北理工5系微波技术基础实验报告

从实验数据可以看出， 增益压缩点在输入约为 2.5dBm 处， 1dB 则接收机的动态范围为： -75dBm～2.5dBm
六、 实验问题探讨
(1)详细描述图像传输系统中发射机/接受机的各个组成部分及其功能。 答:摄像头采集的信号送入调制器进行频率调制，在经过一次变频后，滤波，放大，通过天 线发射出去。经过空间传播，接受甜心将信号接收进来，在经过低噪放大，滤波，下变频到 480MHZ，再经中频滤波，滤去谐波和杂波，经视频解调器，解调后输出到显示器还原图像 信号。 (2)该发射机的输入功率、接收机增益与接受机灵敏度？ 答：输入为中心频率为 2.2GHz 的微波信号，测量信号强度为-60dBm，测量仪器与测试点间 传输线损耗为-2.3dB，接收机中频放大后信号为中心频率 480MHz 的中频信号，测试信号强 度 为 -39dBm ， 传 输 线 损 耗 为 -1dB( 用 了 另 一 个 传 输 线 ) 。 则 接 收 机 增 益 为 ： -39-(-60)+2.3+1=23.3dB 。 测试接收机灵敏度为-88dBm，输入信号最小为-85dBm,此时传输线损耗为-3dB。 (3)若在接收机的低噪声放大器前加入衰减器，会明显改变图像质量，而在中频放大器前加
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入波导中， 听过没一根金属棒伸进波导内部长度的变化改变反射波的幅度和相位， 可以将传 输线从终端短路状态调整到终端匹配状态。
三、 实验步骤
1、首先按图 1 所示将测量系统安装好，然后接通电源和测量仪器的有关开关，观察微 波信号源有误输出只是。若有知识，当改变衰减量或移动测量闲谈整的位置是，测量放大器 的表头指示会有起伏的裱花， 这说明系统意在工作了。 但这并不一定是最佳工作状态。 例如， 若是反射式速调管信号源的话还应把它调到输出功率最大的震荡模式， 凭借和调节信号源处 的短路活塞，以使能量更有效地传向负载。若有必要，还可以调节测量线探头座内的短路活 塞，以获得较高地灵敏度，或者调节测量线探针深入波导的程度，以便较好地拾取信号的能 量（注意，深入太多会影响波导内的场分布） 。对于其他微波信号源也应根据说明书调到最 佳状态。有时信号源无输出，但测量放大器也有一定指示。这可能是热噪声或其他杂散场的 影响；弱信号原有输出，但测量放贷的指示不稳定或者当测量线探针移动式，岂止是不便， 均属不正常情况，应检查原因，使之正常工作。系统正常工作时，可调节测量放大器的有关 旋钮或可变衰减器的衰减量（衰减量不能为零，否则会烧坏晶体二极管，最低调到 5） ，是 测量放大器的指示便于读数。 2、 波导中横向场分布测量。 将图 1 中横向场分布测量线检波器输出连接至测量放大器， 将横向电场探针一直波导宽边中心位置， 调整测量放大器灵敏度和可变衰减器是测量放大器 表头读书处于 50~80 范围内（注意：切不要使表头满刻度，满刻度时会使指示针变形） 。 波导中 TE10 模横向场分布为预先函数，移动横向场分布测量线中电场探针从波导宽边 中心至边缘等间距都 5 个测量放大器读书 3、测量波导波长。将图 1 中纵向场分布测量线检波器输出连接至测量放贷，调整测量 放大器灵敏度和可变衰减器是测量放贷表头读书处于 50~80 范围内 （注意： 切不要使表头满 刻度，满刻度时会使指示针变形） 。 测量g 时应将系统终端短路（将终端三螺调配器的每一根金属棒推出波导，此时利用 三螺调配器的终端短路片实现终端短路） ，则系统呈纯驻波状态（理论上） ，其波导中场强的 纵向幅度如图 3 所示。当测量线的探针处于 Z1 和 Z2 位置时，测量放大器的指示为最小（理 论上为零） ，此时从测量线的刻度上即可求出波导波长g =2|Z2-Z1|。在实际测量中，由于受 设备的精度、灵敏度的限制，以及其他因素的影响，很难精确的确定 Z2 和 Z1 的位置。为提 高测试精度，可采用“平均法”测定它们的位置，如图 3 所示。为了确定 Z1，使在 Z1 两侧 （尽量地靠近 Z1）d1 和 d2 处测量放大器有相同的指示数，则 Z1=（d1+d2）/2,同理可得 Z2= （d3+d4）/2.这比直接去测 Z1 和 Z2 要精确些。
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实验一
一、 实验目的
1. 2.
