微波实验绪论及复习ppt课件

1、频域分析频域分析从本章开场由时域转入变换域分析，首先讨论傅里从本章开场由时域转入变换域分析，首先讨论傅里叶变换。傅里叶变换是在傅里叶级数正交函数展开的根叶变换。傅里叶变换是在傅里叶级数正交函数展开的根底上开展而产生的，这方面的问题也称为傅里叶分析底上开展而产生的，这方面的问题也称为傅里叶分析频域分析。将信号进展正交分解，即分解为三角函频域分析。将信号进展正交分解，即分解为三角函数或复指数函数的组合。数或复指数函数的组合。频域分析将时间变量变换成频率变量，提示了信号频域分析将时间变量变换成频率变量，提示了信号内在的频率特性以及信号时间特性与其频率特性之间的内在的频率特性以及信号时间特性与其频率特

2、性之间的亲密关系，从而导出了信号的频谱、带宽以及滤波、调亲密关系，从而导出了信号的频谱、带宽以及滤波、调制和频分复用等重要概念。制和频分复用等重要概念。 傅里叶傅里叶Jean Baptise Joseph Fourier(17681830 ) 傅里叶法国数学家。傅里叶法国数学家。1768年年3月月21日生于奥塞尔，日生于奥塞尔，1830年年5月月16日卒于巴黎。日卒于巴黎。1795年曾在巴黎综合工科年曾在巴黎综合工科学校任讲师。学校任讲师。 1798年随拿破仑远征埃及，当过埃及年随拿破仑远征埃及，当过埃及学院的秘书。学院的秘书。1801年回法国，又任伊泽尔地域的行年回法国，又任伊泽尔地域的行政

3、长官。政长官。1817年傅里叶被选为科学院院士，并于年傅里叶被选为科学院院士，并于1822年成为科学院的终身秘书。年成为科学院的终身秘书。1827年又中选为法年又中选为法兰西学院院士。兰西学院院士。 傅里叶很早就开场并终身坚持不渝地从事热学研讨，傅里叶很早就开场并终身坚持不渝地从事热学研讨，1807年他在向法国科学院呈交一篇关于热传导问题的论文年他在向法国科学院呈交一篇关于热传导问题的论文中宣布了任一函数都可以展成三角函数的无穷级数。中宣布了任一函数都可以展成三角函数的无穷级数。 傅里叶在书中断言：傅里叶在书中断言：“恣意函数实践上要满足恣意函数实践上要满足 一定的一定的条件条件,例如分段单调

4、都可以展开成三角级数例如分段单调都可以展开成三角级数,他列举大量函他列举大量函数并运用图形来阐明函数的这种级数表示的普遍性，但是数并运用图形来阐明函数的这种级数表示的普遍性，但是没有给出明确的条件和完好的证明。没有给出明确的条件和完好的证明。 学科先祖学科先祖o频域分析：傅里叶变换，自变量为频域分析：傅里叶变换，自变量为 j wo复频域分析：拉氏变换，自变量为复频域分析：拉氏变换，自变量为 S = +j woZ域分析：域分析：Z 变换，自变量为变换，自变量为z TjwsTeez)(变换域分析：变换域分析：正交函数正交函数1、正交的概念、正交的概念 两函数两函数f1(t)和和f2(t)，定义在区

5、间，定义在区间t1,t2，假，假设设那么称作该两函数在区间那么称作该两函数在区间t1,t2正交。正交。2、正交函数集、正交函数集 假设有假设有n个函数个函数f1(t) ，f2(t)， fn(t)构成函构成函数集，数集，并在区间并在区间t1,t2，满足：，满足： 210)()(21ttdttftf210,)()(ttjijiKjidttftf，三角函数集是正交函数集三角函数集是正交函数集0.sin.cos11100dttmtnTtt)()(0sinsin001211nmnmtdtmtnTttT)()(0coscos001211nmnmtdtmtnTttT信号的正交分解信号的正交分解 f1(t)

6、，f2(t)，fn(t)是正交函数空间： 问题的关键：Ci的最正确选择均方误差niiinntfCtfCtfCtfCtx12211)()()()()(2121122 )()(1ttniiidttfCtxtt3.2 周期信号的频谱分析周期信号的频谱分析o周期信号可展开成正交函数线性组合的无穷级数：周期信号可展开成正交函数线性组合的无穷级数：o. 三角函数式的傅立里叶级数三角函数式的傅立里叶级数 o cosn1t，sinn1t. 复指数函数式的傅里叶级数复指数函数式的傅里叶级数 o ej n w1t representation of periodic signal: Fourier Series一

