信息电子技术中场与波实验1报告

1/21“信息电子技术中的场与波”课程实验报告光元件及传输实验学号姓名同组同学实验地点电工电子中心502实验日期2015.12.17成绩2/21实验1波分复用器的性能指标测量一、实验目的1.了解光波分复用器（OPTICWDM）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。二、实验仪器设备1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.光功率计（FC-FC单模尾纤）4.光波分复用器（中心波长1310/1550nm）1对5.活动连接器1个6.信号连接线2根三、实验原理3.1波分复用原理光波分复用器又称为光合波/分波器，光波分复用可以提高光纤传输线路的传输容量。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，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。图1为波分复用通信的原理图。具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由通道CH1、CH2、……CHn等进入合波器，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，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道CH1、CH2、……CHn，并分别解调，从而使各自载荷的信息重现。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图1中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍。图1光纤波分复原理图3.2测量方法活动连接器会造成插入损耗，用下面方法进行插入损耗测量，也可以同时对其隔离度指标进行测量。测量连接示意图如图2所示：3/21图2波分复用器测量连接示意图3.3测量量及计算公式1、测量1310nm的插入损耗和波长隔离度如图3中所示，首先测出1310nm光源的输出光功率，记为Pa。紧接着将波分复用器的c点接1310nm光源a点，用光功率计测出波分复用器的输出d、e两点功率，分别记为Pd、Pe。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。插入损耗：daiPPLgL10（dB）（式1）隔离度：eagPPLgL10（dB）（式2）2、测量1550nm的插入损耗和波长隔离度如图3中所示，首先测出1550nm光源的输出光功率，记为Pb。紧接着将波分复用器的c点接1550nm光源b点，用光功率计测出波分复用器的输出e、d两点功率，分别记为Pe、Pd。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。插入损耗：ebiPPLgL10（dB）（式3）隔离度：dbgPPLgL10（dB）（式4）四、实验内容测量1310nm和1550nm光传输插入损耗和波长隔离度步骤：1、关闭系统电源，按照图3（a）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，注意收好器件防尘帽，因为空气中灰尘的大小可能刚好堵住光纤端口。4/21图3活动连接器插入损耗的测量原理图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铆孔输出32KHz的31位m序列。3、用示波器测试P103铆孔波形，确定有波形输出。4、用信号连接线连接P103（P108）和P201，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3（b）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。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。测量1550nm的光传输插入损耗和波长隔离度步骤与测量1310nm的一样，使用1550nm光发射端机的TX1550法兰接口，同理替换即可。五、实验数据记录及处理按第一步接好线后，P103铆孔输处32KHz的31位m序列，测试波形如图4。图4P103铆孔波形5/21连接P103（P108）和P201后，TP201测试点的波形如图5。图5TP201波形测量1310nm光传输插入损耗和波长隔离度时，测得Pa、Pd、Pe如图6。图6(a)Pa（μW）图6(b)Pd（μW）图6(c)Pe（μW）测量1550nm光传输插入损耗和波长隔离度时，测得Pb、Pe、Pd如图7。图图7(a)Pb（μW）图7(b)Pe（μW）图7(c)Pd（μW）6/21实验测得的数据绘制成表格如下所示：输入功率（mV）输出功率（mW）插入损耗（dB）隔离度（dB）1310nmPa：0.2595Pd：0.09839Pe：0.0105μW4.2143.931550nmPb：0.3029Pe：0.1771Pd：0.1302μW2.3333.66六、结果讨论1、可以看出实验计算得到的插入损耗模值较大。活动连接器会造成插入损耗，产生插入损耗的原因主要有：纤芯错位损耗，光纤端面间隙损耗，光纤端面多次反射(菲涅尔反射)引起的损耗，光纤端面不平滑，导致散射损耗等。2、可以看出隔离度均大于30dB，隔离度较好，不同波长的光信号相互干扰小。七、心得体会第一次接触光波实验，开始觉得无从下手，但后来慢慢熟悉了手中的实验箱和实验器材也就觉得并没那么难了。四个人配合默契，分工也很明确。