微波实验指导教程学生用书

1、目 录微波实验系统组成2实验一 微波发送系统电路组成及介绍10实验二 微波接收系统电路组成及介绍14实验三 微波设计及仿真软件的介绍19实验四 史密斯圆图分析与应用25实验五 网络分析仪的构成及S参数测量机理31实验六 传输线理论及微带传输线的设计与制作36实验七 阻抗匹配网络理论45实验八 阻抗匹配网络的设计与制作53实验九 微波定向耦合器的原理与设计71实验十 微波功率分配器的原理与设计85实验十一 固定功率衰减器的原理与设计94实验十二 PIN二极管压控衰减器的原理与设计103实验十三 集总参数滤波器的原理与设计111实验十四 微带滤波器的原理与设计132实验十五 微波低噪声放大器的原理与设计140实验十六 微波压控振荡器的原理与测量156实验十七 微波锁相环原理与测量164实验十八 微波上下变频器的原理与测量175实验十九 微带天线理论与设计189实验二十 微波腔体滤波器的原理与测量199实验二十一 模拟微波通信系统的组装及调试209实验二十二 数字微波通信系统的组装及调试215实验二十三 微波中继系统的组装及调试221武汉凌特电子技术有限公司 LTE-WB-02D微波通信系统

2、实验指导书 微波实验系统组成一、 概述LTE-WB-02D微波通信综合实验系统根据微波教学特点，结合具体电路，带领学生由浅入深地从感性认识到原理分析，再到测试方法、设计开发。通过该实验系统训练充分掌握传输线、滤波器、衰减器等模块的设计方法。并在对阻抗圆图有深入了解的基础上完全掌握用微带传输线来进行阻抗匹配的设计方法。二、 系统特点1 工作频率为3G频段，即TD-SCDMA移动通信系统的频段；2 具备通信设备前端的几乎所有无源和有源模块，可组成各微波传输系统以及微波中继系统；3 通过对各实验模块标准测试接口的测试，掌握现代网络频谱测量技术。如频谱仪的使用，网络分析仪的构建；4 本实验系统所包含的各模块均采用现代微波工艺设计制造；5 通过ADS仿真软件的学习及应用，真正做到较为方便的二次开发；6 支持3G移动通信系统科研活动，可组合出3G移动通信系统的射频前端。三、 电路组成及关键指标本实验系统由有源模块实验箱及无源模块实验箱组成。1 有源模块实验箱主要有微波发送系统和微波接收系统中的各有源模块组成，各实验模块既可以作为一个独立的功能模块来完成实验，同时也是构成微波通信系统的一个子模块，具

3、体而言，本实验系统的各有源模块可以组合为数字微波通信系统、模拟微波通信系统以及微波中继系统等具备实际功能的传输系统，由以下功能模块组成：1) 视频音频调制模块2) 微波上变频模块主要指标：中频频率范围：01.5GHz 本振频率范围：1.54.5GHz 变频损耗：8.5dB 本振功率：917dBm IIP3：19dBm3) 压控衰减器模块主要指标：频率：20102025MHz最小衰减：6dB1dB最大衰减：25dB控制电压：09V（低衰减，高不衰减）驻波比：1.5IIP3：35dBm4) 功率放大器模块主要指标：频率范围：2010MHz2025MHz 增益：30dB OIP3：35dBm P1db：17 dBm 输入输出驻波：1.55) 腔体滤波器模块主要指标：频率：20102025MHz带内差损：1.5dB通带波动：0.5dB阻抗：50驻波比：1.5带外抑制70dB225MHz offset18dB20MHz offset6) 低噪声放大器模块主要指标：频率范围：2010MHz2025MHz噪声系数：1.5dB增益：45dBOIP3：35dBm输入输出驻波：1.57) 微波下变频模块主

4、要指标：中频频率范围：01.5GHz本振频率范围：1.54.5GHz 变频损耗：8.5dB左右 本振功率：917dBm IIP3：19dBm8) 数字调制与解调模块9) 微波锁相源模块主要指标：频率范围：19702030 MHz 相位噪声：-85dBc/Hz100KHz10) 功分器模块主要指标：频率：20102025MHz 插入损耗：0.5dB 幅度平衡度：1dB 输出隔离：20dB11) 压控振荡器模块主要指标：频率范围：19702030 MHz 相位噪声：-85dBc/Hz100KHz 输出功率：16 dBm系统布局图如下：微波有源实验系统布局图传输系统框图如下：模拟微波传输系统数字微波传输系统微波中继传输系统2 无源模块实验箱基本上涉及到了微波通信教材中所提到的各种类型的无源模块和电路，特别对微波电路设计中经常会涉及到的匹配网络技术给予了详细深入介绍。它包括以下模块：1) 50传输线模块2) /4传输线阻抗变换模块主要指标：频率：20102025MHz 驻波比：20dB 驻波比：20dB14) 平行线型定向耦合器模块主要指标：频率：20102025MHz 耦合度：20dB1dB

