电磁波实验报告

1)院班姓学指导2实验一线驻波比波长频率的测量、实验用微波元件及设备简介1．波导管：本实验所使用的波导管型号为BJ—100，其内腔尺寸为α＝22.86mm，b＝10．16mm。其主模频率范围为8．20~12．50GHz，截止2．隔离器：位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。图1隔离器结构示意图4．谐振式频率计(波长表)：1.谐振腔腔体1.螺旋测微机构32.耦合孔2.可调短路活塞3.矩形波导3.圆柱谐振腔4.可调短路活塞4.耦合孔5.计数器5.矩形波导6.刻度7.刻度套筒电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。(图3a)或从刻度套筒直接读出输入微波的频率5．驻波测量线：驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的由于探针与电场平行，电场的变化在探针上感应出的电动势经过晶体检波作方式有等幅、方波、外调制等，实验时根据需要加以选择。8．选频放大器：用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz、实验内容及过程频率表在点频工作下，显示等幅波工作频率，在扫频工作下显示扫频工作频率，在教学下，此表黑屏。电压表显示体效应管的工作电压，常态探针的调谐：4的按钮，读数即可)的千分尺读数并使波长计失谐。(3)由读得的千分尺刻度可在该波长计的波长表频率刻度对照表上读得信(1)检查系统连接的平稳，工作方式选择为方波调制，使信号源工作于最佳长：测量三组数据，求平均值。不(1)测量驻波比的方法很多，测量仪器也较多。本实验主要让同学们通过测量线法、等指示度法、功率衰减法测量一些负载的驻波比，掌握三种方1)小信号检波电流与电压：平方成正比，IU2——UE——EI5、测量波导波长()原理：相邻波节(波腹)之间的距离为=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：当信号源频率与频率计(谐振器)谐振频率相等时，频率计吸收方法：所有元件都固定不动，只缓慢旋转频率计的短路活塞，找到选频放大器最小的位置，此时频率计的频率即为信号源输出信号的频率。信号源的频率为，当旋转频率计的短路活塞至时，选频放大器上示数最小，为。只是需要我们耐心读数而已。通过观察波形，记录数据，以及和组员的配合，我们顺利的完成了用交叉读数法测波导波长的过程，并得到了正确的实验二微波上下变频器的原理与测量混频器通常被用于将不同频率的信号相乘，以便实现频率的变换。这样做的原因在于，要在众多密集分布、间隔很近的相邻信道中滤出特定的射频信号需要Q值极进行下许是人们最熟悉的下变频系统。6图中接收到的射频信号经过低噪声前置放大器(LNA)放大后输入到混频器中，混频器实现输入射频信号f与本地振荡器(LO)信号f相乘。混频器的输出信号中RFLO含有的成分，经过低通滤波器可以滤出其中频率较低的所谓中频(IF)分量然后再进图18-1采用混频器的外差式接收机混频器的两个重要组成部分是信号合成单元和信号检测单元。信号合成可以用90°(或180°)定向耦合器实现。信号检测单元中的非线性元件通常是采用一个二MESFETX噪声、高频率混频器。在详细讨论混频器的电路设计之前，我们先简要说明混频器为何能在输入端口接谐波成分。图18-2是一个基本的系统框图，其中混频器与射频信号V(t)以及本RF振信号V(t)相连，本振信号也被称为泵浦信号。LO7图18-2混频器的基本原理：用两个输入信号频率在系统的输出端口产生新的信号频率由图可见，输入电压信号与本振信号混合后施加在具有非线性传输特性的半导体器件上，该器件可以输出电流驱动负载。二极管和BJT都具有指数型传输特性，类似式(18-1)式(18-2)为了简化书写，我们省略了漏极电流和栅极-源极电压的下标。输入电压由射频信号RFRFRFLOLOLOQV=Vcos(ωt),本振信号V=VRFRFRFLOLOLOQV=V+Vcos(t)+Vcos(t)式(18-3)QRFRFL0L0此电压作用在非线性器件上所产生的电流响应可根据电压在Q点附近的泰勒级QVQVQQVQVQQQVQVQQQ并将式(18-3)代入式(18-4)可得：RFRFL0L0RFRFL0L0+2BVVcos(t)cos(t)+…RFL0RFL0(18-5)8开为直流项以及包含和的项。关键的是式(18-5)式中的最后一项，它变为：sootcosootRFL0RFL0RFL0F±ω，而且其幅度与VV的乘积有关，其中B是与器件有关的参数。RloRFLO公式(18-6)只包含了泰勒级数展开式的前3项，因此只有2阶交调产物()。其他高阶产物，如3阶交调产物(V3C)都被忽略了。二极管和BJT中的这类高阶谐波项对混频器性能的影响极大。然而，如果采用具有二次曲线传输特性的FET，则输本实验箱包含了微波上变频模块以及微波下变频模块，其原理相同。这里仅以微波上变频模块为例进行测试。实验框图如图18-11:模块测试图变频器转换增益的测量:将频谱分析仪中心频率设定为2017.5MHZ并校准频谱分析仪器。测量时使用我们有源实验箱上调制模块输出信号作为中频信号，其频率为m荡信号，其中心频率为2GHz，输出功率为12.5dBm并接至电路了LO端。