1 概述
本指導(dǎo)書描述羅德與施瓦茨公司為高校基礎(chǔ)射頻實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供所必需的射頻
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（包括射頻電路教學(xué)套件、測(cè)量?jī)x器——FPC1500）的使用方法，以及基于該平臺(tái)所能實(shí)現(xiàn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過教師講解、操作練習(xí)，可以使學(xué)生更好的掌握射頻微波基本知識(shí)、射頻電路設(shè)計(jì)、基本元器件性能、射頻基本發(fā)射和接收鏈路特性以及測(cè)量相關(guān)知識(shí)。
傳統(tǒng)的基礎(chǔ)射頻實(shí)驗(yàn)室建設(shè)至少需要三臺(tái)典型儀器，包括頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器以及網(wǎng)絡(luò)分析儀，如果針對(duì)較大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)成本很高。羅德與施瓦茨公司發(fā)布的入門級(jí)三合一射頻測(cè)試儀器——FPC1500，從根本上幫助客戶解決了這一難題，它是一臺(tái)將射頻測(cè)試最常用的三種儀器集成起來的經(jīng)濟(jì)型頻譜分析儀。
2 射頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)均來自德國，為客戶提供低成本、高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。系統(tǒng)
覆蓋頻段 5KHz-3GHz，主要由射頻電路教學(xué)套件和頻譜分析儀-FPC1500 組成，以及實(shí)驗(yàn)所需線纜、轉(zhuǎn)接頭等。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可連接至實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)，教師可以通過羅德與施瓦茨公司的免費(fèi) Instrument View 軟件，同時(shí)連接各個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試儀器，通過投影展示和講解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.1 射頻電路教學(xué)套件
射頻電路教學(xué)套件由完整的發(fā)射鏈路（由混頻器、濾波器、衰減器、放大器組
成），接收鏈路（由衰減器、低噪聲放大器、濾波器、混頻器組成），校準(zhǔn)單元
（開路、端口、匹配），IQ 調(diào)制器/解調(diào)器，本振以及電源模塊組成。
發(fā)射鏈路和接收鏈路中的各個(gè)器件都可以進(jìn)行獨(dú)立或者聯(lián)合測(cè)試，通過FPC1500 的跟蹤源和獨(dú)立源功能，配合頻譜分析功能，可以實(shí)現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和操作方法在第三章進(jìn)行詳細(xì)介紹。
套件本身可以產(chǎn)生兩種不同頻率的本振信號(hào)，636.5MHz 和 317.75MHz，可以
通過跳線開關(guān)進(jìn)行選擇控制。
校準(zhǔn)單元可以用于 FPC1500 矢量網(wǎng)絡(luò)分析功能的校準(zhǔn)，同時(shí)也可以幫助學(xué)生了
解在開路、短路和匹配不同狀態(tài)下，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試結(jié)果。
IQ 調(diào)制器和解調(diào)器的應(yīng)用需要額外配合模擬 IQ 信號(hào)產(chǎn)生器才能正常工作，本實(shí)
驗(yàn)指導(dǎo)書列為選測(cè)項(xiàng)目，供客戶參考，如有進(jìn)一步需求，請(qǐng)聯(lián)系羅德與施瓦茨公司。
套件可以通過 5V 直流電源供電或者 USB 接口供電，簡(jiǎn)單起見，可以直接通過
FPC1500 的 USB 供電即可。
套件基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
2.2 頻譜分析儀 FPC1500
頻譜分析儀是射頻測(cè)試最重要的儀器之一，熟悉頻譜分析儀的操作和原理，對(duì)
于射頻微波專業(yè)的學(xué)生是非常重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，現(xiàn)代的射頻工程師除了頻譜分析儀之外，工作中還會(huì)經(jīng)常用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻信號(hào)源，F(xiàn)PC1500 可以集這三種儀表于一身，為學(xué)生提供一站式的測(cè)試儀器。
2.2.1 原理介紹
現(xiàn)代頻譜分析儀的典型實(shí)現(xiàn)方式就是通過超外差方式，典型的超外差式頻譜分
析儀基本結(jié)構(gòu)圖如下：
外差式掃描接收機(jī)通過混頻器和本地振蕩器（LO）將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換到中頻。調(diào)
節(jié)本振頻率，把整個(gè)輸入頻率范圍轉(zhuǎn)換到一個(gè)固定的中頻。然后可用一個(gè)固定中心頻率的中頻濾波器來得到分析儀的分辨率。轉(zhuǎn)換的信號(hào)在進(jìn)入中頻濾波器前被放大，該濾波器決定了分辨率帶寬。這個(gè)中頻濾波器有一個(gè)固定的中頻，因此避免了可調(diào)濾波器的相關(guān)的難題。
為允許一個(gè)寬電平范圍信號(hào)可同時(shí)在屏幕上顯示，中頻信號(hào)用對(duì)數(shù)放大器來壓
