教學(xué)設(shè)備

微波測(cè)量?jī)x表的種類(lèi)很多，如微波信號(hào)源、功率計(jì)、駐波表、選頻表、頻譜儀等，微波儀表通常價(jià)格較高，考慮到此因素，本實(shí)驗(yàn)箱只需要配備很少的儀表，即可進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。因此本實(shí)驗(yàn)箱配備了中頻信號(hào)源、掃描振蕩器等，代替微波信號(hào)源等儀表。本章重點(diǎn)介紹頻譜分析儀。
一、頻譜分析儀工作原理
頻譜分析儀是一種能在示波管上顯示出被測(cè)信號(hào)頻譜幅度特性的儀器，熒光屏的橫坐標(biāo)代表頻率，縱坐標(biāo)代表不同頻率分量的幅值。
微波頻譜分析儀主要用來(lái)觀(guān)察各種已調(diào)信號(hào)（調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)制）的頻譜及功率，測(cè)量信號(hào)頻率、測(cè)量振蕩器的頻率穩(wěn)定度和頻譜純度，測(cè)量波形失真與噪聲等。
目前頻譜儀多采用掃頻超外差式，它的靈敏度高，頻率分辨率好，噪聲小。掃頻超外差式頻譜儀實(shí)際是超外差接收機(jī)和示波器的組合，它的方框原理如下圖所示。


被測(cè)信號(hào)（頻率為fs）經(jīng)直接輸入或衰減后輸入，在混頻器中與機(jī)內(nèi)本振信號(hào)（頻率為fp）進(jìn)行混頻，fo =fp-fs，fo為中頻信號(hào)頻率，中頻信號(hào)經(jīng)放大、檢波，得到一個(gè)和輸入信號(hào)幅度成正比的直流電壓，經(jīng)垂直放大后加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，這就使電子束在垂直方向的的偏移與輸入信號(hào)幅值成正比。本振fp是一個(gè)電調(diào)諧的掃頻振蕩器，它的頻率受鋸齒波電壓的掃描發(fā)生器控制。頻率隨鋸齒電壓作線(xiàn)性變化，該鋸齒電壓經(jīng)水平放大器放大后加在示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，這就使電子束在水平方的偏移正比于掃頻振蕩頻率變化，并可折算出輸入信號(hào)的頻率。
如果被測(cè)信號(hào)中有幾個(gè)分量，由于本振頻率fp連續(xù)掃頻變化，而中頻fo是固定的，因此信號(hào)中的各個(gè)頻率分量都可以順序地在fp變化時(shí)滿(mǎn)足fp-fs=fo，此時(shí)各頻率分量順序通過(guò)中放，在示波管的熒光屏上分別顯示出來(lái)，它們?cè)跓晒馄辽纤�平間隔距離反映出它們的頻率差，垂直高度代表它們的幅度。這樣就得到了信號(hào)頻譜。
掃描超外差式頻譜儀的靈敏度主要取決于中頻放大器的放大量和內(nèi)部的噪聲，一般能達(dá)-100dbm，頻率分辯率主要取決于中放的帶寬，考慮到超外差接收機(jī)的鏡像干擾，頻譜儀多采用多級(jí)變頻方案，如三次或四次變頻，第一中頻較高，可減小鏡像干擾，末級(jí)變頻后的中頻較低有利于減小帶寬，降低噪聲和提高分辯率。有的頻譜儀帶寬有多種選擇，可滿(mǎn)足不同分辯率要求。

二、安泰信AT5011 頻譜分析儀使用方法
安泰信AT5011頻譜分析儀是一款性能好、價(jià)格低的射頻分析儀。本頻譜儀測(cè)量的頻率范圍為0.15-1050MHZ，若另外選配AT5000F1擴(kuò)展器，測(cè)量頻率可擴(kuò)展為1050-2050MHZ；若選配AT5000F2測(cè)量頻率可擴(kuò)展為2050-3050MHZ；若選配AT5000F3，測(cè)量頻率可擴(kuò)展為3050-4050MHZ。因此若三種擴(kuò)展器都選配，則測(cè)量頻率范圍為0.15-4050MHZ。本微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只需選配AT5000F2，便可滿(mǎn)足測(cè)試需要。
眾所周知，示波器是觀(guān)察信號(hào)時(shí)域波形的專(zhuān)用設(shè)備，但是信號(hào)并非用時(shí)域特性能完全表征，而信號(hào)的頻域特性也是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析的一個(gè)重要方面。頻譜分析儀則能在示波管上直接顯示信號(hào)頻譜特性的儀表，因此頻譜分析儀與示波器一樣都是分析信號(hào)的重要工具。
安泰信AT5011頻譜儀使用非常方便。被測(cè)信號(hào)從INPUT輸入，適當(dāng)選擇衰減檔位，在示波管上便能顯示出信號(hào)的頻譜。當(dāng)MARKER置于ON，調(diào)節(jié)MARKER旋紐，示波管有光標(biāo)表示，該光標(biāo)的頻率數(shù)值在數(shù)字顯示窗中將被顯示出來(lái)。因此利用光標(biāo)能準(zhǔn)確地讀出被測(cè)信號(hào)頻率。當(dāng)MARKER置于OFF時(shí)，數(shù)字顯示窗將顯示示波管垂直中軸位置頻率。
SCANWIDTH是掃描寬度調(diào)節(jié)共分十檔，每格掃描寬度從0.1MHZ-100MHZ。當(dāng)放在大檔位時(shí)，觀(guān)察到的頻譜范圍較寬，當(dāng)放在較小檔位時(shí)，對(duì)頻譜特性能觀(guān)察得較仔細(xì)。
BAND WIDTH是中頻帶寬選擇，分400KHZ、20KHZ兩檔，當(dāng)需高頻率分辨率時(shí)應(yīng)選擇20KHZ檔。在測(cè)量信號(hào)幅度時(shí)，中頻帶寬應(yīng)選擇400KHz檔。
Video Filter是視頻濾波，在測(cè)量微弱信號(hào)時(shí)，放在ON，可以減小本機(jī)噪聲對(duì)測(cè)量的影響，在測(cè)量信號(hào)幅度時(shí)，該視頻濾波應(yīng)放在OFF。
另外AT5011頻譜儀帶有跟蹤振蕩器，它是掃頻振蕩器，掃頻頻率與頻譜儀掃描頻率同步，故取名為跟蹤振蕩器。掃頻范圍為0.15-1.50MHZ。如測(cè)量濾波器或放大器的頻率響應(yīng)，它可用來(lái)作為信號(hào)源。該掃頻振蕩器輸出幅度可用衰減器調(diào)節(jié)。（0-40db調(diào)節(jié)范圍）。
安泰信AT5011頻譜儀用來(lái)進(jìn)行微波實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路連接請(qǐng)參見(jiàn)以下各章節(jié)。