1、電磁場與電磁波測量實驗實驗容：5.3 微波實驗單元項目學院：電子工程學院專業：電子信息科學與技術班級：報告撰寫人： 目錄5.3.1 頻譜分析儀的使用21 實驗目的22 實驗設備23實驗原理34實驗容35.實驗心得75.3.2 衰減器的特性測量71.實驗目的72.實驗儀器73.實驗容及數據處理74. 實驗總結95.3.3 定向耦合器特性測量101耦合度測量102.插入損耗測量103定向耦合器的隔離度測量114.幅頻特性測量125.實驗總結：125.3.4濾波器的特性及其測量121. 實驗容及步驟12實驗數據及分析：143 實驗總結145.3.1 頻譜分析儀的使用1 實驗目的1. 了解頻譜分析儀的

2、工作原理，熟悉它的使用方法2. 了解微波信號發生器的使用方法2 實驗設備1. 頻譜分析儀2. 微波信號發生器3實驗原理頻譜分析儀是研究電信號頻譜結構的儀器，主要的功能是在頻域里顯示輸入信號的頻譜特性。輸入信號經衰減器直接外加到混波器，可調變的本地振蕩器經與CRT同步的掃描產生器產生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號（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關系。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，導致信號顯示時產生失真，失真值與設定的RBW密切相關，較高的RBW固

3、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生阻礙，因此適當的RBW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。4實驗容單載波信號的頻譜測量(1) 實驗操作步驟:1.按照下圖連接測試微波信號發生器頻譜分析儀2.設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（900MHz、10dBm）3.設置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發生器的輸出頻率，設置合適的掃描帶寬，適當調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，測試數據記錄到表4.1中5.用差值光標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

4、分辨率和帶寬設置(2) 實驗數據記錄 表4.1頻率設置（MHz）850MHz900MHz950MHz電平設置（dBm）-10dBm-15dBm-20dBm實測頻率（MHz）848.498895.232950.055實測電平（dBm）-10.13-14.12-22.26信噪比（dB/RBW）-19.08-14.50-10.21帶載波信號的雜散測量(1) 實驗操作步驟1.設置微波信號發生器輸出制定頻率和功率的正弦波（850MHz、-20dBm）2.設置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發生器的輸出頻率，設置合適的掃描帶寬，適當調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

5、平，測試數據記錄到表4.2中4.增加頻譜分析儀的掃描帶寬，如100MHz,用手動設置功能適當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，用差值光標功能測量信號和最大雜散信號的相對電平（雜散抑制度）(2)實驗數據記錄表4.2信號頻率（MHz）信號電平（dBm）雜散抑制度（dB）850-10.1320.56900-15.9213.98950-22.266.11(3) 實驗數據分析雜散信號產生原因：過度激勵分析儀的輸入可能會導致雜散信號。相位噪聲測量(1) 實驗操作步驟1. 設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（850MHz、-10

6、dBm）2. 設置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發生器的輸出頻率，設置掃描帶寬為50KHz，設置合適的分辨率帶寬和視頻帶寬，適當調整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置2. 用峰值搜索功能測量信號的頻率和電平，測試數據記錄到表4.3中3. 用差值光標和噪聲光標功能測量偏離信號10KHz的相位噪聲，測試數據記錄到表4.3中4. 將掃描帶寬設置為500KHz，設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的相位噪聲，測試數據記錄到表4.3中5. 改變輸出頻率，重復以上測量，測試數據記錄到表4.3中(2)實驗數據記錄 表4.3 信號頻率（MHz）信號電平（dBm）相位噪聲（dB/

7、Hz）偏離10KHz偏離100KHz850-10.13-93.78-37.70900-15.92-39.02-38.72950-22.26-42.56-40.95幅頻特性的測量（1） 實驗操作步驟1 設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率大單載波信號（如850MHz20dBm）。2 設置頻譜分析儀的中心頻率為微波信號發生器的輸出頻率，設置合適的掃描帶寬（如100MHz），適當調整參考電平，使頻譜圖顯示在合適的位置。3 設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（如0.1MHz），用手動旋鈕（或自動掃頻）在指定的頻率圍（如830MHz870MHz）調整微波信號發生器的輸出頻率，觀測頻