縮，然后進(jìn)行包絡(luò)檢波，所得信號(hào)稱為視頻信號(hào)。該信號(hào)可被稱做視頻濾波器的可調(diào)低通濾波器來平均化，從而不受噪聲影響并且可平滑顯示。
現(xiàn)代頻譜分析儀使用快速數(shù)字信號(hào)處理，輸入信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換器在一個(gè)合適
的點(diǎn)上采樣，使用數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行進(jìn)一步的處理。隨著數(shù)字信號(hào)處理的快速發(fā)展，采樣模塊在信號(hào)路徑中的位置進(jìn)一步前移。從前視頻信號(hào)在模擬包絡(luò)檢波器和視頻濾波器后被采樣，而現(xiàn)代頻譜分析儀經(jīng)常在末級(jí)低中頻后進(jìn)行數(shù)字化，中頻信號(hào)的包絡(luò)由采樣來確定。同樣的，與以前的外差接收機(jī)通過模擬鋸齒波信號(hào)調(diào)諧第一級(jí)本振不同，LO 借助鎖相環(huán)（PLL）鎖定在一個(gè)參考頻率上，通過改變間隔因子來調(diào)節(jié)。PLL 技術(shù)的好處就是可獲得比模擬調(diào)諧更高的頻率精度。
2.2.2 產(chǎn)品介紹
FPC1500 的頻譜分析儀功能采用超外差方式實(shí)現(xiàn)，頻率可以通過軟件進(jìn)行頻段
升級(jí)，可選 1GHz、2GHz 和 3GHz 三個(gè)頻段。分辨率帶寬可低至 1Hz，底噪低至-165dBm（典型值）方便觀測(cè)和分辨小信號(hào)。
FPC1500 采用獨(dú)特的內(nèi)部 VSWR 電橋設(shè)計(jì)，可以執(zhí)行單端口矢量反射測(cè)量。此
功能可用于 RF 天線或 RF 電路的阻抗測(cè)量，并可顯示史密斯圓圖；或進(jìn)行故障點(diǎn)距離測(cè)量以檢測(cè) RF 長電纜的故障點(diǎn)。同時(shí) FPC1500 還可以進(jìn)行傳輸特性測(cè)量，廣泛應(yīng)用在濾波器、衰減器等器件測(cè)試上。由于內(nèi)置 VSWR 電橋，因此在切換測(cè)量模式時(shí)無需安裝/卸除外部 VSWR 電橋，例如切換頻譜分析儀模式和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式。
RF 工程通常需要測(cè)試無源或有源 RF 電路；這些電路本身不會(huì)產(chǎn)生 RF 信號(hào)，
例如放大器、濾波器或 RF 電纜。僅使用頻譜分析儀不足以進(jìn)行此類測(cè)試，還需要借助信號(hào)發(fā)生器。FPC1500 具備跟蹤源功能，可執(zhí)行標(biāo)量傳輸測(cè)量，例如 RF 濾波器的頻率響應(yīng)測(cè)量。
FPC1500 可以在獨(dú)立模式下使用集成式信號(hào)源，功能更加豐富。由于具備這種
獨(dú)特功能，F(xiàn)PC1500 可用作連續(xù)波 (CW) 信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)源可用作 LO 信號(hào)以進(jìn)行混頻器測(cè)量，或用作輸入信號(hào)以進(jìn)行放大器增益測(cè)量。
3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
3.1 實(shí)驗(yàn)一：射頻波形基本測(cè)量
3.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握頻譜分析儀的基本操作方法，同時(shí)也幫助同學(xué)認(rèn)識(shí)最基本的射頻信號(hào)波形正弦波。
3.1.2 實(shí)驗(yàn)原理
FPC1500 可以產(chǎn)生任意頻率的正弦波信號(hào)（配置頻段范圍之內(nèi)），功率范圍-
30dBm 到 0dBm。同時(shí)，F(xiàn)PC1500 還可以工作在 couple cw 模式，也就是說一臺(tái)儀表就可以既產(chǎn)生指定頻率的正弦波信號(hào)，又可以同時(shí)進(jìn)行正弦波信號(hào)的測(cè)試與分析。正弦波是頻率成分最為單一的一種信號(hào)，因這種信號(hào)的波形是數(shù)學(xué)上的正弦曲線而得名。理論上正弦波信號(hào)的時(shí)域波形和頻域波形如下圖所示：
但是在實(shí)際測(cè)量中，由于頻譜分析的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（第二章），使得在頻譜分析
儀上看到的實(shí)際正弦波信號(hào)的頻譜是具有一定帶寬的形狀，該形狀取決于中
頻濾波器的帶寬，如下圖所示：
3.1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X202 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X204 接頭。如下圖所示：
3. 設(shè)置 FPC1500，使其產(chǎn)生 1GHz 的正弦波，并且通過頻譜功能測(cè)量正弦波功率，記錄鏈路損耗。具體設(shè)置方法，如下表所示：
選項(xiàng) 設(shè)置 內(nèi)容
Mode 頻譜分析儀
Meas->Source Couple CW
Level 0 dBm
Freq 1GHz
Span 20MHz
Ampt->參考電平 10dBm
Mkr 標(biāo)記讀數(shù)
BW->手動(dòng)分辨率帶寬 可以根據(jù)需求設(shè)置相應(yīng)的 RBW
測(cè)試結(jié)果示意圖：
4. 記錄并且分析鏈路損耗，思考為什么會(huì)有鏈路損耗？
5. 通過調(diào)整 FPC1500 的 RBW，觀察正弦波頻譜形狀的變化，思考為什么會(huì)有這種變化，和理論的正弦波頻譜有何差異？
3.2 實(shí)驗(yàn)二：射頻信號(hào)諧波測(cè)量