在得不到结果的时候大家也迷茫了一阵，也消沉了一阵，但最终还是挨着排查最终解决了问题。最初使用FC-FC单模尾纤是有问题的，刚开始几人七手八脚的连好光纤但光功率计却没有示数。换过光纤后又发现光纤的连接是有技巧的，询问助教才发现我们插光纤时需要更加的认真仔细，重插几遍才连接好。实验2光纤信道眼图观察一、实验目的1.了解眼图产生原理2.用示波器观测扰码的光纤信道眼图二、实验仪器设备1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.FC-FC单模光跳线4.信号连接线3根三、实验原理3.1眼图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。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。功率波长7/21图1无失真及有失真时的波形及眼图(a)无码间串扰时波形；无码间串扰眼图(b)有码间串扰时波形；有码间串扰眼图3.2眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了。因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度。3.3眼图的性质眼图的简化形式如图3所示。由此图可以看出：(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。图2眼图的重要性质3.4衡量眼图质量的几个重要参数1.眼图开启度(U-2ΔU)/U指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。其中U=U++U-。2.“眼皮”厚度2ΔU/U指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图“眼皮”厚度应等于0。8/213.交叉点发散度ΔT/T指眼图过零点交叉线的发散程度，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。无畸变眼图的极性不对称度应为0。在图3中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片：图3实验室理想状态下的眼图四、实验内容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“码型变换实验-扰码PN”的子菜单，确认。P101测试点观测菜单选择的基带数据序列。3．连接P103、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。插好KO1、KO2、KO3跳线器。连接P202、P111两铆孔，即将光电转换信号送入数据接收单元。4．观测P103测试点的加扰后序列信号，是否符合其规则。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。K05插入右侧，测试P115译码输出测试点，看是否跟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。五、实验数据记录及处理单模光纤连接1310nm光发射机接口和1310nm光接收机的RX1310法兰接口后，P101测试点波形如图4。9/21图4P101测试点波形P103、P201两铆孔后，测试TP201测试点波形如图5。图5TP201测试点波形连接P202、P111两铆孔后，示波器B通道测试P202测试点，可以发现与TP201测试点一样的信号波形，无相位差如图6。图6TP201和P202测试点波形10/21测试P115译码输出测试点，可以发现跟发端设置的基带数据P101测试点有一样或类似的信号波形，如图7。可以看出波形相同但是存在相位差，因为时钟与输出不同步。图6P115和P101测试点波形连接P202、P112后，测试P102测试点（蓝色）、TP106测试点（黄色）波形如图7。图7P102和TP106测试点波形最后完成眼图如图8。（因不了解原来示波器的操作按钮，更换使用另外一台示波器）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。11/21图8眼图六、结果讨论从图像可以看出眼图的形状比较对称，与随机数据输入的二进制系统的眼图相似。同时上下沿都比较紧密，说明数据传输的效果较好。眼图的产生原理：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，可形成眼图。眼图的作用：眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响。在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了。因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度。七、心得体会完成眼图真是历经了磨难，一开始由于光功率计数量有限我们只得先做眼图实验。但眼图实验做到第五步时无法出现预期的波形，询问助教误解我们又只得先去完成波分复用器的实验。第二遍再来做眼图的时候很幸运的成功了。四个人配合的很好，但也多亏了助教学长的帮助。12/21“信息电子技术中的场与波”课程实验报告微波实验学号06013003姓名曹梦迪同组同学吕逸如宋文清彭涵实验地点电工电子中心502日期2015.12.31成绩13/21实验1微波频率与波长测量实验一、实验目的1．学会使用选频放大器、功率指示计、信号发生器以及测试框架。2．掌握基本的测量频率和波导波长的方法。3．