场与波实验报告.docx

1、场与波实验报告实验1.微波频率与波长测量实验 实验项目微波频率与波长测量实验实验目的1. 掌握微波频率与波长的测量方法2. 掌握微波实验仪器的应用实验仪器设备信号源、隔离器、同轴/波导转换器、EH阻抗调配器、定向耦合器、可变衰减器、TC26A测量线、可变短路器。实验原理 本实验采用两种方法测量波长。一是采用测量线法测量波长。波长是指在波导管中传播的合成波的两个相邻波峰或波谷之间的距离。它在数值上等于相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍。由于场强在极大值点附近变化缓慢，峰顶位置不易确定，而且探针位于波节点处对场分布的影响最小，所以实际采用测定驻波极小点的位置来求出波导波长。为提高测量精度，

2、通常采用交叉读数法确定波节点的位置，即在波节点附近找出指示器上输出幅度相等的两点的坐标d1和d2，取这两点坐标的平均值D1作为波节点的坐标。如下图所示，公式为：D1=（d1+d2）/2； D2= (d3+d4) /2； /2=D1-D2；二是利用可变短路器的测量方法。首先找出第一个最小点D1时，将选频放大器的增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时在可变短路器上的刻度位置，然后改变短路器，找出另一个相邻的最小点D2，再记下可变短路器上的刻度位置，两个刻度数据之差即为1/2g。 实验内容1、 按下图接好实验系统2、打开信号源，调节输出电平及频率、方波内调制、重复频率为1000Hz左右。3、移动

3、测量线探针，同时适当调整放大器的增益避免在最大输出位置时使选频放大器的表头指针打表。来回移动测量线的探针，观传输在终端短路情况下全反射的驻波分布情况。4、用“平均法”找出两个相邻的最小点位置D1和D2，即：移动探针在驻波最小点左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的位置d1和d2，然后取其平均值、即为所需的最小点位置D1，用相同的方法找出相邻的最小点D2。一般情况下，d1与d2位置在测量线上通过标尺读出。5. 求出最小点位置D1和D2，公式为：D1=（d1+d2）/2；D2= (d3+d4) /2；相邻两个最小点的距离即为半个波导波长：/2=D1-D2；6. 用可变短路器找出最小点位置D

4、1和D2，首先找出第一个最小点 D1 时，将选频放大器的增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时在可变短路器上的刻度位置，然后改变短路器，找出另一个相邻的最小点 D2，再记下可变短路器上的刻度位置，两个刻度数据之差即为 g/2。实验数据记录及处理1、平均法测量波长位置/mmd1d2d3d4124.6122.1104.5102.1D1(124.6+122.1)/2=123.35D2(104.5+102.1)/2=103.3(123.35-103.3)*2=40.1mm2、利用可变短路器测量波长位置/mmA1A24.84624.510(24.510-4.846)*2=39.328结果讨论1、 观

5、察测量线的两种方法求得的波长实验结果虽然不一致，但相差不大，都在误差允许范围内。其中误差产生原因，主要是读数不准确，移动测量线时表头指针晃动，重复实验时发现两次读数也不尽相同，这可能与仪器仪表构造有关，既有系统误差也有偶然误差。2、 通过实验可以得出波长应在39.328mm或40.1mm附近，与实验讲义中波长结果39.70mm相符。心得体会因为这是第一个实验，所以用时较长，参照实验讲义，首先了解了整体框架，然后在进行实验过程中，发现选频放大器的表头探针变化不明显，经老师提点才知道衰减器已将信号全部衰减，调整后才顺利读出数据。再有一个问题是，测量最小点 D1 和 D2 位置时，为防止指针偏转过小

6、或过大，需要根据实际情况调整选频放大器的增益，但记录结果时必须在同一增益下。通过此实验了解了测量波长的两种方法，学习了各个仪器的使用方法，虽然需要我们调节的地方很少，但也在理解实验原理的基础上完成实验。实验2. 电压驻波比与相位常数测量实验实验项目电压驻波比与相位常数测量实验实验目的1. 掌握驻波测量线的正确使用方法2. 掌握中电压驻波系数的测量原理和方法实验仪器准备信号源、隔离器、同轴/波导转换器、EH阻抗调配器、定向定向耦合器、可变衰减器、TC26A测量线、匹配负载和遮挡片、YS3892选频放大器 实验原理 驻波测量是微波测量中最基本和重要内容之一，通过驻波的测量可以测出阻抗、波长、相位等