3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握在實(shí)際硬件系統(tǒng)中產(chǎn)生各次諧波的原因，以及通過頻譜分析觀察諧波的特征。幫助同學(xué)更加深刻的理解諧波的概念。
3.2.2 實(shí)驗(yàn)原理
理論上正弦波是單一頻率的信號(hào)，但是由于產(chǎn)生正弦波的設(shè)備自身硬件存在著非線性，并且在測(cè)試過程中，信號(hào)經(jīng)過教學(xué)套件的實(shí)際鏈路后，也會(huì)帶來一定的非線性。因此在頻譜分析儀上看到的正弦波會(huì)存在多次諧波分量，測(cè)量并記錄分析各次諧波的功率。
3.2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X202 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X204 接頭。如下圖所示：
3. 設(shè)置 FPC1500，使其產(chǎn)生 200 MHz 的正弦波，并且通過頻譜功能測(cè)量二次、三次、四次諧波功率，記錄結(jié)果。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
4. 記錄各次諧波的功率，思考為什么會(huì)有諧波信號(hào)產(chǎn)生？
3.3 實(shí)驗(yàn)三：發(fā)射鏈路混頻器測(cè)量
3.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
混頻器是射頻鏈路中的關(guān)鍵器件，通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握混頻器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解混頻器在發(fā)射鏈路中的作用。
3.3.2 實(shí)驗(yàn)原理
混頻器，是產(chǎn)生的振蕩頻率為兩個(gè)輸入振蕩或信號(hào)頻譜分量中的頻率的整數(shù)倍的線性組合的非線性器件。輸出信號(hào)頻率等于兩輸入信號(hào)頻率之和、差或?yàn)閮烧咂渌M合的電路。對(duì)于教學(xué)套件中的發(fā)射鏈路，混頻器的輸出信號(hào)頻率為輸入的射頻信號(hào)和本振信號(hào)之和。教學(xué)套件的本振信號(hào)默認(rèn)頻率是 636.5MHz，可以通過 FPC1500產(chǎn)生相應(yīng)頻率的射頻信號(hào)，使得混頻器輸出指定頻率的信號(hào)。混頻器和本地振蕩器共同組成發(fā)射鏈路的上變頻器。
對(duì)于混頻器，常見的測(cè)試項(xiàng)目包括混頻器頻率，變頻損耗，端口匹配，1dB 壓縮點(diǎn)等。基于 FPC1500 可以完成相應(yīng)的測(cè)試，同時(shí)為了便于觀測(cè)混頻器輸出信號(hào)，一般測(cè)試時(shí)都會(huì)選擇在相應(yīng)的濾波器之后進(jìn)行測(cè)試。
3.3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X608 設(shè)置為 POS2，X407 設(shè)置為 POS2。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X600 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X403 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在跟蹤源模式，測(cè)試混頻器的變頻損耗，記錄結(jié)果。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
5. 思考混頻器工作原理，為什么會(huì)有變頻損耗？
3.4 實(shí)驗(yàn)四：發(fā)射鏈路濾波器測(cè)量
3.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
在射頻鏈路中濾波器有著重要的作用，是發(fā)射鏈路和接收鏈路必不可少的器件。通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握濾波器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解濾波器在發(fā)射鏈路中的作用，了解射頻信號(hào)經(jīng)過濾波器之后的特性。
3.4.2 實(shí)驗(yàn)原理
濾波器重要功能就是對(duì)“波”進(jìn)行過濾的器件，在電子技術(shù)領(lǐng)域，常見的“波”指的就是信號(hào)。在射頻鏈路中，濾波器主要功能就是對(duì)指定頻率之外的信號(hào)進(jìn)行濾除，使得通過濾波器的只是指定頻率的信號(hào)。常見的濾波器有低通、高通、帶通和帶阻四種。教學(xué)套件中的濾波器類型為帶通濾波器，中心頻率836.5MHz，帶寬約為40MHz。一般用中心頻率、截止頻率、插入損耗、帶內(nèi)波動(dòng)、回波損耗等參數(shù)對(duì)濾波器進(jìn)行衡量，基于 FPC1500 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的完整測(cè)試，本實(shí)驗(yàn)以插入損耗和回波損耗為例進(jìn)行演示。
3.4.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X407 設(shè)置為 POS1，X408 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X401 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X403 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試濾波器的傳輸指標(biāo)參數(shù)（插入損耗），反射指標(biāo)參數(shù)（回波損耗）。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
