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1、微波通信原理实验指导书李振田 杨静山2007 年 10 月信息学院通信教研室目录实验基础 微波测量仪表介绍.3 实验一 70MHZ 中频振荡器.5 实验二 压控振荡器.8 实验三 压控振荡器扫频特性测量.10 实验四 上变频器.12 实验五 滤波器.14 实验六 电调衰减器.17 实验七 低噪声放大器.19 实验八 锁相信号源.22 实验九 下变频器.24 实验十 微波上、下变频系统.26 实验十一 电视信号微波传输系统.28 实验十二 微波话音传输系统.30 实验十三 微波可视电话传输系统.31 实验十四 微波低速数据传输系统.32 实验十五 微波高速数据传输系统.33实验基础实验基础 微波
2、测量仪表介绍微波测量仪表介绍微波测量仪表的种类很多，如微波信号源、功率计、驻波表、选频表、频谱仪等，微波仪表通常价格较高，考虑到此因素，本实验箱只需要配备很少的仪表，即可进行各项实验。因此本实验箱配备了中频信号源、扫描振荡器等，代替微波信号源等仪表。本章重点介绍频谱分析仪。一、频谱分析仪工作原理一、频谱分析仪工作原理频谱分析仪是一种能在示波管上显示出被测信号频谱幅度特性的仪器，荧光屏的横坐标代表频率，纵坐标代表不同频率分量的幅值。微波频谱分析仪主要用来观察各种已调信号（调幅、调频、脉冲调制）的频谱及功率，测量信号频率、测量振荡器的频率稳定度和频谱纯度，测量波形失真与噪声等。目前频谱仪多采用扫频
3、超外差式，它的灵敏度高，频率分辨率好，噪声小。扫频超外差式频谱仪实际是超外差接收机和示波器的组合，它的方框原理如下图所示。被测信号（频率为 fs）经直接输入或衰减后输入，在混频器中与机内本振信号（频率为 fp）进行混频，fo =fp-fs，fo为中频信号频率，中频信号经放大、检波，得到一个和输入信号幅度成正比的直流电压，经垂直放大后加到示波管的垂直偏转板上，这就使电子束在垂直方向的的偏移与输入信号幅值成正比。本振 fp是一个电调谐的扫频振荡器，它的频率受锯齿波电压的扫描发生器控制。频率随锯齿电压作线性变化，该锯齿电压经水平放大器放大后加在示波管的水平偏转板上，这就使电子束在水平方的偏移正比于扫
4、频振荡频率变化，并可折算出输入信号的频率。如果被测信号中有几个分量，由于本振频率 fp 连续扫频变化，而中频 fo 是固定的，因此信号中的各个频率分量都可以顺序地在 fp 变化时满足 fp-fs=fo，此时各频率分量顺混频器垂直 放大器水平 放大器扫描 发生器本振扫频 振荡器检波器中频 放大器示示波波器器fpfofs管序通过中放，在示波管的荧光屏上分别显示出来，它们在荧光屏上水平间隔距离反映出它们的频率差，垂直高度代表它们的幅度。这样就得到了信号频谱。扫描超外差式频谱仪的灵敏度主要取决于中频放大器的放大量和内部的噪声，一般能达-100dbm，频率分辩率主要取决于中放的带宽，考虑到超外差接收机的
5、镜像干扰，频谱仪多采用多级变频方案，如三次或四次变频，第一中频较高，可减小镜像干扰，末级变频后的中频较低有利于减小带宽，降低噪声和提高分辩率。有的频谱仪带宽有多种选择，可满足不同分辩率要求。二、安泰信二、安泰信 AT5011AT5011 频谱分析仪使用方法频谱分析仪使用方法安泰信 AT5011 频谱分析仪是一款性能好、价格低的射频分析仪。本频谱仪测量的频率范围为 0.15-1050MHZ，若另外选配 AT5000F1扩展器，测量频率可扩展为 1050-2050MHZ；若选配 AT5000F2测量频率可扩展为 2050-3050MHZ；若选配 AT5000F3，测量频率可扩展为 3050-405
6、0MHZ。因此若三种扩展器都选配，则测量频率范围为 0.15-4050MHZ。本微波实验系统只需选配 AT5000F2，便可满足测试需要。众所周知，示波器是观察信号时域波形的专用设备，但是信号并非用时域特性能完全表征，而信号的频域特性也是对信号进行分析的一个重要方面。频谱分析仪则能在示波管上直接显示信号频谱特性的仪表，因此频谱分析仪与示波器一样都是分析信号的重要工具。安泰信 AT5011 频谱仪使用非常方便。被测信号从 INPUT 输入，适当选择衰减档位，在示波管上便能显示出信号的频谱。当 MARKER 置于 ON，调节 MARKER 旋纽，示波管有光标表示，该光标的频率数值在数字显示窗中将被
