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1、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 2019 学 号 2019 2019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
2、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
3、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）850900950电平设置（dBm）-10-15-20实测频率（MHz）850.312900.28950.80实测电平（dBm）-10.7-16.1-22.2信噪比（dB/RBW）88.1983.6088.314.2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
4、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）850-10.7-50.5900-1
5、6.1-55.2950-22.2-53.64.2.3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
6、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100KHz850（-10 dBm）-10.9-24.43-42.2900（-15 dBm）-16.2-31.61-59.6950（-20 dBm）-23.44-40.05-66.94.4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
7、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（d
8、Bm）幅频特性/dBp-p/带宽85020-20.971.3/40=0.03390020-20.881.1/40=0.02895020-18.41.50/40=0.03754.5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
9、，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 -21.211.21.2900 -15 -26.1 11.11.1950-20 -33.413.43.4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
10、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 Max 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
11、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（dBpp/带宽）830870-20.81.32/40=0.033880920-26.81.06/40=0.027930970-32.51.49/40=0.0374.6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
12、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
13、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.
14、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
15、，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 -39.42、3端口隔离度（dB）18.118.419.44.7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
16、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
17、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)85060.43.3219869.451.990056.41.931.3484.342.3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。第 15 页