北郵電磁場實驗頻譜分析儀的使用

1、北京郵電大學(xué)電磁場與微波測量實驗5.3.1頻譜分析儀的使用5.3.2衰減器的特性測量5.3.3定向耦合器特性測量5.3.4濾波器的特性以及測量5.5.2微波TV發(fā)射機系統(tǒng)的調(diào)測學(xué)院：班級：組員： 15 / 165.3.1頻譜分析儀的使用1. 實驗?zāi)康牧私忸l譜分析儀的工作原理，熟悉它的使用方法了解微波信號發(fā)生器的使用方法2. 實驗設(shè)備頻譜分析儀微波信號發(fā)生器3. 實驗原理頻譜分析儀是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。輸入信號經(jīng)衰減器直接外加到混波器，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信

2、號（IF）再放大，濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系。較低的RBW固然有助於不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助於寬頻帶信號的偵測，將增加雜訊底層值（Noise Floor），降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。4. 實驗內(nèi)容4.1單載波信號的頻譜測量4.1.1實驗操作步驟1.按照下圖連接測試微波信號發(fā)生器頻譜分析儀2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（900MHz、-

3、10dBm）3.設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。4.用峰值搜索功能測量信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表1中5.用差值光標(biāo)功能測量信號和噪聲的相對電平（信噪比），同時記錄頻譜分析儀的分辨率和帶寬設(shè)置4.1.2實驗數(shù)據(jù)記錄 表1頻率設(shè)置（MHz）850MHz900MHz950MHz電平設(shè)置（dBm）-10dBm-15dBm-20dBm實測頻率（MHz）849.41899.45949.50實測電平（dBm）-9.93-15.36-20.78信噪比（dB/RBW）-51.69-45.8-40.184.2帶載波信號的雜散

4、測量4.2.1實驗操作步驟1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出制定頻率和功率的正弦波（850MHz、-20dBm）2.設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。3.用頻譜分析儀測量輸出信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表2中4.增加頻譜分析儀的掃描帶寬，如100MHz,用手動設(shè)置功能適當(dāng)減小頻譜分析儀的分辨率帶寬，觀察頻譜圖的變化，直到觀測到雜散信號為止。5在頻譜圖中確定最大雜散信號，用差值光標(biāo)功能測量信號和最大雜散信號的相對電平（雜散抑制度）4.2.2實驗數(shù)據(jù)記錄表2信號頻率（MHz）信號電平（dBm）雜散抑制度（dB）850-20

5、.2646.59900-20.6446.54950-20.8246.074.3相位噪聲測量4.3.1實驗操作步驟1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-10dBm）2.設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置掃描帶寬為50KHz，設(shè)置合適的分辨率帶寬和視頻帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置3.用峰值搜索功能測量信號的頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表3中4.用差值光標(biāo)和噪聲光標(biāo)功能測量偏離信號10KHz的相位噪聲，測試數(shù)據(jù)記錄到表3中5.將掃描帶寬設(shè)置為500KHz，設(shè)置合適的分辨率帶寬和掃描帶寬，利用同樣的方法測量偏離信號100KHz的相位

6、噪聲，測試數(shù)據(jù)記錄到表3中6.改變輸出頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表3中4.3.2實驗數(shù)據(jù)記錄 表3 信號頻率（MHz）信號電平（dBm）相位噪聲（dB/Hz）偏離10KHz偏離100KHz850-9.77-55.36-75.15900-10.18-53.84-67.78950-10.51-48.97-75.284.4 幅頻特性測量4.4.1實驗操作步驟1設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號。2設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平，使頻譜圖顯示在合適的位置。3設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能。4按照一定的步進，用手動旋鈕

7、在指定的頻率范圍內(nèi)調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，觀測頻譜分析儀的幅頻特性曲線。5用峰值搜索功能測量輸出信號在指定頻帶內(nèi)的最高電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表4中。6用差值光標(biāo)功能測量輸出信號在指定頻帶內(nèi)的幅頻特性，測試數(shù)據(jù)記錄到表4中。7改變測試頻率范圍，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表4中。4.4.2實驗數(shù)據(jù)記錄 表4頻率范圍 （MHz）最高電平（dBm）幅頻特性 （dBp-p/帶寬）850+20-20.040.43900+20-20.250.29950+20-20.390.605.實驗總結(jié)在這多次的頻譜分析儀操作過程中，我們初步熟悉了頻譜分析儀的基本操作，并了解了它的各種功能，比如最大值保持，調(diào)整軌跡

