電磁波實(shí)驗報告

1)院班姓學(xué)指導(dǎo)2實(shí)驗一線駐波比波長頻率的測量、實(shí)驗用微波元件及設(shè)備簡介1．波導(dǎo)管：本實(shí)驗所使用的波導(dǎo)管型號為BJ—100，其內(nèi)腔尺寸為α＝22.86mm，b＝10．16mm。其主模頻率范圍為8．20~12．50GHz，截止2．隔離器：位于磁場中的某些鐵氧體材料對于來自不同方向的電磁波有減器起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率以及去耦合的作用。圖1隔離器結(jié)構(gòu)示意圖4．諧振式頻率計(波長表)：1.諧振腔腔體1.螺旋測微機(jī)構(gòu)32.耦合孔2.可調(diào)短路活塞3.矩形波導(dǎo)3.圓柱諧振腔4.可調(diào)短路活塞4.耦合孔5.計數(shù)器5.矩形波導(dǎo)6.刻度7.刻度套筒電磁波通過耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入頻率計的空腔中，當(dāng)頻率計的腔體失諧時，腔里的電磁場極為微弱，此時，它基本上不影響波導(dǎo)中波的傳輸。當(dāng)電磁波的頻率滿足空腔的諧振條件時，發(fā)生諧振，反映到波導(dǎo)中的阻抗發(fā)生劇烈變化，相應(yīng)地，通過波導(dǎo)中的電磁波信號強(qiáng)度將減弱，輸出幅度將出現(xiàn)明顯的跌落，從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時的刻度，通過查表可得知輸入微波諧振頻率。(圖3a)或從刻度套筒直接讀出輸入微波的頻率5．駐波測量線：駐波測量線是測量微波傳輸系統(tǒng)中電場的強(qiáng)弱和分布的由于探針與電場平行，電場的變化在探針上感應(yīng)出的電動勢經(jīng)過晶體檢波作方式有等幅、方波、外調(diào)制等，實(shí)驗時根據(jù)需要加以選擇。8．選頻放大器：用于測量微弱低頻信號，信號經(jīng)升壓、放大，選出1kHz、實(shí)驗內(nèi)容及過程頻率表在點(diǎn)頻工作下，顯示等幅波工作頻率，在掃頻工作下顯示掃頻工作頻率，在教學(xué)下，此表黑屏。電壓表顯示體效應(yīng)管的工作電壓，常態(tài)探針的調(diào)諧：4的按鈕，讀數(shù)即可)的千分尺讀數(shù)并使波長計失諧。(3)由讀得的千分尺刻度可在該波長計的波長表頻率刻度對照表上讀得信(1)檢查系統(tǒng)連接的平穩(wěn)，工作方式選擇為方波調(diào)制，使信號源工作于最佳長：測量三組數(shù)據(jù)，求平均值。不(1)測量駐波比的方法很多，測量儀器也較多。本實(shí)驗主要讓同學(xué)們通過測量線法、等指示度法、功率衰減法測量一些負(fù)載的駐波比，掌握三種方1)小信號檢波電流與電壓：平方成正比，IU2——UE——EI5、測量波導(dǎo)波長()原理：相鄰波節(jié)(波腹)之間的距離為=127+11×0.02=127.22=113+25×0.02=113.5=134+46×0.02=134.92可得=262.14-217.1=45.04原理：當(dāng)信號源頻率與頻率計(諧振器)諧振頻率相等時，頻率計吸收方法：所有元件都固定不動，只緩慢旋轉(zhuǎn)頻率計的短路活塞，找到選頻放大器最小的位置，此時頻率計的頻率即為信號源輸出信號的頻率。信號源的頻率為，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率計的短路活塞至?xí)r，選頻放大器上示數(shù)最小，為。只是需要我們耐心讀數(shù)而已。