5、 驻波比：1.5 插损：0.5dB15) 型、T型衰减器主要指标：频率：20102025MHz驻波比：1.5 衰减：5dB0.5dB16) 集总参数LPF主要指标：BW3dB：50MHz截止频率：150MHz（衰减30dB）阻抗：5017) 集总参数HPF主要指标：BW3dB：60MHz截止频率：30MHz（衰减30dB）阻抗：5018) 集总参数BPF主要指标：中心频率：75MHzBW3dB：15MHzBW45dB：35MHz通带波动：1dB阻抗：5019) 微带带通滤波器主要指标：中心频率：2017.5MHzBW1dB：25MHzBW45dB：250MHz通带波动：1dB阻抗：5020) 微带天线主要指标：频率范围：2010MHz2025MHz 输入SWR：3.0增益：3dB系统布局图如下：微波无源实验系统布局图四、 应用说明在该硬件平台中，模块化功能较强。各单元都有专用测试接口，可以在不带电的情况下打开屏蔽盖，对该单元电路进行测试和信号的提取等。在微波有源实验系统中，电源插座在实验箱后面，电源模块在该实验平台电路板下面，它主要完成交流220V到+12V的直流变换，给整个硬件平台供

6、电。测试模块之前，请务必校准测试仪器！第 9 页 共 222 页实验一 微波发送系统电路组成及介绍一、 实验目的1. 了解射频前端发射系统主要设计参数；2. 了解本实验系统中微波发送系统的基本结构；3. 了解发送系统的主要特性。二、 实验原理（一）实际射频前端发射器的基本结构在无线通讯中，射频发射器担任着重要的角色。无论是语言还是数字信号都要利用电磁波经空气传送到远端，而此过程都要使用射频前端发射器。其主要电路结构如图1-1所示，它大致可分为9个部分。图1-1 基本射频前端发射结构图1 中频放大器（IF AMP）2 中频滤波器（IF BPF）3 上变频混频器（MIXER）4 射频滤波器（RF BPF）5 射频驱动放大器（RF AMP）6 射频功率放大器（PA）7 载波振荡器（LO）8 载波滤波器（LO BPF）9 发射天线（Antenna）（二）发射器的重要设计参数11压缩点功率放大器的1压缩点是决定发射器最大发射功率的主要参数。 其定义如图1-2（a）（b）所示。图1-2 (a) 放大器的1dB压缩点 图1-2（b）放大器的1dB压缩点与LDR的关系2内调变失真所谓的内调变失真是指发

7、射天线接收到同波道其它较大功率信号后，经功率放大器内调制混频所产生的再发射信号使原发射信号产生的失真。解决的方法是在发射天线与功率放大器之间加接一个或多个环行器来降低发射器的内调变失真。3噪声抑制率对于射频前端发射器而言，较大的噪声信号是来自功率放大器大信号放大所产生的谐波，而其它噪声则是由载波振荡器与混频器混频产生的。一般要求噪声低于主要载波信号功率70至90，以降低对其它波道的干扰。4载波频率稳定性发射器的载波频率需要符合系统要求，以避免对其他波道干扰，尤其在窄频带系统中更为重要。可利用锁相环路技术来增加载波频率的稳定性。5邻波道功率此项参数是由于系统的调制方法或是发射器快速的开关所造成的。在窄频带系统中，一般要求低于载波信号功率50。而在宽频带系统中，则要求达到80。6发射启动时间对于数字通讯系统而言，发射器的发射启动时间是很重要的参数，必须保证其足够短，以免限制系统的数据流流量。一般要求为发射器输出功率达到额定功率90所需的时间。（三）本实验发射电路框图如图1-3 ：图1-3 微波发射系统框图微波锁相源产生的射频信号，作为本振信号经放大后与调制模块产生的信号进行混频，和频信号经过压控衰减器，再经过功率放大，最后经天线发射出去。该发射系统电路在系统实验中将多次用到，在此仅对其做一个初步了解。三、 实验思考题1. 射频发射机的结构和以前学过的高频发射机的结构相同吗？请举出你观察到的异同点。2. 为什么功率放大器的1压缩点是决定发射器最大发射功率的主要参数？第11 页 共223页实验二 微波接收系统电路组成及介绍一、 实验目的1. 了解射频前端接收系统主要设计参数；2. 了解本实验系统中微波接收系统的基本结构；3. 了解接收

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