7、其它参量。本实验电压驻波比的测量方法利用调制的频率法。 在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值与最小值之比，即。本实验只测中驻波比（1.5S5）测量中驻波比时，只须测一个驻波波腹和一个驻波波节，即直接读出 Imax，Imin，利用公式，即可计算出电压驻波比S。 实验内容a、按图接好实验系统；b、打开信号源，调节输出电平及频率、方波内调制、重复频率为1000Hz；c、移动测量线探针，同时适当调整放大器的增益避免在最大输出位置时使选频放大器的表头指针打表。来回移动测量线的探针，观传输在终端短路情况下全反射的驻波分布情况；d、移动探针，找出驻波最小点以及最大点位置，记录数据；e、利用公式

8、计算得出驻波比，以及相位常数； 实验数据记录及处理结果在放大倍数30dB下测定ImaxIminS=sqrt(Imax/Imin)170mA42mA2.012取=39.8mm=2*pi/=0.1578mm-1结果讨论经过计算，发现驻波比的值是在中驻波比的可变范围内的，说明此种可调制的频率法是较为准确的。但选频放大器的表头指针晃动，读数不准确，还是会对结果产生一定的误差。计算相位常数的时候采用了上个实验的波长平均值，直接带入公式得出结果。心得体会在做这次测量驻波比的实验时，犯的愚蠢错误是先接上短路器，原理上驻波比无穷大，我们的实验结果也远远超过中驻波比的（1.5,5）范围，更换器材后才得以顺利进行

9、实验，在移动探针找波腹点和波节点时，由于表头指针的晃动还有探针的不易控制，给操作带来一些困难，幸好和同组同学配合默契，一人移动探针，一人看表头指针，很快得出了结果，这说明实验中合作是很重要的。这次实验让我明白理论结合实际的重要性，当实验中遇到问题时，应该从理论角度出发寻找答案，将所学知识用于分析实际问题中。同时学习到了测量驻波系数的方法。实验3. 功率与衰减测量实验实验项目功率与衰减测量实验实验目的1. 熟悉微波功率测量的原理2. 掌握利用微波功率计测量微波功率的方法3. 熟悉可变衰减器的工作原理4. 掌握可变衰减器的使用方法及其应用实验仪器准备YS1123信号源、隔离器、同轴/波导转换器、P

10、X16频率计、可变衰减器、被测件、GX2C-1功率计 实验原理根据所学知识，我们知道，在传输线的工作中，某一指定器件的介入损失一般会随着信号源和负载的阻抗而改变，对于部件的衰减，在两个方向都匹配的传输线中的插入时的介质损失，称为插入损耗。这样的衰减和介入损失，包含被测件中有耗材料吸收功率而引起的损耗和在其两端失配而反射功率所引起的损耗。衰减的定义为，此式中，P1 是在线路中未加入指定器件时负载所吸收的功率，P2 是在信号源和负载之间加入指定器件时负载所吸收的功率。衰减的测量方法很多，在这里使用功率比法测量衰减。实验内容1. 按下图接好测量系统2.先不接可变衰减器，用小功率计测出（A）点的输入功

11、率 P1。3.接入被测件，测出被测件的输出功率（B）点的功率 P2。4.利用公式计算被测件的衰减量为。实验数据记录及处理P1P2衰减长度（mm）0246810功率9.99w7.02w6.95w6.17w1.51w0.18w5.03mw衰减量1.53231.57582.09288.205917.442932.9800结果讨论整体上来看数据，趋势是P2的功率越来越小，而计算的衰减量则原来越大，这是正确的。但是在衰减数为0的时候，测得的P2的功率与P1的功率也有一定差值，并不是完全一致，原因可能是功率测量计固定不够稳，在缝隙连接处仍然有一部分功率损失。还可以看出，当衰减长度为10时，功率已几乎完全衰

12、减。心得体会开始测量功率的时候，示数一直在不断变化，不能稳定下来，着实迷惑了一阵，后来请助教帮忙，调整方波/等幅后示数才稳定，这说明我们对仪器的了解还是不够。在测量功率衰减时，因为要测量六个位置的P2，从理论上讲应该是随着衰减数的增减，P2的功率是应该越来越小衰减量越来越大的。但是我们在测量时发现在衰减数为2的时候功率比为0的时候大，我们在调整了功率计的位置以及将它固定更牢后，误差终于减小，恢复正常。在实验过程中我们发现，轻微摇晃功率计，示数也会发生变化，或者只是等一会儿，示数也有小幅变化，这说明测量线系统本身有一些导致误差的因素存在，所以考虑可以在以后多做几组实验，即调整信号源的频率或者更换

13、测量线系统，分别测量这几种衰减数下的衰减量，比较实验数据，来具体考察影响实验数据的因素。实验4. 定向耦合器和隔离器测量实验实验项目定向耦合器和隔离器测量实验实验目的1. 研究定向耦合器的特性及其应用2. 掌握定向耦合器的耦合度C的测量方法实验仪器准备YS1123信号源、隔离器、同轴/波导转换器、GX2C-1功率计 实验原理根据所学知识，我们知道，定向耦合器的主线是一段传输线，带着可“取样”的功率辅线也是一段传输线，它在向前方向上带着功率“试样”，在辅线输出端的对面末端接有终端，用以吸收在反向或在不需方向上行进的功率，并防止其被反射至输出端，其表示法如下图所示。定向耦合器有三个技术指标：耦合度