7、、三角函数方式的傅里叶级数一、三角函数方式的傅里叶级数 112T)sincos()(1110tnbtnaatfnnn直流直流分量分量基波分量基波分量n =1 谐波分量n1100)(110TttdttfTa10011cos)(2TttntdtntfTatdtntfTbTttn10011sin)(2直流分量直流分量余弦分量余弦分量正弦分量正弦分量周期信号的另一种三角函数正交集表示周期信号的另一种三角函数正交集表示)cos()(110nnntnCCtf)sin()(110nnntnddtf三、周期信号的频谱特点三、周期信号的频谱特点(1)(1)离散性离散性谱线是离散的而不是延续的，谱线之间谱线是离散

8、的而不是延续的，谱线之间的间隔为的间隔为 。这种频谱常称为离散频谱。这种频谱常称为离散频谱。(2)(2)谐波性谐波性谱线在频谱轴上的位置是基频谱线在频谱轴上的位置是基频 的整数的整数倍。倍。(3)(3)收敛性收敛性各频谱的高度随着谐波次数增高而逐渐各频谱的高度随着谐波次数增高而逐渐减小，当谐波次数无限增高时，谱线的高度也无限减减小，当谐波次数无限增高时，谱线的高度也无限减小小T21周期函数的频谱：周期函数的频谱：o周期信号的谱线只出如今基波频率的整周期信号的谱线只出如今基波频率的整数倍的频率处。直观看出：各分量的大数倍的频率处。直观看出：各分量的大小，各分量的频移小，各分量的频移 频谱分析频谱

9、分析o离散频谱，谱线间隔为基波频率，脉冲周期越大，离散频谱，谱线间隔为基波频率，脉冲周期越大，谱线越密。谱线越密。o各分量的大小与脉幅成正比，与脉宽成正比，与周各分量的大小与脉幅成正比，与脉宽成正比，与周期成反比。期成反比。o各谱线的幅度按各谱线的幅度按 包络线变化。包络线变化。o o 过零点为：过零点为：o主要能量在第一过零点内。主带宽度为：主要能量在第一过零点内。主带宽度为：)(1TnSam22B频谱纯度o理想情况下，振荡器输出应该是一条纯真的正弦曲线，表示为频域中位于某个单一频率的垂线。o在现实情况中，振荡器存在一些噪声源，它们会导致输出频率偏离其理想位置，因此产生载波根本频率附近的一圈

10、其它频率。这些频率被称作相位噪声，是由对振荡器进展调制的噪声源引起的。它们经常出如今噪声基底之上，接近载波频率o相位噪声是表示振荡器频谱纯度的性能参数相位噪声相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示,在频谱上呈现为主谱两边的延续噪声。相位噪声通常定义为在间隔载波频率偏移某一频率处的1Hz带宽内噪声功率与载波功率之比。100kHz 偏移处-100dBc/Hz 的相位噪声规范意味着在间隔载波100kHz的地方1Hz带宽内的噪声功率比载波功率低100dB o只需加减，没有乘除。o信号功率和噪声功率相除就是信噪比SNR。减法 o举例：o0dBm=1mW 40dBm=10Wo两者相差：40dBm-0dBm=4

11、0dB 倍数关系：10(40/10)=10000倍o在无线上，信号强度最大可达几十dBm，最弱小于-100dBm的信号o对数表示：50dBm-120dBm，相对大小是170dB。omW表示：100000mW0.000000000001mWo两者相对大小是：o100000mW/0.000000000001mW=100000000000000000倍dbm，dbw，db，dbc在工程中的运用功率增益的单位:dbm，dbw，db，dbcdBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10lg功率值1mW。例如：假设发射功率为1mW，按dBm单位进展折算后的值应为：10lg1mW1mW0dBm；对于40

12、W的功率，那么10lg40W1mW46dBm。 功率增益的单位:dbm，dbw，db，dbcodB也是功率增益的单位，表示一个相对值。o纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位。 o当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10lgAB计算。o例如：A功率比B功率大一倍，那么10lgAB10lg23dB，也就是说，A的功率比B的功率大3dB；假设A的功率为46dBm，B的功率为40dBm?那么可以说，A比B大6dB；o在“小功率系统中每个dB都非常重要，特别要记住“3dB法那么。 每添加或降低3dB，意味着添加一倍或降低一半的功率： -3 dB = 1/2 功率 -6 dB =