8、譜分析儀顯示的幅頻特性曲線。5 用峰值搜索功能測量輸出信號在指定頻帶的最高電平，測試數據記錄到表格中。6 用差值光標功能測量輸出信號在指定頻帶的幅頻特性，測試數據記錄到表格中。7 改變測試頻率圍，重復以上測量，記錄數據到表格中。幅頻特性的測量頻率圍MHz最高點頻dBm幅頻特性（dB帶寬）850±2020.971.3/40=0.0325900±20-20.881.1/40=0.0275950±20-23.362.62/40=0.06555.實驗心得本次實驗時對頻譜分析儀的使用，由于頻譜分析儀我們在之前的相關課程的實驗已經使用過，堆頻譜分析儀的使用已經較為熟練，因此本

9、次實驗做的較為輕松。實驗過程中我們不僅更加熟練掌握了頻譜分析儀的使用，還了解了關于頻譜分析儀的特性，使得優化了我們的使用。為保證對信號進行精確，測量前應開機預熱三十分鐘。頻譜儀最基本的作用就是發現和測量信號的幅度。頻譜儀可以以圖示化的方式顯示設定頻率圍的射頻信號，信號越強，頻譜儀顯示的幅度也越大。5.3.2 衰減器的特性測量1.實驗目的 （1）熟練掌握頻譜分析儀的使用（2）了解衰減器對微波信號的衰減機理以及相關特性。2.實驗儀器 微波信號發生器、衰減器（10db），頻譜分析儀3. 實驗容及數據處理以下實驗按照圖1連接測試。1. 衰減器的測量（1） 設置微波信號發生器輸出指定

10、頻率和功率的單載波信號（如850MHz、-10dBm和-20dBm）。（2） 將輸入輸出電纜短接。用頻譜分析儀測量衰減器的輸入信號電平，測試數據記錄到表格1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稱值得誤差，測試數據記錄到表格1中。（4） 改變微波信號發生器的輸出頻率，重復以上測量，測試數據記錄到表格1中標稱值（10dBm）測試頻率（MHz）輸入信號電平（dBm）輸出信號電平（dBm）衰減量（dBm）標稱誤差（dB）850-20.05 -30.58 10.530.53900 -21.11 -31.58 10.470.47950-22.26 -

11、32.50 9.240.24表1 衰減器的衰減量測量分析：因為我們本次實驗并沒有對應的衰減器，因此使用的衰減器是PIN衰減器，上面標明的衰減量為>=10dB,而實際上要求用的衰減器其衰減量為10dB，因此在計算標稱誤差的時候，是以標準衰減量10dB來計算的。相應的數據計算過程如下：850MHz:衰減量=-120.05-（-30.58）=10.53；標稱誤差=10.53-10=0.53；誤差率5.3%900MHz:衰減量=-21.11-(-31.58)=1047 ； 標稱誤差=10.47-10=0.47；誤差率4.7%950MHz:衰減量=-22.26-(-32.50)=10.24 ； 標

12、稱誤差=10.24-10=0.24。誤差率2.4%可見：誤差在允許的圍可以被接受。2. 幅頻特性測量（1） 設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如850MHz、-20dBm）。（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。設置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率（如850MHZ），設置合適的掃描帶寬（如100MHZ），適當調整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置。（4） 設置頻譜分析儀的軌跡為最大保持功能（Trace->Trace type àMax hold）.（5） 按照一定的步進（如0.1MHZ），用手動旋鈕在指定的

13、頻率圍（如830870MHZ），調整微波信號發生器的輸出頻率,在頻譜分析儀上顯示幅頻特性曲線。（6） 根據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的最小衰減和幅頻特性，測試數據記錄到表2中。頻率圍（MHz）最小衰減量幅頻特性（dBpp/帶寬）830870-50.630.38/40=0.095880920-52.650.34/40=0.0085930970-54.400.31/40=0.0075 表2 衰減器的幅頻特性測量4. 實驗總結 在本次實驗里，我們主要是通過實驗來了解衰減器的特性，實驗多加了一個衰減器，主要還是通過頻譜分析儀來看我們調出信號經過衰減器的數據特點。

14、實驗時頻譜儀的數值跳變幅度較大，速度也快，我們需要采取許多相應的措施來穩定頻譜分析儀，如減小周圍環境影響，更換噪聲較小的連接線等等。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： （2）設置微波信號發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電平信號，記錄測試數據； （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，記錄數據； （5）改變測試頻率，重復以上操作。測試頻率（MHz)850900950端口1輸入功率（dBm）-20.05-21.11-22.26

