北邮电磁场实验-微波实验单元项目.doc

电磁场与微波技术
测量与仿真

题 目 5.3 微波实验单元项目
姓 名
学 院 电子工程学院
班 级 2012
学 号 2012

2015年 5月

微波实验单元项目
实验一 频谱分析仪的使用
1.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
2. 实验设备
1. 频谱分析仪
2. 微波信号发生器
3. 实验原理

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。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号的侦测，将增加杂讯底层值（Noise Floor），降低量测灵敏度，对于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。
4. 实验内容
4.1单载波信号的频谱测量
4.1.1实验操作步骤
1.按照下图连接测试

微波信号发生器

频谱分析仪

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（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。

4.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），同时记录频谱分析仪的分辨率和带宽设置
4.1.2实验数据记录

表4.1单载波信号的频谱测量
频率设置（MHz）
850
900
950
电平设置（dBm）
-10
-15
-20
实测频率（MHz）
850.312
900.28
950.80
实测电平（dBm）
-10.7
-16.1
-22.2
信噪比（dB/RBW）
88.19
83.60
88.31
4.2带载波信号的杂散测量
4.2.1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。

5．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）
4.2.2实验数据记录及图像
表4.2杂散波测量
信号频率（MHz）
信号电平（dBm）
杂散抑制度（dB）
850
-10.7
-50.5
900
-16.1
-55.2
950
-22.2
-53.6

4.2.3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。
4.3相位噪声测量
4.3.1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（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

3. 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
4.3.2实验数据记录

表4.3 相位噪声测量

信号频率（MHz）

信号电平（dBm）
相位噪声（dB/Hz）
偏离10KHz
偏离100KHz
850（-10 dBm）
-10.9
-24.43
-42.2
900（-15 dBm）
-16.2
-31.61
-59.6
950（-20 dBm）
-23.44
-40.05
-66.9
4.4幅频特性测量
4.4.1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（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（如100MHZ），适当调整参考电平，是频谱图显示在合适位置。
3.设置频谱分析仪的轨迹为最大保持值。
4.按照一定的步进（如0.1MHZ），用手动旋钮在指定频率范围内（如830-870MHZ）调整微波信号发生器的输出频率，观察频谱分析仪现实的幅频特性曲线。

5. 用峰值搜索功能测量输出信号在指定频带内的最高电平，测试数据并记录到表中4.4。
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，测试数据并记录到表中4.4。
7. 改变测试频率范围，重复以上测量。
4.4.2实验数据记录及图像
表4.4幅频特性测量

频率范围（MHz）
最高电平（dBm）
幅频特性/dBp-p/带宽
850±20
-20.97
1.3/40=0.033
900±20
-20.88
1.1/40=0.028
950±20
-18.4
1.50/40=0.0375
4.5衰减器的特性测量

实验按照上图连接测试。
4.5.1衰减器测量

4.5.1.1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、-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4.5中。
4.5.1.2实验数据记录

表4.5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）
850
-10
-21.2
11.2
1.2
900
-15
-26.1
11.1
1.1
950
-20
-33.4
13.4
3.4

分析：
因为我们本次实验使用的衰减器是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。可见：误差在允许的范围内可以被接受。
4.5.2幅频特性测量
4.5.2.1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、-20dBm）。
2.将输入和输出电缆短接。用频谱分析仪测量并记录衰减器的输入信号电平。
3.接入被测衰减器。设置频谱分析仪的中心频率为指定频率（如850MHZ），设置合适的扫描带宽（如100MHZ），适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置。
4.设置频谱分析仪的轨迹为最大保持功能（Trace->Trace type àMax hold）.
5.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830~870MHZ），调整微波信号发生器的输出频率,在频谱分析仪上显示幅频特性曲线。
6.根据频谱分析仪显示的幅频特性曲线，测量并计算衰减器在指定频带内的最小衰减和幅频特性，测试数据记录到表4.6中。
4.5.2.2实验数据记录

表4.6 衰减器的幅频特性测量

频率范围（MHz）
最小衰减量/dbm
幅频特性（dBp—p/带宽）
830~870
-20.8
1.32/40=0.033
880~920
-26.8
1.06/40=0.027
930~970
-32.5
1.49/40=0.037