通過觀察波形，記錄數(shù)據(jù)，以及和組員的配合，我們順利的完成了用交叉讀數(shù)法測波導(dǎo)波長的過程，并得到了正確的實(shí)驗二微波上下變頻器的原理與測量混頻器通常被用于將不同頻率的信號相乘，以便實(shí)現(xiàn)頻率的變換。這樣做的原因在于，要在眾多密集分布、間隔很近的相鄰信道中濾出特定的射頻信號需要Q值極進(jìn)行下許是人們最熟悉的下變頻系統(tǒng)。6圖中接收到的射頻信號經(jīng)過低噪聲前置放大器(LNA)放大后輸入到混頻器中，混頻器實(shí)現(xiàn)輸入射頻信號f與本地振蕩器(LO)信號f相乘?；祛l器的輸出信號中RFLO含有的成分，經(jīng)過低通濾波器可以濾出其中頻率較低的所謂中頻(IF)分量然后再進(jìn)圖18-1采用混頻器的外差式接收機(jī)混頻器的兩個重要組成部分是信號合成單元和信號檢測單元。信號合成可以用90°(或180°)定向耦合器實(shí)現(xiàn)。信號檢測單元中的非線性元件通常是采用一個二MESFETX噪聲、高頻率混頻器。在詳細(xì)討論混頻器的電路設(shè)計之前，我們先簡要說明混頻器為何能在輸入端口接諧波成分。圖18-2是一個基本的系統(tǒng)框圖，其中混頻器與射頻信號V(t)以及本RF振信號V(t)相連，本振信號也被稱為泵浦信號。LO7圖18-2混頻器的基本原理：用兩個輸入信號頻率在系統(tǒng)的輸出端口產(chǎn)生新的信號頻率由圖可見，輸入電壓信號與本振信號混合后施加在具有非線性傳輸特性的半導(dǎo)體器件上，該器件可以輸出電流驅(qū)動負(fù)載。二極管和BJT都具有指數(shù)型傳輸特性，類似式(18-1)式(18-2)為了簡化書寫，我們省略了漏極電流和柵極-源極電壓的下標(biāo)。輸入電壓由射頻信號RFRFRFLOLOLOQV=Vcos(ωt),本振信號V=VRFRFRFLOLOLOQV=V+Vcos(t)+Vcos(t)式(18-3)QRFRFL0L0此電壓作用在非線性器件上所產(chǎn)生的電流響應(yīng)可根據(jù)電壓在Q點(diǎn)附近的泰勒級QVQVQQVQVQQQVQVQQQ并將式(18-3)代入式(18-4)可得：RFRFL0L0RFRFL0L0+2BVVcos(t)cos(t)+…RFL0RFL0(18-5)8開為直流項以及包含和的項。關(guān)鍵的是式(18-5)式中的最后一項，它變?yōu)椋簊ootcosootRFL0RFL0RFL0F±ω，而且其幅度與VV的乘積有關(guān)，其中B是與器件有關(guān)的參數(shù)。RloRFLO公式(18-6)只包含了泰勒級數(shù)展開式的前3項，因此只有2階交調(diào)產(chǎn)物()。其他高階產(chǎn)物，如3階交調(diào)產(chǎn)物(V3C)都被忽略了。二極管和BJT中的這類高階諧波項對混頻器性能的影響極大。然而，如果采用具有二次曲線傳輸特性的FET，則輸本實(shí)驗箱包含了微波上變頻模塊以及微波下變頻模塊，其原理相同。這里僅以微波上變頻模塊為例進(jìn)行測試。實(shí)驗框圖如圖18-11:模塊測試圖變頻器轉(zhuǎn)換增益的測量:將頻譜分析儀中心頻率設(shè)定為2017.5MHZ并校準(zhǔn)頻譜分析儀器。測量時使用我們有源實(shí)驗箱上調(diào)制模塊輸出信號作為中頻信號，其頻率為m蕩信號，其中心頻率為2GHz，輸出功率為12.5dBm并接至電路了LO端。