无线通信系统（图像传输）实验
掌握无线通信（图像传输）收发系统的工作原理。 了解各电路模块在系统中的作用。
二、 实验内容
1. 2. 3. 4. 测试发射机的工作状态 测试接收机的工作状态 测试图像传输系统的工作状态 通过改变内部链接方式造成对图像信号质量的影响来了解各电路模块的作用。
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入衰减器，图像质量变差程度有限，为什么？ 答：低噪声放大器位于放大链路输入端，针对给定的增益要求，引入尽可能小的内部噪声， 并在输出端获得最大可能的信噪比而设计的放大器。 而减小其前端输入功率会出现门限效应 使得信号被淹没在噪声中， 所以对图像质量影响较大。 而中频放大器前的图像信号已经经过 了射频、中频两级滤波，这时加入衰减器只是对其功率发生改变，其质量变差程度有限。 (4)说明有哪些内部因素会影响本系统的图像质量？ 答： 1、内部电路存在着传输损耗。 2、各端口之前非理想匹配，对信号有衰减和一些不可预期的叠加。 3、滤波器非理想，其特性将对信号产生影响。 4、输入信号超出了接收机的动态范围，放大器工作在非线性。 5、系统内部存在噪声。 (5)举例说明有哪些外部因素会影响本系统的图像质量?可能通过什么途径能够解决。 答：1、 可能接收到其他实验产生的射频信号干扰测试， 比如测试点旁边有类似的试验进行， 而两者之间有没有有效的屏障。 解决：搭载不同的载频，或者采取不同的调制方式。 2、改变了天线发射接收的相对位置，极化状态变化，甚至正交。 解决：旋转天线使正对。
五、 实验结果
(一) 发射机测试 1. 发射系统功率：信号源输入 480Mhz、-2dBm 的信号，经过实测链路的输出功率为 0.3dBm，则增益为: 100.03 = 2.3������������ 10−0.2 频谱纯度：由实验结果可以知道，从 2.2Ghz 的谱峰到频偏 10Khz 处共有 38dB，再 G = 10log
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信号。
四、 测试方法及步骤
(一) 发射机测试 基带信号送入调制器进行调制，然后坐上变频，功率放大，通过天线发射。每次变频后 会产生谐波和杂波，以滤波器滤除。 a) 测试发射极功率：信号源频率 480MHZ，信号源输出功率为 0dBm。测试发射极输 出功率；在逐渐增加信号输入功率，观察设计输出功率直达饱和。 b) 测试发射频率稳定度：以上连续不变，通过频谱仪分析观察 2.2GHZ 射频输出信号 的相位噪声。 c) 测试发射信号的带外谐波、杂波抑制。 (二) 接收机测试 通过天线接收通信对方或经中继转发的射频信号， 经过某些处理 （如放大、 变频） 之后， 送到后级进行解调、编码等，还原出基带信息送给用户终端。 a) 测试接收系统增益： 在低噪声放大器输入端连接信号源， 中频放大器输出端分析仪。 设定信号源频率为 2.2GHz； 输出功率为-60dBm。 中频放大器输出功率为 480Mhz， 此时频谱分析仪显示幅度为-60dBm 差值为接受链路总增益。 b) 测试接收机灵敏度 改变信号源输出功率大小，当频谱分析仪 RBW 设为 10MHz，频谱分析仪现实的 频谱与频谱分析仪基底噪声差值为 10dB 时，这是信号源输出功率幅度为接收机最 小接受灵敏度。 c) 测试接收机动态范围 设定信号源输出功率为接收机最小接收灵敏度， 改变信号源输出功率大小， 不断增 加信号源输出功率， 观察输出幅度变化。 当输入幅度不变化时， 为接收机动态范围。 d) 测试接收机噪声系数： 在微波滤波器输入端链接噪声系数测试仪的噪声源， 视频放 大器输出端接噪声系数测试仪。 (三) 系统测试 发射机和接收机结构不变的情况下， 接入微波发射、 接收天线， 在外加摄像头和显示器， 即将发射和接收系统通过天线、摄像头、显示器自闭环来测试收/发系统的工作状态。 a) 传输图像实验。通过摄像头和显示器验证接受和发射系统的工作状态。 b) 收发天线相对位置发生变化，极化状态发生变化，观察图像质量的好坏。 c) 调整发射机的系统参数如降低输出功率等，观察图像质量的变化。 d) 调整接收机的系统参数如在低噪声电路前加衰减器，观察图像质量的变化。
三、 无线图像传输系统的基本工作原理
发射设备和接收设备是通信设备的重要组成部分。 其作用是将已调波经过某些处理之后， 送给天馈系统，发向对方或转发中继站；接受系统再降空间传播的信号经过天线接收进来， 经过某些处理之后，送到候机进行解调编码等。还原出基带信息送给用户终端。为了使发射 系统和接收系统同时工作， 并且了解各电路模块在系统中的作用， 通过试验箱中的天线模块 和摄像头及显示器， 似的发射和接收系统自闭环， 通过图像质量来验证通信系统的工作状态， 及各个电路模块的作用和连接变化时对通信或图像质量的影响。
可以看到，960Mhz 为二次谐波，1.43Ghz 为三次谐波，1.92Ghz 为四次谐波，2.68Ghz 为 2.2G+480Mhz 的和。 (二) 接收机测试 1. 接收机链路增益：信号源输入 2.2Ghz，-5dBm 的信号，用频谱仪观察到输出信号的 频率为 480Mhz，功率为 7.8dBm,则接收机的实际增益为： 100.78 = 12.8������������ 10−0.5 2. 接收机灵敏度：经过实测，接收机的灵敏度为-75dBm。 3. 接收机动态范围： 实验测得结果如下： G = 10log 输入功率/dBm -5 -4 -3 -2 -1 输出功率/dBm 7.8 8.8 9.8 10.8 11.7 输入功率/dBm 0 1 2 3 输出功率/dBm 12.5 13.5 14.2 14.4
图 1.1 无线图像传输系统的收发结构装置
简单介绍一下各部分的功能与作用： 摄像头采集的信号送入调制器进行频率调制，在经过一次变频后，滤波，放大，通过天 线发射出去。经过空间传播，接受甜心将信号接收进来，在经过低噪放大，滤波，下变频到 480MHZ，再经中频滤波，滤去谐波和杂波，经视频解.1 阻抗测量实验装置结构原理图