4.6定性耦合器特性测量
4.6.1耦合度测量
4.6.1.1实验操作步骤

（1）按照如图所示连接测试系统

（2）设置微波信号发生器输出制定功率和频率的单载波信号（如850MHz、-20dBm）
（3）将输入和输出电缆相接。用频谱分析仪测量定向耦合器输入端口1的输入信号电平，测试数据记录到表4.7中
（4）接入被测定向耦合器（注意输出端口接匹配负载）。用频谱分析仪测量定向耦合器耦合端口3的输出信号电平，计算定向耦合器的耦合度，测试数据列入表4.7中
（5）改变测试频率，重复以上实验，测试数据列入表4.7中

4.6.1.2实验数据记录
表4.7定向耦合器的耦合度测量
测试频率（MHz）
850
900
950
端口1输入功率（dBm）
-10
-15
-20
端口3输入功率（dBm）
-20.3
-27.9
-34.15
耦合度（dB）
10.3
12.9
14.15

分析：由表4.7可以看出测试频率改变时，耦合度有一定变化，说明耦合度与频率有关。

4.6.2插入损耗测量
4.6.2.1实验操作步骤
1.按照如图所示连接测试系统

2.设置微波信号发生器输出制定功率和频率的单载波信号（如850MHz、-20dBm）
3.将输入和输出电缆相接。用频谱分析仪测量定向耦合器输入端口1的输入信号电平，测试数据记录到表4.8中
4.入被测定向耦合器（注意端口3接匹配负载）。用频谱分析仪测量定向耦合器耦合端口2的输出信号电平，计算定向耦合器的插入损耗和传输损耗，测试数据列入表4.8中
5.变测试频率，重复以上实验，测试数据列入表4.8中
4.6.2.2实验数据记录

表4.8
耦合度（dB）/耦合损耗（dB）

测试频率（MHz）
850
900
950
端口1输入功率（dBm）
-10
-15
-20
端口2输入功率（dBm）
-12.1
-17.7
-24.8
插入损耗（dB）
2.1
2.7
4.8
传输损耗（dB）
1.6
2.47
4.63
分析：由表4.8可知，频率变化时，插入损耗有一定变化，说明插入损耗与频率有关。
4.6.3定向耦合器的隔离度测量
4.6.3.1实验操作步骤
1.按照如图所示连接测试系统（测量端口2、3的隔离度）

2.设置微波信号发生器输出制定功率和频率的单载波信号（如850MHz、-20dBm）
3.将输入和输出电缆相接。用频谱分析仪测量定向耦合器输入端口3的输入信号电平，测试数据记录到表4.9中
4.接入被测定向耦合器（注意端口1接匹配负载）。用频谱分析仪测量定向耦合器耦合端口2的输出信号电平，计算端口2、3之间的隔离度，测试数据列入表4.9中
5.改变测试频率，重复以上实验，测试数据列入表4.9中
4.6.3.2实验数据记录

表4.9定向耦合器隔离度测量
测试频率（MHz）
850
900
950
耦合端口3输入功率
（dBm）
-10
-15
-20
耦合端口2输入功率
（dBm）
-28.1
-33.4
-39.4
2、3端口隔离度（dB）
18.1
18.4
19.4

4.7滤波器特性及其测量
4.7.1传输特性测量
4.7.1.1实验操作步骤
1.按照图示连接测试系统

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840~920MHz）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（Trace—Trace Type—Max 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830~870MHz）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。
4.7.1.2实验数据记录及图像
中心频率（MHz）
3dB带宽(MHz)
插入损耗(dB)
带内波动(dBp-p)
裙带带宽(MHz)
带外抑制度(dB)
850
60.4
3.32
1．98
69.4
51.9
900
56.4
1.93
1.34
84.3
42.3

实验总结：
通过本次实验，我知道了在环境缺乏的条件下，需要调动多方资源来满足自我所需，我们小组也提供了自身资源给其他小组共用。明白了科研是从无到有，从0到1的过程，需要大量的探索，如刚开始没有衰减器很多实验都不能完成，和其他组协调之后得到使用时间，就顺利完成了这些试验任务。既然要大量探索，得出鲜为人知的科学知识，那就需要会做冷板凳，沉得住气，这个我们依然需要修炼。