教學(xué)設(shè)備

微波測量儀表的種類很多，如微波信號源、功率計、駐波表、選頻表、頻譜儀等，微波儀表通常價格較高，考慮到此因素，本實(shí)驗箱只需要配備很少的儀表，即可進(jìn)行各項實(shí)驗。因此本實(shí)驗箱配備了中頻信號源、掃描振蕩器等，代替微波信號源等儀表。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信號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觀察各種已調(diào)信號（調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)制）的頻譜及功率，測量信號頻率、測量振蕩器的頻率穩(wěn)定度和頻譜純度，測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。


被測信號（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（頻率為fp）進(jìn)行混頻，fo =fp-fs，fo為中頻信號頻率，中頻信號經(jīng)放大、檢波，得到一個和輸入信號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幅值成正比。本振fp是一個電調(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的頻率。
如果被測信號中有幾個分量，由于本振頻率fp連續(xù)掃頻變化，而中頻fo是固定的，因此信號中的各個頻率分量都可以順序地在fp變化時滿足fp-fs=fo，此時各頻率分量順序通過中放，在示波管的熒光屏上分別顯示出來，它們在熒光屏上水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、價格低的射頻分析儀。本頻譜儀測量的頻率范圍為0.15-1050MHZ，若另外選配AT5000F1擴(kuò)展器，測量頻率可擴(kuò)展為1050-2050MHZ；若選配AT5000F2測量頻率可擴(kuò)展為2050-3050MHZ；若選配AT5000F3，測量頻率可擴(kuò)展為3050-4050MHZ。因此若三種擴(kuò)展器都選配，則測量頻率范圍為0.15-4050MHZ。本微波實(shí)驗系統(tǒng)只需選配AT5000F2，便可滿足測試需要。
眾所周知，示波器是觀察信號時域波形的專用設(shè)備，但是信號并非用時域特性能完全表征，而信號的頻域特性也是對信號進(jìn)行分析的一個重要方面。頻譜分析儀則能在示波管上直接顯示信號頻譜特性的儀表，因此頻譜分析儀與示波器一樣都是分析信號的重要工具。
安泰信AT5011頻譜儀使用非常方便。被測信號從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。因此利用光標(biāo)能準(zhǔn)確地讀出被測信號頻率。當(dāng)MARKER置于OFF時，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，觀察到的頻譜范圍較寬，當(dāng)放在較小檔位時，對頻譜特性能觀察得較仔細(xì)。
BAND WIDTH是中頻帶寬選擇，分400KHZ、20KHZ兩檔，當(dāng)需高頻率分辨率時應(yīng)選擇20KHZ檔。在測量信號幅度時，中頻帶寬應(yīng)選擇400KHz檔。
Video Filter是視頻濾波，在測量微弱信號時，放在ON，可以減小本機(jī)噪聲對測量的影響，在測量信號幅度時，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。如測量濾波器或放大器的頻率響應(yīng)，它可用來作為信號源。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頻譜儀用來進(jìn)行微波實(shí)驗時的電路連接請參見以下各章節(jié)。