14、 C、方向性 D 和驻波 S，耦合度是主线输入端的输入功率和辅线输出端的输出功率之比，由于功率流入主线的输入端，当然这是前行方向波的耦合，常用正的分贝数表示耦合度 C。其计算公式即为：方向性是定向耦合器对于主线中两个方向上行动的波的鉴别力的量度，当把一定量的功率顺序地输入主线的每一端时，在辅线输出端所测得两输出功率之比，称为定向耦合器的方向性，方向性 D用 E 的分贝表示。计算公式为：定向耦合器的主线驻波比的测量在辅线上必须接有 S1.15 的匹配负载。我们这次实验主要是利用功率计算测出它的耦合度C。实验内容1. 测量连接如下图所示2. 调整 YS1123 信号源的输出频率和输出电平。3. 由

15、于定向耦合器的主线损耗很小，可以认定为 Pi。将辅线上的功率读数和主线上的功率读数计算一下，利用公式，即可算出耦合度C 的值。实验数据记录及处理Pi(w)Pa(mw)C(dB) 9.99 35.5 24.49结果讨论通过计算得出C为24.49dB，较为准确。通过上个实验的经验，考虑实验误差来源于功率计放置不稳定，接口没有与传输线的接口完全吻合。从而使读出的功率值有一定的误差。心得体会在明白实验操作后，主要工作就是拆卸螺丝了，一旦螺丝落地就仿佛石沉大海，很难再找到，所以我们虽然手脚麻利，但是也小心注意。在实验过程中应该注意对实验器材的维护。从上边的实验中可以感觉出功率计如果放置不稳，示数很容易变

16、化的，可看出误差来源，所以实验过程中要特别注意将功率计接口处安装稳固。这是最后一个微波实验，和同组成员已配合默契，在实验过程中合作相当重要，可以互相提醒注意事项，提高实验效率。实验1. 波分复用器的性能指标测量实验项目波分复用器的性能指标测量实验目的1了解光波分复用器（OPTIC WDM）的指标要求；2掌握光波分复用器的测试方法；3了解光波分复用器的用途。实验仪器设备通信原理实验箱（时钟与基带数据发生模块，位号：G），示波器，光功率计，光波分复用器（中心波长1310/1550） 1对，活动连接器 1个，信号连接线 2根实验原理1. 波分复用波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个光载波

17、，而每个光载波又各自载荷一群数字信号，因此波分复用又称多群复用。具体来说，就是具有不同波长、不同信号的若干个载波经由不同通道进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经过此条光纤长距离传输，到终端进入分波器，按波长将各载波分离，分别进入各自原来的通道解调，重现各自的载波信息。同样过程可沿与上述相反的方向进行。在这过程中的分波器和合波器统称为波分复用器。下图就是波分复用的原理图。 2. 波分复用器性能指标测量的装置与方法在测试波分复用器的性能指标时，由于实验系统提供了1310nm、1550nm两个工作波长光源，所以设计实验系统装置连接图如下，从图中可以看出，理想情况下，d点应是与a点完全一样的131

18、0nm光波，e点应是与b点完全一样的1550nm光波。由于插入损耗等，性能指标将会不十分理想，d点和e点输出的光波的功率与输入的a点，b点的参数会有差异。考虑到实际情况，即采用光功率计检测法测试性能指标。实验内容（一）光波分复用器1310nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量1关闭系统电源，按照装置图将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。2打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验平均光发功率”确认，即在P103（P108）铆孔输出32KHZ的31位m序列。3示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。4用信号

19、连接线连接P103（P108）、P201两铆孔，示波器A通道测试TP201测试点，确认有相应的波形输出，即将32KHZ的31位m序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。5调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率Pa。6关闭系统电源，按照图9.3将光波分复用器串入，测得1310nm输出端口的光功率Pd，紧接着将光功率计移到1550nm输出端口，测得1310nm串扰光功率Pe，注意收集好器件的防尘帽。7将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离

20、度。8关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。（二）光波分复用器1550nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量1关闭系统电源，将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。2打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验平均光发功率”确认，即在P103（P108）铆孔输出32KHZ的31位m序列。3示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。4用信号连接线连接P103（P108）、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V

21、），记录信号电平值。即将32KHZ的31位m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。5调节光功率计工作波长“1550nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1550nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率Pb。6关闭系统电源，将光波分复用器串入，测得1550nm输出端口的光功率Pe，紧接着将光功率计移到1310nm输出端口，测得1550nm串扰光功率Pd，注意收集好器件的防尘帽。7将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。8关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。实验数据记录及处理1310nm：插入损耗： （dB