7、显示出来。因此利用光标能准确地读出被测信号频率。当 MARKER 置于 OFF 时，数字显示窗将显示示波管垂直中轴位置频率。SCANWIDTH 是扫描宽度调节共分十档，每格扫描宽度从 0.1MHZ-100MHZ。当放在大档位时，观察到的频谱范围较宽，当放在较小档位时，对频谱特性能观察得较仔细。BAND WIDTH 是中频带宽选择，分 400KHZ、20KHZ 两档，当需高频率分辨率时应选择20KHZ 档。在测量信号幅度时，中频带宽应选择 400KHz 档。Video Filter 是视频滤波，在测量微弱信号时，放在 ON，可以减小本机噪声对测量的影响，在测量信号幅度时，该视频滤波应放在 OFF
8、。另外 AT5011 频谱仪带有跟踪振荡器，它是扫频振荡器，扫频频率与频谱仪扫描频率同步，故取名为跟踪振荡器。扫频范围为 0.15-1.50MHZ。如测量滤波器或放大器的频率响应，它可用来作为信号源。该扫频振荡器输出幅度可用衰减器调节。 （0-40db 调节范围） 。安泰信 AT5011 频谱仪用来进行微波实验时的电路连接请参见以下各章节。实验一实验一 70MHZ70MHZ 中频振荡器中频振荡器一、实验目的一、实验目的 1. 测量 70MHZ 中频振荡器特性，为以后实验作准备； 2. 学习振荡器测量方法及仪表使用方法。 二、实验内容二、实验内容 1.观察 70MHZ 振荡器信号频谱； 2.测量
9、信号频率； 3.测量信号功率； 4.测量杂波频率及衰减； 5.测量频谱纯度（各次谐波衰减） ； 6.测量相位噪声； 7.测量频率稳定度。 三、相关部件及仪表连接三、相关部件及仪表连接70MHZ 中频振荡器，是有源部件，测量时必须按下中频振荡器的 12V 电源开关，相应的绿色指示灯亮，将频谱仪输入接在中频振荡器输出测量的 50 同轴接头上。四、参考测量结果四、参考测量结果信号频谱为线谱输出频率：69MHZ输出幅度：-10db(中频带宽 400KHZ，视频滤波 OFF 位)各次谐波功率：2 次谐波 -40db3 次谐波 -38db4 次谐波 -45db5 次谐波 -34db6 次谐波 -45db7
10、 次谐波 -34db8 次谐波 -35db9 次以上谐波 -45db 其它杂波 35db加屏蔽盖后，杂波衰减能改善 3-5db。五、实测扫频频谱特性（照片）五、实测扫频频谱特性（照片）六、实验注意事项六、实验注意事项1.本实验，压控振荡器与扫描振荡器的电源开关都要接通，并且压控/扫频开关要置于扫频位。2.扫描振荡器是与 70MHZ 低通滤波器做在一个模块内。七、实验思考七、实验思考1.扫描振荡器幅度对扫频特性有何影响？2.扫描振荡器幅度相同，但波形不同对扫频特性有无影响？3.采用正弦波形与锯齿波形扫描振荡器时压控扫频振荡器工作有何差异？实验四实验四 上变频器上变频器一、实验目的一、实验目的 1
11、了解变频器工作原理； 2掌握上变频器的测量，为微波通信系统测量打下基础。二、实验内容二、实验内容1观察上变频器各端口信号的频谱特性；2测量上变频器两输入信号幅度；3测量载漏幅度；4测量泄漏信号幅度；5测量输出信号（边频）幅度。三、相关部件和仪表连接三、相关部件和仪表连接上变频器测试电路（一）上变频器测试电路（一）上变频器测试电路（二）上变频器测试电路（二）上变频器实验的电路如上图（一）和图（二） ，实验时首先按下微波压控振荡器和中 频信号源电源开关，相应的绿色指示灯亮。 压控振荡器压控/扫频开关应置于压控位，仔细调节压控频率调节使压控振荡器频率 为 2.4GHZ，上下边频为 2.4GHZ70MHZ。 由于本实验箱对上变频器输入、输出信号不能直接测量，而是从耦合的测量接头间接 测量，因为各耦合接头对信号衰减各不相同，即使是同一接头对不同频率信号耦合衰减也 不相同，因此，根据测量数值很难计算真正的变频增益，故变频增益没有列为实验内容。微波压控振荡器70MHZ 中频 振 荡 器频谱仪上变频器滤波器频
