2. 设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz、-20dBm）.3. 将输入和输出电缆短接。用频谱分析仪测量衰减器的输入信号电平。4. 接入被测滤波器。设置频谱分析仪的中心频率为指定频率（如880MHz），设置合

17、适的扫描带宽（如80MHz），适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置。5. 按照一定的步进（如1MHz），用手动旋钮在指定的频率范围内（如840920MHz）调整微波信号发生器的输出频率，在频谱分析仪上观察扫描带宽是否合适，根据观测结果适当调整频谱分析仪的扫描线。6. 设置频谱分析仪的轨迹为最大值保持功能（TraceTrace TypeMax Hold）。7. 按照一定的步进（如0.1MHz），用手动旋钮在指定的频率范围内（如830870MHz）调整微波信号发生器的输出频率，在频谱分析仪上观察扫描带宽是否合适，根据观测结果适当调整频谱分析仪的扫描线。8. 根据频谱分析仪显示的幅频特性曲线，测量并计算滤波器的中心频率、3db带宽、插入损耗、带内波动。裙带带宽、带外抑制度等指标，测量数据记录在数据表格中。9. 将滤波器的输入和输出端口互换、重复上述测量。观察幅频特性曲线的变化并进行分析。b) 幅频特性曲线图2 带通滤波器的幅频特性曲线c) 实验数据分析表9 滤波器的传输特性测量中心频率（MHz）3dB带宽(MHz)插入损耗(dB)带内波