22、） 隔离度： （dB）1550nm: 插入损耗： （dB） 隔离度： （dB） 功率波长输入功率（mw）输出功率（mw）插入损耗（db）隔离度（db）1310nmPa：0.004954Pd：0.003288Pe：0.460nw1.7840.321550nmPb：0.2233Pd：0.1836Pd：22.64nw0.8539.94结果讨论可以看出输出功率Pd与输入功率接近，而Pe较其小了一个数量级，还可以看出1550nm的损耗小于1310，与实际情况相符。 本实验存在误差，操作时发现动一动线，示数就会有稍微的变化，但是基本不影响结果判断。 心得体会 这次实验让我们对波长窗口和波导损耗有了直观的认

23、识。开始由于操作失误，数据明显不对，后来调整过功率计上的波长按钮后得到合理结果。实验中虽然线比较多，但是只要对实验原理理解了，操作时自然条理清晰。实验2.光纤信道眼图观察实验项目 光纤信道眼图观察。 实验目的1.了解眼图产生的原理2.能够用示波器观测出扰码的光纤信道眼图 实验仪器设备光纤通信实验箱，20M双踪示波器，FC-FC单模光跳线，信号连接线(3根)实验原理1. 眼图分析法我们知道，在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，不能进行准确计算。因此为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法

24、来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。所谓眼图，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元同步时钟作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形，它包含了丰富的信息。从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而可以估计系统的优劣程度。2.眼图与系统性能的关系 简单来说，就是眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。具体分析眼图与系统性能的关系，可利用下图来说明。从上图可以看到，(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差

25、灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。同时，也可以通过衡量眼图的质量来直接评估系统的性能优劣。显而易见，眼图质量越高，系统性能越好。通常用来衡量眼图质量的参数有以下几个：1眼图开启度(U-2U)/U，指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。高质量的无畸变眼图的开启度应为100%。 其中U=U+ + U- 2.“眼皮”厚度2U/U,

26、指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，高质量的无畸变眼图的“眼皮”厚度,应等于0。3交叉点发散度T/T，指眼图过零点交叉线的发散程度，高质量的无畸变眼图的交叉点发散度应为0。4正负极性不对称度，指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。高质量的无畸变眼图的极性不对称度应为0。 2. 实验系统基本结构装置实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。本实验中涉及的电发射部分有两个功能模块： 8位的自编数据功能和扰码功能。涉及的电接收部分就是收端均衡滤波器电路、时钟提取、再生、相应

27、的解扰功能。眼图观察的基本实验结构图如下： 实验内容 实验操作步骤如下：1关闭系统电源，将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、1310nm光接收端机的RX1310法兰接口连接好。2打开系统电源，在液晶菜单选择确认“码型变换实验-扰码PN”的子菜单； P101测试点观测菜单选择的基带数据序列。3用信号连接线连接P103、P201两铆孔，示波器A通道测试TP201点，确认有相应的波形输出。注意要插好KO1、KO2、KO3跳线器。为实现光电转换信号送入数据接收单元，即连接P202、P111两铆孔。4对照加扰规则，观测P103测试点的加扰后序列信号，是否符合其规则。看波形

28、码型时可用其时钟进行同步。P102为数据对应的时钟，P106为扰码数据。5示波器B通道测试P202测试点，看是否有与TP201测试点一样或类似的信号波形。注意看K05插入右侧，测试P115译码输出测试点，看是否跟发端设置的基带数据P101测试点一样或类似的信号波形。6连接P202、P112，即1310nm光接收端机光电转换加扰后数据自动送往均衡滤波器电路。示波器A通道（触发TRTIGGER档）测试P102测试点（与码元同步的时钟T），示波器B通道测试TP106测试点（均衡滤波器输出波形）。7调节调整示波器的扫描周期（=nT），使TP106的升余弦波波形的余辉反复重叠（即与码元的周期同步），则可

29、观察到n只并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面的一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。8调整W901直到TP106点波形出现过零点波形重合、线条细且清晰的眼图波形（即无码间串扰、无噪声时的眼图）。在调整W901过程中，可发现眼图过零点波形重合时W901的位置不是唯一的，它正好验证了无码间串扰的传输特性不唯一。9关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。实验数据记录及处理眼图如图所示：结果讨论 眼图情况较为理想。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表明了码间串扰越小。心得体会 此实验操作起来较为简单，只要理解了实验原理，正确连线，眼图便自然而然的出现。但是实验原理并不容易，眼图是如何呈现的以及它的各项指标是需要我们理解的。 通过这两个实验，对光纤有了更为直观的认识，动手能力也有了提高，希望以后在实验过程中更加严谨，对不懂的地方要静下心来分析实验原理和步骤，结合所学知识解决问题。