5. 思考為什么濾波器需要測(cè)試傳輸和反射參數(shù)？反射參數(shù)如果不好，會(huì)有什么影響？
3.5 實(shí)驗(yàn)五：發(fā)射鏈路衰減器測(cè)量
3.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
衰減器是一種提供衰減的電子元器件，廣泛應(yīng)用于電子電路中。通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握衰減器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解不同衰減器設(shè)置，對(duì)信號(hào)帶來的不同影響。
3.5.2 實(shí)驗(yàn)原理
衰減器是在指定頻率范圍內(nèi)，一種用來引入預(yù)定衰減的電路，它可以調(diào)節(jié)鏈路中信號(hào)大小。教學(xué)套件中的衰減器，可以通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行衰減值的改變，具體設(shè)置在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容章節(jié)有詳細(xì)描述。通過 FPC1500 可以方便測(cè)量器件不同的衰減值是否準(zhǔn)確。
3.5.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X408 設(shè)置為 POS1，X409 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X404 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X405 接頭。可以通過 DIP 開關(guān)設(shè)置不同的衰減值。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試衰減器的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5. 通過 DIP 開關(guān)，改變不同的衰減器設(shè)置，可以觀測(cè)不同的測(cè)量結(jié)果。思考衰減器在發(fā)射鏈路中的作用是什么？
3.6 實(shí)驗(yàn)六：發(fā)射鏈路放大器測(cè)量
3.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
放大器通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件，可以將高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求。通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握放大器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解放大器對(duì)信號(hào)傳輸帶來的影響。
3.6.2 實(shí)驗(yàn)原理
放大器是能把輸入訊號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等各種裝置中。放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。
一般來講對(duì)于放大器，需要測(cè)試其增益、回波損耗、1dB 壓縮點(diǎn)等指標(biāo)，基于
FPC1500 可以完成這些測(cè)試。
3.6.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X409 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X406 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X402 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試放大器的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
傳輸參數(shù)測(cè)試：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5.思考放大器在發(fā)射鏈路中的作用是什么？
3.7 實(shí)驗(yàn)七：發(fā)射鏈路級(jí)聯(lián)測(cè)量
3.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
常見的射頻發(fā)射鏈路由混頻器、濾波器、衰減器、放大器組成，通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握射頻發(fā)射鏈路的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解發(fā)射鏈路上面的各個(gè)器件的作用。
3.7.2 實(shí)驗(yàn)原理
基于教學(xué)套件上的濾波器、衰減器和放大器組成的發(fā)射鏈路，可以通過 FPC1500 的矢量網(wǎng)絡(luò)分析功能，測(cè)量鏈路的信號(hào)傳輸特性，并且同時(shí)可以通過改變鏈路中衰減器的值，來觀測(cè)不同設(shè)置對(duì)整個(gè)鏈路信號(hào)大小的影響。
3.7.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X407 設(shè)置為 POS1，X408 設(shè)置為 POS2， X409 設(shè)置為
