北邮电磁场与电磁波实验-频谱分析仪的使用

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1、 . . 电磁场与电磁波测量实验实验容:5.3 微波实验单元项目学院:电子工程学院专业:电子信息科学与技术班级:报告撰写人:目录5.3.1 频谱分析仪的使用21 实验目的22 实验设备23实验原理34实验容35.实验心得75.3.2 衰减器的特性测量71.实验目的72.实验仪器73.实验容与数据处理74. 实验总结95.3.3 定向耦合器特性测量101耦合度测量102.插入损耗测量103定向耦合器的隔离度测量114.幅频特性测量125.实验总结:125.3.4滤波器的特性与其测量121. 实验容与步骤12实验数据与分析:143 实验总结145.3.1 频谱分析仪的使用1 实验目的1. 了解频谱

2、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

3、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实验容单载波信号的频谱测量(1) 实验操作步骤:1.按照以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,设置适宜的扫描带宽,适当调整参考电平使频谱图显示在适宜的位置。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

4、谱分析仪的分辨率和带宽设置(2) 实验数据记录表4.1频率设置(MHz)850MHz900MHz950MHz电平设置(dBm)-10dBm-15dBm-20dBm实测频率(MHz)848.498895.232950.055实测电平(dBm)-10.13-14.12-22.26信噪比(dB/RBW)-19.08-14.50-10.21带载波信号的杂散测量(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,设置适宜的扫描带宽,适当调整参考电平使频谱图显示在适宜的位置。3.用频谱分析仪测量输出信号的

5、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)(2)实验数据记录表4.2信号频率(MHz)信号电平(dBm)杂散抑制度(dB)850-10.1320.56900-15.9213.98950-22.266.11(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。相位噪声测量(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

6、、-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,设置适宜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适宜的位置2. 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3. 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4. 将扫描带宽设置为500KHz,设置适宜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5. 改变输出频率,重复以上测量,测试数据记录到表4.3中(2)实验数据记录表4.3 信号频率(MHz)信号电平(dBm)相位噪声(

7、dB/Hz)偏离10KHz偏离100KHz850-10.13-93.78-37.70900-15.92-39.02-38.72950-22.26-42.56-40.95幅频特性的测量(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大单载波信号(如850MHz20dBm)。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,设置适宜的扫描带宽(如100MHz),适当调整参考电平,使频谱图显示在适宜的位置。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(如0.1MHz),用手动旋钮(或自动扫频)在指定的频率围(如830MHz870MHz)调整微波信号发生器的输出频率,

8、观测频谱分析仪显示的幅频特性曲线。5 用峰值搜索功能测量输出信号在指定频带的最高电平,测试数据记录到表格中。6 用差值光标功能测量输出信号在指定频带的幅频特性,测试数据记录到表格中。7 改变测试频率围,重复以上测量,记录数据到表格中。幅频特性的测量频率围MHz最高点频dBm幅频特性(dB带宽)8502020.971.3/40=0.032590020-20.881.1/40=0.027595020-23.362.62/40=0.06555.实验心得本次实验时对频谱分析仪的使用,由于频谱分析仪我们在之前的相关课程的实验已经使用过,堆频谱分析仪的使用已经较为熟练,因此本次实验做的较为轻松。实验过程中

9、我们不仅更加熟练掌握了频谱分析仪的使用,还了解了关于频谱分析仪的特性,使得优化了我们的使用。为保证对信号进行精确,测量前应开机预热三十分钟。频谱仪最基本的作用就是发现和测量信号的幅度。频谱仪可以以图示化的方式显示设定频率围的射频信号,信号越强,频谱仪显示的幅度也越大。5.3.2 衰减器的特性测量1.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与相关特性。2.实验仪器微波信号发生器、衰减器(10db),频谱分析仪3. 实验容与数据处理以下实验按照图1连接测试。1. 衰减器的测量(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

10、-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与与标称值得误差,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)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)850-20.05 -30.58 10.530.53900 -21.11 -31.58 10.470.47950-22.26 -32.50 9.240.24表1 衰减器的衰减量测量分

11、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:850MHz:衰减量=-120.05-(-30.58)=10.53;标称误差=10.53-10=0.53;误差率5.3%900MHz:衰减量=-21.11-(-31.58)=1047 ; 标称误差=10.47-10=0.47;误差率4.7%950MHz:衰减量=-22.26-(-32.50)=10.24 ; 标称误差=10.24-10=0.24。误差率2.4%可见:误差在

12、允许的围可以被承受。2. 幅频特性测量(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),设置适宜的扫描带宽(如100MHZ),适当调整参考电平使频谱图显示在适宜的位置。(4) 设置频谱分析仪的轨迹为最大保持功能(Trace-Trace type Max hold).(5) 按照一定的步进(如0.1MHZ),用手动旋钮在指定的频率围(如830870MHZ),调整微波信号发生器的输出频率,在频谱分析仪上显示幅

13、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的最小衰减和幅频特性,测试数据记录到表2中。频率围(MHz)最小衰减量幅频特性(dBpp/带宽)830870-50.630.38/40=0.095880920-52.650.34/40=0.0085930970-54.400.31/40=0.0075表2 衰减器的幅频特性测量4. 实验总结在本次实验里,我们主要是通过实验来了解衰减器的特性,实验多加了一个衰减器,主要还是通过频谱分析仪来看我们调出信号经过衰减器的数据特点。实验时频谱仪的数值跳变幅度较大,速度也快,我们需要采取许多相应的措施来稳定频谱分析仪,如减小周围

14、环境影响,更换噪声较小的连接线等等。5.3.3 定向耦合器特性测量1耦合度测量 (1)按照以下图连接测试系统:(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; (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。测试频率(MHz)850900950端口1输入功率(dBm)-20.05-21.11-22.26端口3输入功率(dBm)-30.74-31.42-32.48耦合度(dB)10.6910.3110.22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为:850MHz: 30.74-20.05=10.69 ; 900MHz: 31.42-21.11=10.31 ;

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