微波实验指导书

-1-MW-2000MW-2000微波通信系统1.MW-2000概述应用从课本中学到的关于微带线理论以及微波设计原理，实验人员可以利用MW-2000设计、制作以及测试微波频段的被动式和主动式器件。当把这些器件连接到PC机上时，我们可以将其配置到收发系统，从而实现通信。MW-2000使得实验人员可以通过计算机以及所提供的软件在所建立的通信系统中发送文本信息和文件信息，并且可以获取该通信系统上调制器、解调器以及各种微波器件的信息。其中调制器、解调器采用FSK调制方式，调制频率为ISM频段2.4GHz，传输速率为14,400bps。2.MW-2000系统配置-2-MW-20003.培训目标1）理解微波通信系统；2）掌握微波系统的测量技术；3）理解FSK调制/解调技术；4）掌握微带线设计技术；5）理解微波器件；6）掌握微波器件的设计与仿真技术；7）掌握微波器件的制作以及测量技术4.常规属性项目说明频率范围2.4GHz~2.5[GHz]调制方式FSK比特率4800~14400[bps]输出功率+4dBm[Typ]阻抗50衬底材料RogersRO4003CPCB板厚度0.508mm介电常数3.38-3-MW-20005.组成基本装置12个DC适配器2台电缆2根射频电缆3根RS232C电缆2根天线2副天线座2台SMA接头（物理接头）6个50欧姆终端负载1个中文实验设计教材1本.软件程序光盘1张中文实验报告书1本-4-MW-2000低噪声放大器1.目标(1)了解低噪声放大器的理论和工作原理.(2)了解低噪声放大器的设计流程.(3)通过实验了解低噪声放大器的特性.（在方法一和方法二中选择其一）2.方法（频谱分析仪和微波信号发生器作为测试仪器）2.1测试工具及组成1）LNA模块2）FSK调制解调器及电缆(为射频放大器提供能量);3）频谱分析仪;4）微波信号发生器;5）耦合器;6）50欧姆终端负载;7）SMA接头（物理接头）;8）转化的SMA接头（物理接头）:2;9）天线;10）DVM.2.2测试方法※仿真由TR（BFP-540）电路独立完成，但增益的增强是由把ERA-5SM添加到LNA模块实现。因此，测试结果和仿真结果之间可能存在一定差异。注意:如果高电流通过频谱分析仪，分析仪可能会烧坏或是不起作用。所以不要应用大于可接受电流的最大值。-5-MW-20001）应用FSK调制解调器模块给射频放大器模块输入功率；2）用DVM测量并记录BFP-540的基极和集电极电压；3）设置RF信号发电器和光谱分析器为以下值:微波信号发生器输出频率：2.2GHz输出增益：-20dBm频谱分析仪起始频率：2.2GHz终止频率：2.7GHz4）系统设计如下图所示：5）从适配器的输入端口分离天线，连接到频谱分析仪的输入端口。当变化频率时，测量功率（Pin）并将结果记录在下面的表格中：-6-MW-20006）用天线连接适配器的ISO端口和光谱分析仪的输入端口。当变化频率时，测量功率（Pr）并将结果记录在上面的表格中。7）用下面的方程式计算LNA模块的输入端口的反馈损失功率（RL），将结果记录在上面的表格中并在下表中绘出图形：ReturnLoss(RL)=Pr[dBm]+10dB+2dB-Pin[dBm]※耦合器的补偿为10dB,适配器输入和天线的损失为2dB。8）系统的设计如下图所示：-7-MW-20009）设置微波信号发生器的功率为-30dB，当频率在2.2~2.7GHz之间变化时，在5）的表格中记录输出功率（Pout）。10）用下面的方程式计算LNA模块的增益，将结果记录在上面5）的表格中并在下表中绘出图形：Gain=Pout[dBm]+1dB-Pin[dBm]+20dB※天线的补偿为1dB，射频信号发生器的输出端下降20dB-8-MW-200011)构建8）的系统，设置微波信号发生器的频率为2.45GHz。将射频放大器的输出功率以0.5dB为步进从-40dBm变化到-10.5dBm，将LNA的输入功率(Pin)和输出功率(Pout)记录在下面的表格中：12）用下面的方程式计算增益，并将结果记录在11）的表格中：-9-MW-2000(Gain)=Pout[dBm]+1dB-Pin[dBm]※天线的补偿损耗为1dB当信号发生器输出从-40.0变化到-30.5时，计算并记录平均增益。13）在11）的表格中找到比平均增益小1dB的记录。检查在此记录时的管脚值，然后记录它。这个值是射频放大器输入功率为1dB时的值。14）关掉FSK解调器和微波信号发生器的输出。-10-MW-2000-11-MW-2000-12-MW-2000-13-MW-2000带通滤波器1.目标（1）理解带通滤波器的理论和工作原理.（2）理解带通滤波器的设计步骤.（3）通过实验理解带通滤波器的特性.2.基础理论2.1带通滤波器超高频滤波器是一个2端口电路，其作用是控制频率响应，即传送通带内的信号并抑制截止频带内的信号。根据通带特点，可以将滤波器划分为低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器以及带阻滤波器。滤波器设计也包括两种方法，即虚参数方式和插入损耗方式。虚参数方式的特点是通过简单的二端口滤波器的master－slave配置来表现截止频率和衰减特性，但是没有考虑整个运行范围内的特殊频率的响应。因此，该方式虽然操作简单，但是需要重复多次以获得所要求结果。