实验一传导干扰抑制与滤波实验 一、预习内容 1、了解传导干扰的特性和传导干扰的抑制方法： 2、了解滤波器的分类和滤波器的主要特性参数： 3、了解几种带通滤波器的形式和设计方法。 二、实验目的 1、熟悉微波信号源、矢量网络分析仪和频谱分析仪的使用方法： 2、掌握滤波器参数的调试和测量方法： 3、掌握传导干扰的抑制原理和测量方法。 三、实验原理 传导干扰是主要的电磁干扰传播途径之一，干扰能量通过电源线、信号线、接地线或其 它金属导体传播，并以导体上的电压和电流形式产生干扰作用。当工作波长远大于传输线路 的几何长度，可以按照集中参数电路进行分析处理。当工作波长与线路的几何长度相近时， 传输线路将被看作分布参数电路，其上的电压波、电流波的传播特性由线路的分布电容、分 布电感、分布电导决定。抑制电磁干扰必须考虑不同的线路特性。 1.传导干扰抑制与滤波 电磁兼容中对传导干扰进行抑制和消减的手段是滤波技术，通过滤波器来实现。滤波器 的技术指标有插入损耗、阻抗特性、频率特性、额定电压、额定电流等。根据滤波器的频率 特性，可以分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器的频率特 性曲线可以视为低通滤波器和高通滤波器频率特性曲线的综合，高于中心频率的部分为低通 滤波器的频率特性曲线，低于中心频率的部位为高通滤波器的频率特性曲线。 2、滤波器测量原理 将滤波器看作一个二端口微波网络，通过散射参数测量获得滤波器的性能指标。微波散 射参数表征网络端口入射波和出射波之间的关系。对于如图1所示的线性二端口网络，41、 b1、a2、b2分别为1端口和2端口的入射波和出射波，出射波与入射波之间的关系可用一 次线性方程组表示为 b=S1141+S2a2 (1) b2=S2141+S22a2
实验一 传导干扰抑制与滤波实验 一、 预习内容 1、了解传导干扰的特性和传导干扰的抑制方法； 2、了解滤波器的分类和滤波器的主要特性参数； 3、了解几种带通滤波器的形式和设计方法。 二、实验目的 1、熟悉微波信号源、矢量网络分析仪和频谱分析仪的使用方法； 2、掌握滤波器参数的调试和测量方法； 3、掌握传导干扰的抑制原理和测量方法。 三、实验原理 传导干扰是主要的电磁干扰传播途径之一，干扰能量通过电源线、信号线、接地线或其 它金属导体传播，并以导体上的电压和电流形式产生干扰作用。当工作波长远大于传输线路 的几何长度，可以按照集中参数电路进行分析处理。当工作波长与线路的几何长度相近时， 传输线路将被看作分布参数电路，其上的电压波、电流波的传播特性由线路的分布电容、分 布电感、分布电导决定。抑制电磁干扰必须考虑不同的线路特性。 1. 传导干扰抑制与滤波 电磁兼容中对传导干扰进行抑制和消减的手段是滤波技术，通过滤波器来实现。滤波器 的技术指标有插入损耗、阻抗特性、频率特性、额定电压、额定电流等。根据滤波器的频率 特性，可以分为高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器的频率特 性曲线可以视为低通滤波器和高通滤波器频率特性曲线的综合，高于中心频率的部分为低通 滤波器的频率特性曲线，低于中心频率的部位为高通滤波器的频率特性曲线。 2、滤波器测量原理 将滤波器看作一个二端口微波网络，通过散射参数测量获得滤波器的性能指标。微波散 射参数表征网络端口入射波和出射波之间的关系。对于如图 1 所示的线性二端口网络， 1 a 、 1 b 、 2 a 、 2 b 分别为 1 端口和 2 端口的入射波和出射波，出射波与入射波之间的关系可用一 次线性方程组表示为 1 11 1 12 2 2 21 1 22 2 b S a S a b S a S a （1）