POS2。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X401 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X402 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試發(fā)射鏈路（包括濾波器、衰減器、放大器）的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5. 通過 DIP 開關(guān)，改變不同的衰減器設(shè)置，可以觀測(cè)不同的測(cè)量結(jié)果。
3.8 實(shí)驗(yàn)八：接收鏈路衰減器測(cè)量
3.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
衰減器是一種提供衰減的電子元器件，廣泛應(yīng)用于電子電路中。通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握衰減器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解不同衰減器設(shè)置，對(duì)信號(hào)帶來的不同影響。
3.8.2 實(shí)驗(yàn)原理
衰減器是在指定頻率范圍內(nèi)，一種用來引入預(yù)定衰減的電路，它可以調(diào)節(jié)鏈路中信號(hào)大小。教學(xué)套件中的衰減器，可以通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行衰減值的改變，具體設(shè)置在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容章節(jié)有詳細(xì)描述。通過 FPC1500 可以方便測(cè)量器件不同的衰減值是否準(zhǔn)確。對(duì)于接收鏈路的衰減器，一般來講都會(huì)放在最前端，這樣可以對(duì)意外進(jìn)入的大信號(hào)進(jìn)行衰減，避免接收機(jī)內(nèi)部其他器件被損壞。
3.8.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X511 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X504 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X505 接頭。可以通過 DIP 開關(guān)設(shè)置不同的衰減值。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試衰減器的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 節(jié)內(nèi)容。
5. 思考為什么在接收鏈路中，衰減器放在最前端？
3.9 實(shí)驗(yàn)九：接收鏈路低噪聲放大器測(cè)量
3.9.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
低噪聲放大器一般用在各種接收機(jī)中，通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握低噪聲放大器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解接收端的低噪聲放大器與發(fā)射端的放大器相比有哪些差異。
3.9.2 實(shí)驗(yàn)原理
低噪聲放大器，噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。
一般來講對(duì)于放大器，需要測(cè)試其增益、回波損耗、1dB 壓縮點(diǎn)等指標(biāo)，基于
FPC1500 可以完成這些測(cè)試。
3.9.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X511 設(shè)置為 POS1，X510 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X506 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X503 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試放大器的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5.思考低噪聲放大器在接收鏈路中的作用是什么？
3.10 實(shí)驗(yàn)十：接收鏈路濾波器測(cè)量
3.10.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
在射頻鏈路中濾波器有著重要的作用，是發(fā)射鏈路和接收鏈路必不可少的器件。通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握濾波器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解濾波器在接收鏈路中的作用，了解射頻信號(hào)經(jīng)過濾波器之后的特性。
3.10.2 實(shí)驗(yàn)原理
濾波器重要功能就是對(duì)“波”進(jìn)行過濾的器件，在電子技術(shù)領(lǐng)域，常見的“波”指的就是信號(hào)。在射頻鏈路中，濾波器主要功能就是對(duì)指定頻率之外的信號(hào)進(jìn)行濾除，使得通過濾波器的只是指定頻率的信號(hào)。常見的濾波器有低通、高通、帶通和帶阻四種。教學(xué)套件中的濾波器類型為帶通濾波器，中心頻率836.5MHz，帶寬約為40MHz。
一般用中心頻率、截止頻率、插入損耗、帶內(nèi)波動(dòng)、回波損耗等參數(shù)對(duì)濾波器進(jìn)行衡量，基于 FPC1500 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的完整測(cè)試，本實(shí)驗(yàn)以插入損耗和回波損耗為例進(jìn)行演示。