8、，掃描帶寬等實驗數(shù)據(jù)的操作。同時我們對于它的光標(biāo)操作也有了較深的了解。通過這次實驗，我們了解了頻譜分析儀的基本操作。5.3.2衰減器的特性測量1.衰減量的測量1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號。2.將輸出和輸入電纜短接。用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平，測試數(shù)據(jù)記錄到表5中。3.接入被測衰減器。用頻譜分析儀測量衰減器的輸出信號電平，計算衰減器的衰減量以及與標(biāo)稱值的誤差，測試數(shù)據(jù)記錄到表中。4.改變微波信號發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄到表中。表5測試頻率/MHZ輸入信號電平/dbm輸出信號電平/dbm衰減量/dbm標(biāo)稱誤差/db850-9.93-20.431

9、0.500.50900-15.36-25.329.960.04950-20.96-30.409.440.562.幅頻特性測量1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號。2.將輸入和輸出電纜短接。用頻譜分析儀測量并記錄衰減器的輸入信號電平。3.接入被測衰減器。設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平，使頻譜圖顯示在合適的位置。4.設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能。5.按照一定的步進，用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出幅頻特性曲線。6.根據(jù)頻譜分析儀顯示的幅頻特性曲線，測量并計算衰減器在指定頻帶內(nèi)的最小衰減量

10、和幅頻特性，測試數(shù)據(jù)記錄到表6中。表6頻率范圍 （MHz）最高電平（dBm）幅頻特性 （dBp-p/帶寬）850+20-28.911.57900+20-28.912.19950+20-29.601.783.實驗總結(jié)本次實驗是在上次實驗的基礎(chǔ)上，在頻譜發(fā)分析儀和微波信號發(fā)生器間連接一個衰減器來測量它的特性，基于我們對于頻譜分析儀操作的基本了解，我們進行的很快，最后在較短時間內(nèi)得出了實驗結(jié)果，衰減量和幅頻特性與標(biāo)稱值誤差不大。5.3.3定向耦合器特性測量1耦合度測量 1.按照下圖連接測試系統(tǒng)： 2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；3.將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量定向耦合

11、器輸入端口的輸入電平信號，記錄測試數(shù)據(jù)； 4.接入被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器耦合端口的輸出信號電平，計算定向耦合器的耦合度，記錄數(shù)據(jù)； 5.改變測試頻率，重復(fù)以上操作。表7測試頻率（MHz)850900950端口1輸入功率（dBm）-9.93-15.36-20.96端口2輸入功率（dBm）-21.02-25.43-30.89耦合度(dB)11.0910.079.932.插入損耗測量 1.按照如圖所示連接測試系統(tǒng)：2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；3.將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸入端口的輸入信號電平，記錄測試數(shù)據(jù)；4.接入被測定向耦合器，

12、用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口的輸出信號電平，計算定向耦合器額插入損耗和傳輸損耗，記錄數(shù)據(jù)；5.改變測試頻率，重復(fù)以上操作。表8耦合度（dB）/耦合損耗（dB）測試頻率（MHz）850900950端口1輸入功率（dBm）-9.93-15.36-20.96端口2輸入功率（dBm）-12.04-17.08-23.18插入損耗（dB）2.111.722.22傳輸損耗（dB）1.611.221.723定向耦合器的隔離度測量1.按照下圖連接測試系統(tǒng)：2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；3.將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量并記錄定向耦合端口的輸入信號電平，記錄測量數(shù)據(jù)；4.接入

13、被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口的輸出信號電平，計算端口隔離度，記錄測量數(shù)據(jù)；5.改變測試頻率，重復(fù)以上操作。表9測試頻率(MHz)850900950耦合端口3輸入功率（dBm）-9.93-15.36-20.96輸入端口2輸出功率(dBm)-27.26-31.42-34.842、3端口隔離度(dB)17.3316.0813.804.幅頻特性測量1.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號；2.將輸入和輸出電纜短接，用頻譜分析儀測量并記錄衰減器的輸入信號電平；3.接入被測定向耦合器，設(shè)置頻譜分析引的中心頻率為指定頻率，設(shè)置合適的掃描帶寬，適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻譜圖顯示在合