输入 S21 传输 a S11 b2 反射 dDUT口 S2 端口1 端口2 反射 32 传输 S12 输入 图1二端口网络示意图 S,是端口1在端口2接匹配负载条件下的反射系数，即 S1 b (2) S2是端口1接匹配负载，端口2接信号源时，第1端口的出射波与第2端口的入射波 之比，又称为第2端口到第1端口的传输系数，即 S2= (3) 2a-0 S2,是端口2接匹配负载，端口1接信号源时，第2端口的出射波与第1端口的入射波 之比，又称为第1端口到第2端口的传输系数，即 b. S21 (4) 4la=0 S2是端口2在端口1接匹配负载条件下的反射系数，即 (5) 从上面定义可以看出，四个散射参数S、S2、S21、S2在测量时一定要注意条件， 即一端口在接信号源时，另一端口一定要接匹配负载，否则测量的数值不符合散射参数的定 义，带来较大的测量误差甚至错误。 测量散射参数工程上常采用网络分析仪，如图2所示为目前大多数网络分析仪原理框 图，分为信号源、信号分离装置、接收机和信号处理单元几个部分
输入 S 21 传输 S 11 反射 S 22 反射 传输 输入 b 1 a 1 b 2 a 2 S 12 端口 1 端口 2 DUT 图 1 二端口网络示意图 11 S 是端口 1 在端口 2 接匹配负载条件下的反射系数，即 2 1 11 1 a 0 b S a （2） 12 S 是端口 1 接匹配负载，端口 2 接信号源时，第 1 端口的出射波与第 2 端口的入射波 之比，又称为第 2 端口到第 1 端口的传输系数，即 1 1 12 2 a 0 b S a （3） 21 S 是端口 2 接匹配负载，端口 1 接信号源时，第 2 端口的出射波与第 1 端口的入射波 之比，又称为第 1 端口到第 2 端口的传输系数，即 2 2 21 1 a 0 b S a （4） 22 S 是端口 2 在端口 1 接匹配负载条件下的反射系数，即 1 2 22 2 a 0 b S a （5） 从上面定义可以看出，四个散射参数 11 S 、 12 S 、 21 S 、 22 S 在测量时一定要注意条件， 即一端口在接信号源时，另一端口一定要接匹配负载，否则测量的数值不符合散射参数的定 义，带来较大的测量误差甚至错误。 测量散射参数工程上常采用网络分析仪，如图 2 所示为目前大多数网络分析仪原理框 图，分为信号源、信号分离装置、接收机和信号处理单元几个部分
输入 被测器件 信号源 反射 信号 分高装置 输入A 反射R 传输B 接收机/检波器 信号处理！显示 图2网络分析仪原理框图 网络分析仪内置的信号源为被测器件提供激励信号，由于网络分析仪要测量被测器件传 输/反射特性与工作频率和功率的关系，所以信号源通常需要具备频率扫描和功率扫描功能。 为保证测试精度，现在网络分析仪大都内置频率合成信号源。 网络分析仪的信号分离装置，作用是将入射波、反射波、传输波信号分离开，送到不同 处理电路。分离信号的方法较多，所用器件主要包括功分器、定向耦合器、电桥等，关键技 术是实现宽带信号分离和分离通道的高隔离度。 网络分析仪的接收机一般采用幅相接收机，对于标量网络分析仪，也可采用检波器检测 各路信号的幅度（没有相位）。而幅相接收机的主要作用是测量入射波、反射波、传输波的 幅度和相位，由于微波信号的矢量测量比较困难，通常的做法是将微波信号下变频到中频， 然后测量中频信号的幅度和相位。 网络分析仪的信号处理及显示部分通常和一些功能相结合，使得测试更加方便快捷。现 代的矢量网络分析仪是高度智能化的一体化测试系统，以嵌入式计算机甚至windows操作 系统为核心，集成系统的自动测试、测量控制、误差修正、时域和频域转换、信号分析与处 理功能于一体