3.10.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X510 設(shè)置為 POS1，X509 設(shè)置為 POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X502 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X507 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試濾波器的傳輸指標(biāo)參數(shù)（插入損耗），反射指標(biāo)參數(shù)（回波損耗）。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)測(cè)試：如果需要測(cè)量濾波器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5.思考濾波器在接收鏈路中的作用是什么？
3.11 實(shí)驗(yàn)十一：接收鏈路混頻器測(cè)量
3.11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
混頻器是射頻鏈路中的關(guān)鍵器件，通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握混頻器的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解混頻器在接收鏈路中的作用。
3.11.2 實(shí)驗(yàn)原理
混頻器，是產(chǎn)生的振蕩頻率為兩個(gè)輸入振蕩或信號(hào)頻譜分量中的頻率的整數(shù)倍的線性組合的非線性器件。輸出信號(hào)頻率等于兩輸入信號(hào)頻率之和、差或?yàn)閮烧咂渌M合的電路。對(duì)于教學(xué)套件中的接收鏈路，混頻器的輸出信號(hào)頻率為輸入的射頻信號(hào)和本振信號(hào)之差。教學(xué)套件的本振信號(hào)默認(rèn)頻率是 636.5MHz，可以通過 FPC1500產(chǎn)生相應(yīng)頻率的射頻信號(hào)，使得混頻器輸出指定頻率的信號(hào)。混頻器和本地振蕩器共同組成接收鏈路的下變頻器。
對(duì)于混頻器，常見的測(cè)試項(xiàng)目包括混頻器頻率，變頻損耗，端口匹配，1dB 壓縮點(diǎn)等。基于 FPC1500 可以完成相應(yīng)的測(cè)試，同時(shí)為了便于觀測(cè)混頻器輸出信號(hào)，一般測(cè)試時(shí)都會(huì)選擇射頻信號(hào)先經(jīng)過濾波器之后在輸入到混頻器中進(jìn)行測(cè)試。
3.11.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X609 設(shè)置為 POS2，X509 設(shè)置為 POS2。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X502 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X604 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在跟蹤源模式，測(cè)試混頻器的變頻損耗，記錄結(jié)果。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
5. 思考接收端的混頻器工作原理 ？
3.12 實(shí)驗(yàn)十二：接收鏈路級(jí)聯(lián)測(cè)量
3.12.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
常見的射頻接收鏈路由衰減器、放大器、濾波器、混頻器組成，通過本實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們掌握射頻接收鏈路的工作原理，幫助同學(xué)深刻理解接收鏈路上面的各個(gè)器件的作用。
3.12.2 實(shí)驗(yàn)原理
基于教學(xué)套件上的衰減器、放大器和濾波器組成的接收鏈路，可以通過FPC1500 的矢量網(wǎng)絡(luò)分析功能，測(cè)量鏈路的信號(hào)傳輸特性，并且同時(shí)可以通過改變鏈路中衰減器的值，來觀測(cè)不同設(shè)置對(duì)整個(gè)鏈路信號(hào)大小的影響。
3.12.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 通過 USB 接口給教學(xué)套件供電，使其工作在正常模式。
2. 教學(xué)套件跳線設(shè)置，X511 設(shè)置為 POS2，X510 設(shè)置為 POS2， X509 設(shè)置為
POS1。
3. FPC1500 的 Gen Output 輸出口連接至教學(xué)套件的 X504 接頭，RF Input 輸入口連接至教學(xué)套件的 X507 接頭。如下圖所示：
4. 設(shè)置 FPC1500，使其工作在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模式，測(cè)試接收鏈路（包括衰減器、放大器、濾波器）的傳輸指標(biāo)參數(shù)，反射指標(biāo)參數(shù)。具體設(shè)置方法，如下表所示：
測(cè)試結(jié)果示意圖如下：
反射參數(shù)：
如果需要測(cè)量衰減器的反射參數(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法同濾波器的反射參數(shù)，請(qǐng)參考 3.5 章節(jié)內(nèi)容。
5. 通過 DIP 開關(guān)，改變不同的衰減器設(shè)置，可以觀測(cè)不同的測(cè)量結(jié)果。
4 成功案例
? 清華大學(xué) 物理系 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室建設(shè) FPC1500 22 臺(tái)
? 杭州電子科技大學(xué) 電子工程系 FPC1500 18 臺(tái)
? 西南民族大學(xué) 電子實(shí)驗(yàn)中心 FPC1000 25 臺(tái)
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