14、適的位置；4.設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能；5.按照一定的步進，用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出幅頻特性曲線；6.根據(jù)頻譜分析儀顯示的幅頻特性曲線，測量并計算衰減器在指定頻帶內(nèi)的耦合度的最小值和幅頻特性，記錄測量數(shù)據(jù)。表10頻率范圍（MHz）輸出功率最大值（dBm）耦合度最小值（dBm）幅頻特性（dBp-p/帶寬）850±20-31.26-11.260.78900±20-31.41-11.410.59950±20-31.22-11.221.165.實驗總結(jié)本次實驗是在接入定向耦合器后通過觀察頻譜分析儀的結(jié)果來測

15、量耦合器的特性，我們通過改變接入耦合器的端口可以和明顯的發(fā)現(xiàn)定向耦合器不同方向?qū)π盘査鸬挠绊?，耦合器的接入端口不同，損耗和隔離度也相差很大。通過本次實驗，我們了解了耦合器器件，也初步了解了它的特性。5.3.4濾波器的特性以及測量1.實驗內(nèi)容及步驟傳輸特性的測量濾波器頻譜分析儀微波信號發(fā)生器1.按照下圖所示連接測試系統(tǒng)2.設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如850MHz、-20dBm）.3.將輸入和輸出電纜短接。用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平。4.接入被測濾波器。設(shè)置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率（如880MHz），設(shè)置合適的掃描帶寬（如80MHz），適當(dāng)調(diào)整參考電平使頻

16、譜圖顯示在合適的位置。5.按照一定的步進（如1MHz），用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)（如840920MHz）調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上觀察掃描帶寬是否合適，根據(jù)觀測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整頻譜分析儀的掃描線。6.設(shè)置頻譜分析儀的軌跡為最大值保持功能（TraceTrace TypeMax Hold）。7.按照一定的步進（如0.1MHz），用手動旋鈕在指定的頻率范圍內(nèi)（如830870MHz）調(diào)整微波信號發(fā)生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上觀察掃描帶寬是否合適，根據(jù)觀測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整頻譜分析儀的掃描線。8.根據(jù)頻譜分析儀顯示的幅頻特性曲線，測量并計算濾波器的中心頻率、3db帶寬、插入損耗、帶內(nèi)波動。

17、裙帶帶寬、帶外抑制度等指標(biāo)，測量數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。9.將濾波器的輸入和輸出端口互換、重復(fù)上述測量。觀察幅頻特性曲線的變化并進行分析。2.實驗數(shù)據(jù)及分析中心頻率（MHz）3dB帶寬(MHz)插入損耗(dB)帶內(nèi)波動(dBp-p)裙帶帶寬(MHz)帶外抑制度(dB)88053.23.090.8511334.4088052.963.020.9711134.613.實驗總結(jié)本次實驗主要測量的是濾波器特性，在微波信號發(fā)生器和頻譜分析儀間接了一個濾波器，在頻譜分析儀上觀察濾波器對信號的影響，讓我們了解了濾波器的基本特性。與上幾次實驗操作類似，所以本次實驗還是比較簡單的。5.5.2微波TV發(fā)射機系統(tǒng)的調(diào)

18、測1.實驗原理基本無線通信系統(tǒng)一般由發(fā)信機、收信機及其天線（含饋線）構(gòu)成。如圖1所示。發(fā)信機 天線 天線收信機 信源 信宿 圖1 無線通信系統(tǒng)的組成1.發(fā)信機發(fā)信機的主要作用是將需要傳輸?shù)男旁葱盘栠M行處理并發(fā)送出去。首先通過調(diào)制器用信源信號對高頻正弦載波進行調(diào)制形成中頻已調(diào)制載波，中頻已調(diào)制載波經(jīng)過變頻器和濾波器轉(zhuǎn)換成射頻已調(diào)制載波，射頻已調(diào)制載波送至射頻放大器進行功率放大，最后送至發(fā)射天線，轉(zhuǎn)換成輻射形式的電磁波發(fā)射到空間。一個典型的無線發(fā)信機的組成框圖，如圖2所示。射頻放大器 射頻濾波器上變頻器調(diào)制器信源信號 天線本振圖2 無線發(fā)信機的組成框圖2.收信機 收信機的主要作用是將天線接收下來的