接收机 / 检波器 信号处理/ 显示 反射R 传输B 输入A 信号 分离装置 信号源 输入 反射 被测器件 图 2 网络分析仪原理框图 网络分析仪内置的信号源为被测器件提供激励信号，由于网络分析仪要测量被测器件传 输/反射特性与工作频率和功率的关系，所以信号源通常需要具备频率扫描和功率扫描功能。 为保证测试精度，现在网络分析仪大都内置频率合成信号源。 网络分析仪的信号分离装置，作用是将入射波、反射波、传输波信号分离开，送到不同 处理电路。分离信号的方法较多，所用器件主要包括功分器、定向耦合器、电桥等，关键技 术是实现宽带信号分离和分离通道的高隔离度。 网络分析仪的接收机一般采用幅相接收机，对于标量网络分析仪，也可采用检波器检测 各路信号的幅度（没有相位）。而幅相接收机的主要作用是测量入射波、反射波、传输波的 幅度和相位，由于微波信号的矢量测量比较困难，通常的做法是将微波信号下变频到中频， 然后测量中频信号的幅度和相位。 网络分析仪的信号处理及显示部分通常和一些功能相结合，使得测试更加方便快捷。现 代的矢量网络分析仪是高度智能化的一体化测试系统，以嵌入式计算机甚至 windows 操作 系统为核心，集成系统的自动测试、测量控制、误差修正、时域和频域转换、信号分析与处 理功能于一体
⊕ ⊕ 图3分布参数腔体滤波器结构图 本实验中使用分布参数的腔体结构，组成一个带通滤波器，如图3所示。其中，构成分 布电容和分布电感的金属杆和螺丝可以调节，使滤波器的频率特性可以在一定范围内变化， 以适应对规定频率的电磁干扰进行抑制的需要。 四、实验内容与步骤 高频电缆 10 滤波器 矢量网络分析仪 图4腔体滤波器调试连接框图 实验的具体步骤如下，也可以根据实际情况适当调整。 1、将矢量网络分析仪开机，预热15~30分钟。对矢量网络分析仪端口1和端口2进行 直通校准。 2、按照实验规定的工作频率和干扰频率，分析和设计滤波器截止频率，带外和带内的 插入损耗范围，并按图4连接好实验系统
图 3 分布参数腔体滤波器结构图 本实验中使用分布参数的腔体结构，组成一个带通滤波器，如图 3 所示。其中，构成分 布电容和分布电感的金属杆和螺丝可以调节，使滤波器的频率特性可以在一定范围内变化， 以适应对规定频率的电磁干扰进行抑制的需要。 四、实验内容与步骤 矢量网络分析仪 高频电缆 滤波器 图 4 腔体滤波器调试连接框图 实验的具体步骤如下，也可以根据实际情况适当调整。 1、将矢量网络分析仪开机，预热 15~30 分钟。对矢量网络分析仪端口 1 和端口 2 进行 直通校准。 2、按照实验规定的工作频率和干扰频率，分析和设计滤波器截止频率，带外和带内的 插入损耗范围，并按图 4 连接好实验系统
3、安装滤波器金属杆，将螺钉大致固定于某一位置，组装好滤波器，设置矢量网络分 析仪，选择S21测试功能Measure-NA-S2l),在显示屏上利用标志(Marker)标注出工作频 率和干扰频率的位置。 4、逐一调整滤波器的金属杆和螺钉的间距，同时观察矢量网络分析仪显示的滤波器频 率特性曲线，使规定频率的抑制度达到要求，且带内插入损耗最小，旋紧固定螺母，在表1 中记录各频率的插入损耗数据 表1各频率的插入损耗 频率 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 (MHz)） 插损 (dB) 频率 1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1670 1680 1690 (MHz) 插损 (dB) 频率 1700 1710 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780 1790 (MHz) 插损 (dB) 频率 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 (MHz) 插损 (dB) 5、根据测试数据，在坐标纸上绘出滤波器插入损耗的频率特性曲线，同时在曲线上标 记出截止频率。 6、将调整好的滤波器置于如图5所示的验证平台中，连接好信号源和频谱分析仪组成 的系统，记录插入滤波器前的干扰信号相对强度，以及插入滤波器后的干扰信号相对强度， 同时记录有用信号的插入损耗