并利用頻譜分析儀中之Mark功能來測量混頻器電路之RF端口輸出功率及頻率；利用轉(zhuǎn)換損耗之定義將混頻器之轉(zhuǎn)換損耗計算出來，將測量結(jié)果紀(jì)錄于表18-19通過微波鎖相源撥碼盤，依次調(diào)整LO信號輸入的頻率，從1970MHZ開始重復(fù)3，直至LO信號輸入的頻率為2030MHZ為止，并將測量結(jié)果記錄于表18-1變頻器端口隔離度的測量:將頻譜分析儀之參考電平、中心頻率其分別設(shè)定為0dBm、2017.5MHZ并校微波鎖相源輸出信號仿真一個本地振蕩信號接于變頻模塊的IF輸入端，設(shè)置頻率為2000MHZ功率為12.5dBm。同時將模塊的RF端接50Ω負(fù)載，而頻譜儀的輸入端接于模塊的LO輸出端來測量混頻器之IF-LO隔離度，將頻譜分析儀之Marker的頻率標(biāo)示在2000MHz，記錄測量結(jié)果將微波鎖相源輸出信號接于變頻模塊的IF輸入端，同時將模塊的LO端接50Ω負(fù)載，而頻譜儀的輸入端接于模塊的RF輸出端來測量混頻器之IF-RF隔離度，將頻譜分析儀之Marker的頻率標(biāo)示在2000MHz，記錄測量結(jié)果4.將微波鎖相源經(jīng)過功率分配器輸出信號接于變頻模塊的LO輸入端，同時將模塊的IF端接50Ω負(fù)載，而頻譜儀的輸入端接于模塊的RF輸出端來測量混頻器之LO-RF隔離度，將頻譜分析儀之Marker的頻率標(biāo)示在2000MHz，記錄測量結(jié)果頻率(MHz)RF輸出頻率(MHz)8986.8993.5RF輸出功率--53--568583464586LNA混頻模塊波接收系統(tǒng)LNA混頻模塊波接收系統(tǒng)(dBm)轉(zhuǎn)換損24510849耗(dB)特性并實(shí)驗三微波影音傳輸系統(tǒng)的搭建及調(diào)試(一)模擬微波通信系統(tǒng)的典型架構(gòu)微波通信技術(shù)問世已半個多世紀(jì)，它是在微波頻段通過地面視距進(jìn)行信息傳播的傳輸系統(tǒng)同為通信網(wǎng)長途傳輸干線的重要傳輸手段，例如我國城市間的電視節(jié)目傳輸主要依靠的就是微波傳輸。模擬微波通信系統(tǒng)組成如圖21-1所示。ATT混頻模塊波發(fā)送系統(tǒng)影音調(diào)制模塊模擬信號微波通信系統(tǒng)(二)微波發(fā)射機(jī)的重要指標(biāo)：f0的整數(shù)倍nf0頻率處的單根譜線(n=2,3,4,??)。諧波功率與載波功率之比稱為諧波發(fā)射機(jī)抑制諧波的能力。顯然我們希望該比值越小越好。雜散是指和輸出信號沒有諧波關(guān)系的一些無用譜。在頻譜上可能表現(xiàn)為若干對稱邊帶，也可能表現(xiàn)為信號頻率f0譜線旁存在的非諧波關(guān)系的離散單根譜線。這些譜線的幅度一般都高于噪聲。雜散抑制就是指與載波頻率成非諧波關(guān)系的離散頻譜功率們表征了信號輸出譜的純度。3.IMD3：通常，輸出端口有用與無用功率(單位dBm)之差被定義為以dB為單位的交調(diào)失真，即由于放大器非線性的影響，在輸出端將出現(xiàn)互調(diào)失真的成份。其中f2±f1為二階互ff們不考慮二階互調(diào)失真的影響。它是用來衡量接收系統(tǒng)抵抗內(nèi)調(diào)變失真能力的參數(shù)。圖(三)微波接收機(jī)的重要指標(biāo)微波器件非線性產(chǎn)生鄰道干擾由于放大器本身就有噪聲，輸出端的信噪比和輸入端信噪比是不一樣的，為此，使用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平，它的基本定義為：在環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)室溫(17℃)、一個網(wǎng)絡(luò)(或收信機(jī))輸入與輸出端在匹配的條件下，噪聲系數(shù)NF等于輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值，記作SiF=S/Nii=Ni=No=G.Ni+Nx=1+N'式()S/NS.GG.NG.NxooiiiNo式中Nx是出現(xiàn)在放大器的輸出端，由放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲。由公式(21-1)可以看出，網(wǎng)絡(luò)(或收信機(jī))的噪聲系數(shù)最小值為1(合0dB)。NF=1，說明網(wǎng)絡(luò)本身不產(chǎn)生熱噪聲，即=0，其輸出端的噪聲功率僅由輸出端的噪聲實(shí)際的收信機(jī)不可能NF=1，即NF>1。式(21-1)說明，接收機(jī)本身產(chǎn)生的熱還要大很多，根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可以說是衡量接收機(jī)熱噪聲性能的一項指標(biāo)。為了說明鏡頻問題，我們可考察射頻信號用給定本振信號進(jìn)行下變頻的情況。除=()=IMLOLOIFLOIF由于，所以這兩個頻率譜都移動到了相同的頻段內(nèi)，如圖21-3所示。抑制混頻器。通信接收機(jī)要求盡可能高的鄰頻抑制,因此不得不對中頻濾波器的矩形系數(shù)有所要求振泄露就是指泄露到輸出口或輸入口的本振信號，而本振是指本機(jī)振蕩。超外差式接收要將接收的訊號與接收機(jī)通過振蕩電路產(chǎn)生的頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生固定的中頻訊號進(jìn)行放大，這個由接收機(jī)產(chǎn)生的振蕩稱為本振。接收機(jī)靈敏度是指在確保一定質(zhì)量要求(如達(dá)到規(guī)定信噪比)的情況下，接收機(jī)輸入端所需的最小信號強(qiáng)度。微波接收機(jī)的動態(tài)范圍是指接收機(jī)能正常接收的微波信號的功率范圍，其上、下(1)信號太弱時，將被噪聲所淹沒，由此可取信號功率的下限；(2)信號太強(qiáng)時，超過最大可允許的輸入功率，接收機(jī)會出現(xiàn)飽和或過載。通常我們希望接收機(jī)有較大動態(tài)范圍。實(shí)驗設(shè)備:項項次設(shè)備名稱數(shù)量備注1微波有源實(shí)驗箱1~2臺兩臺實(shí)驗箱分別做收發(fā)系統(tǒng)2微帶天線2只微波無源箱3攝像頭1個帶麥克風(fēng)和電源4電視機(jī)1臺5射頻線若干6視頻線2根7SMA—有線電視插頭轉(zhuǎn)接線1根8頻譜分析儀1臺實(shí)驗步驟:(一)兩臺實(shí)驗箱的傳輸實(shí)驗數(shù)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊微波鎖相源微波上變頻模塊微波下變頻模塊視頻音頻調(diào)制模塊低噪聲放大器腔體濾波器壓控振蕩器壓控衰減器功率放大器功分器數(shù)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊壓控振蕩器視頻音頻調(diào)制模塊低噪聲放大器功分器壓控衰減器微波下變頻模塊微波上變頻模塊腔體濾波器微波鎖相源功率放大器語音視頻1．如圖所示，將發(fā)實(shí)驗系統(tǒng)接好攝像頭和微波調(diào)制器的發(fā)射支路。相源設(shè)定為1970MHz，打開實(shí)驗箱電源，測量微波發(fā)射頻譜特性。3．收實(shí)驗系統(tǒng)將接收支路連接好，同樣將微波鎖相源設(shè)定為1970MHz，打開電源，在電視機(jī)