另一方面，插入损耗方式应用网络合成技术来设计所需频率响应的滤波器。换句话说，插入损耗方式是通过转换阻抗和频率归一化的低通滤波器来合成带通滤波器或者带阻滤波器的。根据频率和相位特性将滤波器分为切比雪夫滤波器，巴特沃思滤波器，椭圆函数滤波器以及线性相位滤波器。滤波器的频率相位效应如图7.1所示。切比雪夫滤波器（等波纹滤波器）在通带内会产生一些波纹，但在阻带显示出很好的截止特性。巴特沃思滤波器（最大平坦滤波器）具有在通带内最大平坦的振幅特性，但在阻带内衰减较慢。与切比雪夫滤波器和巴特沃思滤波器相比，线性相位滤波器在阻带内衰减的较慢，但在通带内相位呈线性变化。因此，需要根据实际应用来合理选取滤波器类型。微带线滤波器可以做得很紧凑，因而可以减小尺寸并易于集成，因此经常被用在超高频段。本章介绍耦合线滤波器（如图7.4所示）和用于超高频段的微带线滤波器。-14-MW-2000（a）频域内的衰减特性（b）各种滤波器的时延特性图7.1滤波器的频率响应特性2.2双微带线滤波器图7.2二端口带通耦合滤波器-15-MW-2000连接图7.2中所示的两条微带线即可制作带通耦合滤波器。3.实验3.2.（频谱分析仪和微波信号发生器作为测试仪器）3.2.1测试工具及组成1）带通滤波器模型（2.4GHz）;2）频谱分析仪;3）微波信号发生器;4）耦合器;5）50欧姆终端负载:2;6）SMA接头（物理接头）;7）转化的SMA接头（物理接头）:2;8）天线:2.3.2.2测试方法注意:如果高电流通过频谱分析仪，分析仪可能会烧坏或是不起作用。所以不要应用大于可接受电流的最大值。1）设置RF信号发电器和频谱分析仪为以下值:微波信号发生器输出频率：2.2GHz输出增益：0dBm频谱分析仪起始频率：2.2GHz终止频率：2.7GHz2）系统设计如下图所示:-16-MW-20003）从适配器的输入端口分离天线，连接到频谱分析仪的输入端口。当变化频率时，测量功率（Pin）并将结果记录在下面的表格中：4）用天线连接适配器的ISO端口和频谱分析仪的输入端口。当变化频率时，测量功率（Pr）并将结果记录在上面的表格中。5）用下面的方程式计算带通滤波器模型（2.4GHz）的反馈损失功率（RL），将结果记录在上面的表格中并在下表中绘出图形：-17-MW-2000ReturnLoss(RL)=Pr[dBm]+10dB+2dB-Pin[dBm]※耦合器的损耗为10dB,适配器输入和天线的损耗为2dB。6）系统的设计如下图所示：-18-MW-20007）设置微波信号发生器的功率为0dBm，当频率在2.2~2.7GHz间变化时，在3）的表格中记录通滤波器模型（2.4GHz）的输出功率（Pout1）。8）用下面的方程式计算通滤波器模型（2.4GHz）的损失增益，将结果记录在上面3）的表格中并在下表中绘出图形：InsertionLoss(IL)=Pout1[dBm]+1dB-Pin[dBm]※天线的损耗为1dB-19-MW-2000-20-MW-20003）~5）,7）,8）5）-21-MW-20008)-22-MW-2000-23-MW-2000微波通信系统实验1.系统配置1）按照以下系统配置安装组件：注释1：发送天线和接收天线之间的距离为1米。注释2：断开12V直流电源并关闭FSK调制器和解调器电源系统配置发送机-24-MW-2000接收机2）连接RF电缆，SMA适配器，天线电缆，电源线以及RS232电缆。3）连接12V直流电源与220V交流电源，并将FSK调制和解调器分别接到该直流电源上。4）如果系统连接和设置没有问题，就可以打开FSK调制和解调器开关。结果：如果FSK调制器，解调器和LNA，RFAMP上的LED都亮，则表示情况正常。2.测试步骤1）运行发送器PC上的通信程序并设置如下：－主机类型：发送器－端口：选择PC机上RS232电缆所连接的端口（默认为COM1）－波特率：从4800，9600和14400中选择一个（默认4800）－奇偶：从无奇偶，奇和偶中选择一个（默认为无奇偶）－点击连接→端口已连接。当测试结束时点击断开连接。2）运行接收器PC上的通信程序并设置如下：－主机类型：接收器－端口：选择PC机上RS232电缆所连接的端口（默认为COM1）－波特率：从4800，9600和14400中选择一个（默认4800）-25-MW-2000－奇偶：从无奇偶，奇和偶中选择一个（默认为无奇偶）－点击连接→端口已连接。当测试结束时点击断开连接。※如果测试中接收器运行失败，则在接收器PC上执行断开连接和连接操作以清除接收缓冲器。3）在发送器PC的TEXTSEND窗口中输入文本并点击Enter。结果：如果文本在接收器PC上的TEXTRECEIVE窗口中出现了，则情况正常。4）点击发送器PC上FILESEND/RECEIVE窗口中的Find来选择将要发送的文件并点击Send（注意：所选文件大小为300KB左右）结果：发送器PC上出现进度条时表示正在传送。同时，在接收器PC上也会出现接收文件窗口。在接收器PC上选择该文件存放路径并输入文件名称以进行保存。当接收器PC上出现进度条时就表示已经开始接收文件。5）关闭FSK调制器和解调器电源。6）断开12V直流电源和FSK调制器与解调器之间的连接，再断开与220V交流电源的连接。7）断开RS232电缆，电源线，天线电缆，RF电缆以及SMA连接器。MW2000微波通信系统实验