并利用频谱分析仪中之Mark功能来测量混频器电路之RF端口输出功率及频率；利用转换损耗之定义将混频器之转换损耗计算出来，将测量结果纪录于表18-19通过微波锁相源拨码盘，依次调整LO信号输入的频率，从1970MHZ开始重复3，直至LO信号输入的频率为2030MHZ为止，并将测量结果记录于表18-1变频器端口隔离度的测量:将频谱分析仪之参考电平、中心频率其分别设定为0dBm、2017.5MHZ并校微波锁相源输出信号仿真一个本地振荡信号接于变频模块的IF输入端，设置频率为2000MHZ功率为12.5dBm。同时将模块的RF端接50Ω负载，而频谱仪的输入端接于模块的LO输出端来测量混频器之IF-LO隔离度，将频谱分析仪之Marker的频率标示在2000MHz，记录测量结果将微波锁相源输出信号接于变频模块的IF输入端，同时将模块的LO端接50Ω负载，而频谱仪的输入端接于模块的RF输出端来测量混频器之IF-RF隔离度，将频谱分析仪之Marker的频率标示在2000MHz，记录测量结果4.将微波锁相源经过功率分配器输出信号接于变频模块的LO输入端，同时将模块的IF端接50Ω负载，而频谱仪的输入端接于模块的RF输出端来测量混频器之LO-RF隔离度，将频谱分析仪之Marker的频率标示在2000MHz，记录测量结果频率(MHz)RF输出频率(MHz)8986.8993.5RF输出功率--53--568583464586LNA混频模块波接收系统LNA混频模块波接收系统(dBm)转换损24510849耗(dB)特性并实验三微波影音传输系统的搭建及调试(一)模拟微波通信系统的典型架构微波通信技术问世已半个多世纪，它是在微波频段通过地面视距进行信息传播的传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段，例如我国城市间的电视节目传输主要依靠的就是微波传输。模拟微波通信系统组成如图21-1所示。ATT混频模块波发送系统影音调制模块模拟信号微波通信系统(二)微波发射机的重要指标：f0的整数倍nf0频率处的单根谱线(n=2,3,4,„„)。谐波功率与载波功率之比称为谐波发射机抑制谐波的能力。显然我们希望该比值越小越好。杂散是指和输出信号没有谐波关系的一些无用谱。在频谱上可能表现为若干对称边带，也可能表现为信号频率f0谱线旁存在的非谐波关系的离散单根谱线。这些谱线的幅度一般都高于噪声。杂散抑制就是指与载波频率成非谐波关系的离散频谱功率们表征了信号输出谱的纯度。3.IMD3：通常，输出端口有用与无用功率(单位dBm)之差被定义为以dB为单位的交调失真，即由于放大器非线性的影响，在输出端将出现互调失真的成份。其中f2±f1为二阶互ff们不考虑二阶互调失真的影响。它是用来衡量接收系统抵抗内调变失真能力的参数。图(三)微波接收机的重要指标微波器件非线性产生邻道干扰由于放大器本身就有噪声，输出端的信噪比和输入端信噪比是不一样的，为此，使用噪声系数来衡量放大器本身的噪声水平，它的基本定义为：在环境温度为标准室温(17℃)、一个网络(或收信机)输入与输出端在匹配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值，记作SiF=S/Nii=Ni=No=G.Ni+Nx=1+N'式()S/NS.GG.NG.NxooiiiNo式中Nx是出现在放大器的输出端，由放大器内部产生的噪声。由公式(21-1)可以看出，网络(或收信机)的噪声系数最小值为1(合0dB)。NF=1，说明网络本身不产生热噪声，即=0，其输出端的噪声功率仅由输出端的噪声实际的收信机不可能NF=1，即NF>1。式(21-1)说明，接收机本身产生的热还要大很多，根据噪声系数的定义，可以说是衡量接收机热噪声性能的一项指标。为了说明镜频问题，我们可考察射频信号用给定本振信号进行下变频的情况。除=()=IMLOLOIFLOIF由于，所以这两个频率谱都移动到了相同的频段内，如图21-3所示。抑制混频器。通信接收机要求尽可能高的邻频抑制,因此不得不对中频滤波器的矩形系数有所要求振泄露就是指泄露到输出口或输入口的本振信号，而本振是指本机振荡。超外差式接收要将接收的讯号与接收机通过振荡电路产生的频率进行混频，产生固定的中频讯号进行放大，这个由接收机产生的振荡称为本振。接收机灵敏度是指在确保一定质量要求(如达到规定信噪比)的情况下，接收机输入端所需的最小信号强度。微波接收机的动态范围是指接收机能正常接收的微波信号的功率范围，其上、下(1)信号太弱时，将被噪声所淹没，由此可取信号功率的下限；(2)信号太强时，超过最大可允许的输入功率，接收机会出现饱和或过载。通常我们希望接收机有较大动态范围。实验设备:项项次设备名称数量备注1微波有源实验箱1~2台两台实验箱分别做收发系统2微带天线2只微波无源箱3摄像头1个带麦克风和电源4电视机1台5射频线若干6视频线2根7SMA—有线电视插头转接线1根8频谱分析仪1台实验步骤:(一)两台实验箱的传输实验数数字调制与解调模块微波锁相源微波上变频模块微波下变频模块视频音频调制模块低噪声放大器腔体滤波器压控振荡器压控衰减器功率放大器功分器数数字调制与解调模块压控振荡器视频音频调制模块低噪声放大器功分器压控衰减器微波下变频模块微波上变频模块腔体滤波器微波锁相源功率放大器语音视频1．如图所示，将发实验系统接好摄像头和微波调制器的发射支路。相源设定为1970MHz，打开实验箱电源，测量微波发射频谱特性。3．收实验系统将接收支路连接好，同样将微波锁相源设定为1970MHz，打开电源，在电视机