3、安装滤波器金属杆，将螺钉大致固定于某一位置，组装好滤波器，设置矢量网络分 析仪，选择 S21 测试功能(Measure-NA-S21)，在显示屏上利用标志（Marker）标注出工作频 率和干扰频率的位置。 4、逐一调整滤波器的金属杆和螺钉的间距，同时观察矢量网络分析仪显示的滤波器频 率特性曲线，使规定频率的抑制度达到要求，且带内插入损耗最小，旋紧固定螺母，在表 1 中记录各频率的插入损耗数据。 表 1 各频率的插入损耗 频率 （MHz） 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 插损 （dB） 频率 （MHz） 1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1670 1680 1690 插损 （dB） 频率 （MHz） 1700 1710 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780 1790 插损 （dB） 频率 （MHz） 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 插损 （dB） 5、根据测试数据，在坐标纸上绘出滤波器插入损耗的频率特性曲线，同时在曲线上标 记出截止频率。 6、将调整好的滤波器置于如图 5 所示的验证平台中，连接好信号源和频谱分析仪组成 的系统，记录插入滤波器前的干扰信号相对强度，以及插入滤波器后的干扰信号相对强度， 同时记录有用信号的插入损耗
口口口 ▣口口 口口口 功分器 p 工作频率产生信号源 吕 口口口口 口口口 频谱分析仪 滤波器 干扰信号产生信号源 图5传导干扰抑制验证平台框图 7、根据实验安排，更换工作频率，重新调整滤波器，重复前面的步骤，绘出滤波器的 频率特性曲线。并记录对验证平台的传导干扰抑制程度。 五、注意事项 本实验过程中需要注意的事项如下： 1、在使用矢量网络分析仪、微波信号源、频谱仪等微波仪器时，连接高频接头应沿直 线对准，先轻轻旋转接头，感觉平顺旋入后，略用力旋紧，不能在有阻力情况下用力旋转。 2、实验器材、高频接头等部件小心轻放，避免滚动和跌落，以防止高频部件摔坏变形。 松开螺钉或旋钮前，用手扶住测试仪器或滤波器腔体，以免腔体滑落，或发生碰撞。 3、操作微波测量仪器时，应轻按轻旋，操作速度不要过快，应比仪器反应时间略慢， 不可连续快速触碰按键。 4、操作和组装滤波器腔体时，应对齐金属杆再插入调节孔，调节螺钉和锁止螺钉旋转 力度应适当，屏蔽盖安装时应注意腔体内有无掉落元件，金属杆是否固定良好。 六、实验报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告： 2、完成实验数据处理，绘制出滤波器频率特性曲线： 3、对实验中的现象和结果进行分析讨论
工作频率产生信号源 干扰信号产生信号源 频谱分析仪 功分器 滤波器 图 5 传导干扰抑制验证平台框图 7、根据实验安排，更换工作频率，重新调整滤波器，重复前面的步骤，绘出滤波器的 频率特性曲线。并记录对验证平台的传导干扰抑制程度。 五、注意事项 本实验过程中需要注意的事项如下： 1、在使用矢量网络分析仪、微波信号源、频谱仪等微波仪器时，连接高频接头应沿直 线对准，先轻轻旋转接头，感觉平顺旋入后，略用力旋紧，不能在有阻力情况下用力旋转。 2、实验器材、高频接头等部件小心轻放，避免滚动和跌落，以防止高频部件摔坏变形。 松开螺钉或旋钮前，用手扶住测试仪器或滤波器腔体，以免腔体滑落，或发生碰撞。 3、操作微波测量仪器时，应轻按轻旋，操作速度不要过快，应比仪器反应时间略慢， 不可连续快速触碰按键。 4、操作和组装滤波器腔体时，应对齐金属杆再插入调节孔，调节螺钉和锁止螺钉旋转 力度应适当，屏蔽盖安装时应注意腔体内有无掉落元件，金属杆是否固定良好。 六、实验报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告； 2、完成实验数据处理，绘制出滤波器频率特性曲线； 3、对实验中的现象和结果进行分析讨论