15、端口3輸入功率（dBm）-30.74-31.42-32.48耦合度(dB)10.6910.3110.22分析：設端口1輸入功率為P1,端口3輸入功率為P3 ，則耦合度L應該為L= P1/P3 ; 轉換為dB 值即為 L(dB)=10lgL = 10lg P1 - 10lg P3 。根據推導出來的公式和測量數據，可以計算相應的耦合度為：850MHz: 30.74-20.05=10.69 ； 900MHz: 31.42-21.11=10.31 ；950MHz: 32.48-22.26=10.22 ；2.插入損耗測量 （1）按照如圖所示連接測試系統：（2）設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率的單載波

16、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，記錄測試數據；（4）接入被測定向耦合器，用頻譜分析儀測量定向耦合器輸出端口的輸出信號電平，計算定向耦合器額插入損耗和傳輸損耗，記錄數據；（5）改變測試頻率，重復以上操作。耦合度（dB）/耦合損耗（dB）測試頻率（MHz）850900950端口1輸入功率（dBm）-20.05-21.11-22.26端口2輸入功率（dBm）-54.42-55.28-57.47插入損耗（dB）34.3734.1735.20傳輸損耗（dB）23.6820.9624.99分析：設端口1輸入功率為P1,端口2輸入功率為P2 ，則插入損耗I

17、L應為： IL= -10lgP2/P1 = -10lg P2 + 10lg P1 。則相應的插入損耗計算如下：850MHz：54.42-20.05=34.37 ; 900MHz：55.28-21.11=34.17 ；950MHz：57.46-22.26=35.20 ；傳輸損耗 TL 應該為 ：TL = -10lgP3/P2= 10lg P2-10lg P3 。則相應的傳輸損耗計算如下：850MHz：54.52-30.74=23.68 ; 900MHz：55.28-31.42=20.96 ；950MHz：57.47-32.48=24.99 ；3定向耦合器的隔離度測量（1）按照下圖連接測試系統：（

18、2）設置微波信號發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，記錄測量數據；（4）接入被測定向耦合器，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，記錄測量數據；（5）改變測試頻率，重復以上操作。測試頻率(MHz)850900950耦合端口3輸入功率（dBm）-20.05-21.11-22.26輸入端口2輸出功率(dBm)-37.43-38.40-37.612、3端口隔離度(dB)17.3817.2915.35分析：隔離度的計算公式如下：D=10lgP3/P2=10lgP3-10lgP2;因此相應頻率的隔

19、離度的計算如下：850MHz:37.43-20.05=17.38 ； 900MHz：38.40-21.11=17.29 ；950MHz:37.61-22.26=15.35 ；4.幅頻特性測量（1）設置微波信號發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，設置頻譜分析引的中心頻率為指定頻率，設置合適的掃描帶寬，適當調整參考電平使頻譜圖顯示在合適的位置；（4）設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圍調整微波信號發生器的輸出頻率，在頻譜分析儀上顯示出幅頻特性曲線；（6

20、）根據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的耦合度的最小值和幅頻特性，記錄測量數據。頻率圍（MHz）輸入功率（dBm）最高功率（dBm）耦合度最小值（dBm）幅頻特性（dBp-p/帶寬）850±20-20.05-33.73-53.780.69/40=0.01725900±20-21.11-32.80-53.910.57/40=0.01425950±20-22.26-33.07-55.330.34/40=0.00855.實驗總結：這次實驗的項目比較多，要測量的數據也比較多，但是都比較簡單，關鍵的就是要能夠熟練的運用頻譜分析儀，因為基本上所有的測量都要依靠頻譜分析儀來進行測量。本次實驗主要考驗了我們對微波器件的理解，將理論向實踐的轉換。同時本次實驗鍛煉了我們對數據處理的能力，更加深入了解了衰減器的特性。5.3.4濾波器的特性及其測量1. 實驗容及步驟傳輸特性的測量按照圖1所示連接測試系統濾波器頻譜分析儀微波信號發生器圖1 濾波器的傳輸特性測量設置微波信號發生器輸出指定頻率和功率的單載波信號（如850MHz、-20dBm）.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。接入被測濾波器。設置頻譜分析儀的中心頻率為指定頻率（如880MHz），設置合適的掃描帶寬（如80MHz），適當調整參考電平使頻譜圖顯示在