19、射頻載波還原成要傳輸?shù)男旁葱盘?。收信機的工作過程實際上是發(fā)信機的逆過程，首先對來自接收天線的射頻載波信號進行低噪聲放大，然后經(jīng)過下變頻器、中頻濾波器中頻放大器變換稱為滿足解調(diào)電平要求的中頻已調(diào)制載波，最后經(jīng)過解調(diào)器還原出原始的信源信號。一個典型的無線收信機的組成框圖，如圖3所示。中頻放大器中頻濾波器解調(diào)器低噪聲放大器下變頻器天線 輸出信號本振圖3 無線收信機的組成框圖3.天線天線是無線通信系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分之一。天線的主要作用是把發(fā)信機送來的射頻載波變換成空間電磁波并輻射出去（發(fā)射端）或者把收到的空間電磁波變換成射頻載波并送給收信機（接收端）。本實驗將對使用的額微波收發(fā)系統(tǒng)（SD320

20、0）微波電路實驗訓(xùn)練系統(tǒng)的各個參數(shù)進行測量，實驗者能完整、透徹的了解微波射頻系統(tǒng)，掌握微波收發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識。SD3200R/T微波TV收發(fā)系統(tǒng)由發(fā)射機系統(tǒng)和接收機系統(tǒng)兩個試驗箱組成。該微波TV收發(fā)系統(tǒng)是一套工作在900MHz微波頻段的無線通信實訓(xùn)系統(tǒng)，可以進行圖像和話音業(yè)務(wù)的無線傳輸實驗，同時可以進行濾波器，放大器，濾波放大器等電路的相關(guān)實驗。微波TV收發(fā)系統(tǒng)主要由TV發(fā)射機系統(tǒng)和TV接收機系統(tǒng)兩部分組成。微波TV收發(fā)系統(tǒng)可以提供6個無線信道，信道間隔8MHz，頻率設(shè)置如下表所示。信道CH1CH2CH3CH4CH5CH6中心頻率（MHz）900892884876868860發(fā)射機本振頻率（M

21、Hz）960952944936928920接收機本振頻率（MHz）9389309229149068982. 內(nèi)容及步驟微波TV發(fā)射機系統(tǒng)的調(diào)試1）傳輸信道的單載波調(diào)試1.連接測試系統(tǒng)（斷開調(diào)制器）2.設(shè)置DDS信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如60MHz、-30dBm）。3.將信道選擇器分別設(shè)置為CH1CH6，用頻譜分析儀測量功率放大器的輸出信號頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。注：由于沒有DDS信號發(fā)生器，由試驗系統(tǒng)的視頻輸入端口代替。2）發(fā)射機的輸出頻譜測量1.連接測試系統(tǒng)（頻譜分析儀街道功率放大器的輸出端）。2.將信道選擇器設(shè)置為CH1.3.用頻譜分析儀觀測并記錄微波TV發(fā)

22、射機系統(tǒng)的輸出信號頻譜圖，頻譜圖記錄在數(shù)據(jù)表格中。4.測量并記錄輸出信號的主要頻率分量和信號電平，測試數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。5.將信道選擇器分別設(shè)置在CH2CH6，測量并記錄的主要頻率分量和信號電平，測試數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。微波TV接收機系統(tǒng)調(diào)試1）接收信道的單載波調(diào)試1.連接測試系統(tǒng)（斷開調(diào)制器）。2.將信道選擇器設(shè)置為CH1.根據(jù)接收信道的中心頻率，設(shè)置微波信號發(fā)生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如900MHz，-40dBm）。3.用頻譜分析儀測量中頻放大器的輸出頻率和電平，測試數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。4.將信道選擇器分別設(shè)置在CH2CH6，并根據(jù)相應(yīng)的信道設(shè)置微波信號發(fā)生器的輸出信號頻

23、率，重復(fù)以上測量，測試數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。2）接收信號的頻譜測量1.連接測試系統(tǒng)（斷開調(diào)制器，發(fā)設(shè)計和接收機距離30cm左右）。2.將發(fā)射機和接收機的信道均設(shè)置為CH1。用頻譜分析儀觀測中頻放大器的輸出信號頻譜圖，并與TV發(fā)射機的輸出頻譜圖相比較。3.將發(fā)射和接收信道分別設(shè)置為CH2CH6，觀察頻譜圖變化。3.實驗數(shù)據(jù)及分析微波TV發(fā)射機系統(tǒng)的調(diào)試傳輸信道的帶載波調(diào)試信道設(shè)置CH1CH2CH3CH4CH5CH6輸入頻率（MHz)58輸入電平(dBm)-30輸出頻率（MHz）900.06891.9883.73875.8867.63859.93輸出電平（dBm）-25.45-35.83-33.58-25.70-30.03-32.32發(fā)射機的輸出頻譜測量信道設(shè)置主要頻率分量和電平CH1頻率（MHz）883.73893.53900906.60電平（dBm）-55.