电子测量实验报告
现代电子测量
实验报告
*******************************************************************************实验题目：信号源、示波器、频谱仪综合实验
姓名：2220150407
实验日期：2016年1月15日组别：____________联系方式：
******************************************************************************* 1实验目的及要求
熟悉信号源、示波器、频谱仪的基本操作和信号基本参数的测量。
2实验仪器型号
3实验原理、步骤
3.1实验原理及测量方法
3.1.1连续波信号参数测量测量方法
相位噪声测量：分辨带宽根据分辨率要求设置选择适当扫频宽度，显现出所需宽度的两个或一个噪声边带，利用可移动的光标读出谱线顶端电平C(dBm)和
f处噪声的平均高度的电平N（dBm），求出其差值一个边带中指定偏移频率
m
(N-C)dB。
然后，再加上必要的修正：第一个修正项，这里读出的噪声电平N是等效带宽RBW内通过的总噪声电平，折合成每1Hz带宽应加修正项（-10×log（RBW））；第二个修正项：频谱仪的纵轴刻度读数是按测正弦信号校准的，测噪声时频谱仪的峰值检波器和对数放大器将使噪声电压有效值和功率电平读数偏低约 2.5dB
应加“频谱仪效应”修正项（＋2.5dB ）
则，相位噪声计算结果为：
()()dB 10lg(RBW) 2.5 dB /Hz m f N C ζ=--?+
3.1.2 脉冲调制信号参数测量方法
频谱测量：微波或高频频谱分析仪普遍采用的是扫频超外差的测试原理，在测量过程中选择合适的分辨力带宽（RBW ）和视频滤波带宽（VBW ）：窄RBW 一个重要缺点是扫频速度过慢；根据测试目的：是测试小信号下的载波功率还是要测量一个具有一定带宽的调制信号，根据不同的目的选择RBW 。依据上述频谱测量原则可以测得较为准确的结果。
3.2 实验步骤
3.2.1 使用频谱仪测量连续波信号参数
（1）熟悉实验所用信号源、频谱仪的操作和参数； （2）连接信号源与频谱仪；
（3）设置信号源，在高中低不同频段分别输出不同频率信号，信号功率设为0dBm ；
（4）使用频谱仪测量信号源输出信号频率、功率、相位噪声，要求测量高中低3个频点，记录测量结果；注意频谱仪VBW/RBW 、SPAN 、REF 等参数对测量结果的影响；
（5）关闭信号源射频输出，断开与频谱仪的连接。 3.2.2 脉冲调制信号参数测量
（1）设置信号源产生脉冲调制信号及其基带信号，设置脉宽（20us ），脉冲周期PRT （40us ），载波信号功率（0dBm ），载波频率（1.0GHz ）。
（2）使用频谱仪测量信号频谱并与设置参数对比分析；
（3）设置不同的分辨率带宽（RBW ）以及不同的脉冲宽度，分别进行频谱测量，并分析不同参数设置下的频谱测量结果有何不同。
4 实验结果及分析
4.1 连续波信号参数测量
信号频率设置为1GHz 。功率输出设置为5dBm （信号源输出设置为0dBm ，
增益5dB），在不同分析带宽（RBW）情况下测得的结果如下，如下表所示。
上表中的的“——”项代表该项在测量中不可测得，原因是这与频谱仪的RBW以及SPAN设置有关，例如：当频率分别率（RBW）设置为1kHz时，是无法测得频偏△f=100Hz处的相位噪声的。另外需要注意的是频谱仪测得的功率值，是在RBW带宽内的信号的功率。
（1）由上表可知，在相同RBW及SPAN值下，偏离中心频率越远，即f?越大，测得的功率值越小,这是因为偏离中心频率越远，响应的相位噪声越小，则测量所得的噪声功率越小。
（2）RBW对频谱测量的影响：设置信号频率为300kHz，SPAN设置为100kHz，RBW分别设置为100Hz和1kHz，测量1
f kHz
?=时的噪声功率值，结果分别如图4.1和4.2所示。
图 4.1 RBW为100Hz时频谱测量结果
图 4.2 RBW 为1kHz 时频谱测量结果
由上两图可知：RBW=100Hz 时，1N =-61.03dBm ；RBW=1kHz 时，
2N =-8.55dBm ；测量结果差距很大，这是因为频谱仪测得的功率值是在RBW 带宽内的信号的功率，
那么RBW 越大，测量所得的功率越大。同时通带内噪声的功率也越大，信号的频谱测量精度下降，动态范围也下降。
可以得到结论：在使用窄的RBW 时，频谱仪显示出较低的本底噪声电平，且动态范围增加，灵敏度提高，测频精度提高。
（3）相位噪声的测量
根据之前的测量结果，进行相位噪声的计算，相位噪声的计算公式如下
()()dB 10lg(RBW) 2.5 dB /Hz m f N C ζ=--?+
式中，C 为谱线顶端电平，N 一个边带中指定偏移频率处噪声的平均高度的电平，RBW 为频谱仪的分辨率带宽。在本题中计算频偏1kHz 下的相位噪声，计算结果如下，由表4.2所知，RBW 越小，所测得的相位噪声越小。
表 4.2 相位噪声计算结果
4.2脉冲调制信号参数测量
4.2.1脉冲宽度对调制结果的影响
设置信号源产生脉冲调制信号及其基带信号，脉冲周期PRT（40us），载波信号功率（0dBm），载波频率（1.0GHz）。将脉宽分别设置为4us，20us，测量结果分别如图4.3、图4.4、图4.5所示。
图 4.3 脉冲宽度为20us时脉冲调制结果
图 4.4 脉冲宽度为4us时脉冲调制结果
脉冲调制即于对信号进行了脉冲幅度调制，其只相当于对基带信号的频谱进行了搬移。占空比为50%方波可以分解为只包含奇次谐波的三角型傅里叶级数，因此其理想的谱线应只含有奇次谐波。图4.3为占空比为50%的脉冲经过1GHz
载波脉冲调制后的结果，由图可知，其除了含有奇次谐波外，还含有偶此谐波，这是因为，信号源产生的信号非理想，存在相位噪声，由此引入偶次谐波分量。
在不改变脉冲信号的周期情况下，改变脉冲信号的宽度，相当于改变了基带信号的频谱结构。因此对不同脉宽，相同脉冲周期的脉冲信号进行调制会得到不同的频谱。图4.3、图4.4、图4.5的测量结果与分析相符。
图 4.5 脉冲宽度为26us时脉冲调制结果
4.2.2频谱仪设置参数RBW对测量结果的影响
对4.2.1小节中脉宽为20us的调制信号进行频谱测量，设置不同的RBW，测量结果如图4.6-4.9所示，其RBW分别设置为1kHz，3kHz，10kHz，30kHz。
图 4.6 RBW为1kHz时频谱测量结果
图 4.7 RBW为3kHz时频谱测量结果
图 4.8 RBW为30z时频谱测量结果
由图4.6-4.8可知，对于同一信号，设置不同的RBW值，测量结果不同。RBW 为频谱仪中中频滤波器的带宽，其影响频谱仪显示的噪声电平，频率分辨率和测试精度。由此再次验证了，RBW影响频率分辨率、测试精度和显示噪声电平的结论。需要注意的是，窄的RBW会降低频率扫描的速度，完成一次测量所需的时间会变长。