13、 1/4 功率 +3 dB = 2x 功率 +6 dB = 4x 功率 o常用的：1dB表示相差1.26倍，3dB相差2倍，6dB相差4倍，o10dB相差10倍， 20dB相差100倍 功率增益的单位:dbm，dbw，db，dbcdBw与dBm一样，是一个表示功率绝对值的单位计算公式为：10log功率值/1w。dBw与dBm之间的换算关系为：0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。 功率增益的单位:dbm，dbw，db，dbcdBc也是一个表示功率相对值的单位。普通来说，dBc相对于载波(Carrier)功率而言，在许多情况下，用来度量载波功率的相对值

14、，如度量干扰同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方，原那么上也可以运用dB替代天线功率增益的单位:dbd，dbidBi和dBd是表示天线功率增益的量，两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，普通以为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。 输出功率的平坦度o在输出带宽里，输出功率在不同频点上不一样，而实际设计要求一样，o带内输出功率的最大与最小值之差即为平坦度，单位应该是db吧。 25 频谱分析仪的读数 频谱分析仪的幅度是以频谱线的最高顶点为典型值，由频谱分析仪的幅

15、度是以频谱线的最高顶点为典型值，由上至下进展读数，以屏幕刻度最高点上至下进展读数，以屏幕刻度最高点27dBm为起点，为起点，以纵轴以纵轴Y轴为读数值，频率以横轴轴为读数值，频率以横轴X轴为读数。屏幕轴为读数。屏幕中每中每10 dBm为一大格落差，每一大格内分为一大格落差，每一大格内分5小格，每小格为小格，每小格为刻度值刻度值2 dBm如图如图1。26频谱分析仪-幅度的计算方法Y轴27 dB37 dB47 dB57 dB67 dB77 dB87 dB97 dB107dB中心中心 频率频率Center Frequency10dBm读数读数: 屏幕中每屏幕中每10 dBm为一大格落差，每一大为一大格

16、落差，每一大格内分格内分5小格，每小格小格，每小格为刻度值为刻度值2 dBm。27频谱分析仪-幅度的计算方法Y轴27 dBm37 dB47 dB57 dB67 dB77 dB87 dB97 dB107dB中心中心 频率频率Center Frequency幅度为幅度为-37+10=-27dBm 如图计算一频谱线的幅度值，但其输入处如图计算一频谱线的幅度值，但其输入处曾经衰减了曾经衰减了10dB时。图中的频谱线的幅度时。图中的频谱线的幅度是多少？是多少？频谱仪通用本卷须知o1.未经输入衰减，输入电压必需不超越+10dbm AC或者+- 25v DC。当40db最大衰减时，必需不超越+20dbm A

17、C，否那么会损坏仪器。o2.设备运用时必需接地。o3.运用温度：10摄氏度40摄氏度。o4.运用前，应释放本身静电。o准确读数：o1.开机预热o2.思索线路当中衰减o3.接头不要接近设备，防止走漏的信号影响读数o4.不可绷紧接线，容易引起开路。两种频谱仪的运用方法及本卷须知o安泰信AT5011频谱仪 o1.Video Filter视频滤波的运用y轴读数时应封锁，x轴读数时可翻开o2.SCANWIDTH扫描宽度o3.扩展器的运用 o4.读数时0刻度线必需高出待测谱线1格。o5.丈量未知信号时衰减应放在最大位置o6.频标不可与待测谱线重叠进展Y轴读数两种频谱仪的运用方法及本卷须知安泰信AT6030

18、d频谱仪1.参考电平设置。丈量原理测较大信号设置较大的参考电平测较小信号设置较小的参考电平2.起始与终止频率中心频率与扫频宽度3.关于信号抖动：数字设备采样率高，是优势，根据实践需求进展读数4.设置适宜参考电平寻觅小信号(杂波)。实验一 70MHz中频振荡器o信号频谱为线谱o输出频率：69MHZo输出幅度：-10db(中频带宽400KHZ，视频滤波OFF位)o各次谐波功率：2次谐波 -40dbo 3次谐波 -38dbo 4次谐波 -45dbo 5次谐波 -34dbo 6次谐波 -45dbo 7次谐波 -34dbo 8次谐波 -35dbo 9次以上谐波 -45db o 其它杂波 -40db实验二 压控振荡器 o电调斜率o扫频频率呼应根本为矩形 o输出平坦度 f2f1V2V1实验三实验三 上变频器上变频器实验4a 滤波器实验4b 电调衰减器o通带截止频率 o阻带边境频率 o衰减=输入-输出实验5a 低噪声放大器实验5b 锁置信号源o增益线性是放大器重要目的，即输入信号增大，输出信号相应增大