电磁场与微波技术实验教程第6章

第6章射频系统实验1传输线理论实验2匹配理论实验3功率衰减器实验4功分器实验5定向耦合器实验6实验7振荡器设计实验8压控振荡器第6章射频系统实验9微带天线实验10射频前端发射器实验11射频前端接收机实验12下变频器(混频器)实验13微波实验软件简介实验14史密斯圆图软件与应用第6章射频系统一、(1)了解基本传输线、微带线的特性。(2)利用实验模组实际测量微带线的特性。(3)利用MicrowaveOffice软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。实验1传输线理论第6章射频系统二、(1)(2)(3)微带线理论的设计。第6章射频系统三、实验设备第6章射频系统四、1.硬件测量(模组编号：RF2KM1-1A)(1)测量开路传输线(MOD-1A)、短路传输线(MOD-1B)、50Ω微带线(MOD-1C)，频率均为50MHz~500MHz。(2)准备好实验用的器件和设备，以及相关软件。第6章射频系统(3)测量步骤：①MOD-1A的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P1端口做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。②MOD-1B的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P2端口做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。③MOD-1C的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P3端口做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。④MOD-1C的S21测量：设定频段BAND-3；对模组P3及P4端口做S21测量，并将测量结果记录于实验数据表中。第6章射频系统(4)MOD-1AS11≥-1dBMOD-1BS11≥-1dBMOD-1CS11≤-15dBMOD-1CS21≥-0.5dB(5)测试模块电路方框图如图6.1.1所示。第6章射频系统图6.1.1测试模块电路第6章射频系统2.(1)进入微波软件MicrowaveOffice。(2)设计好相应的电路，设置好P1,P2,P3,P4端口(如果需要的话)，完成频率设置、尺寸规范、器件的加载、仿真图形等的设置。(3)最后进行仿真，结果应接近实际测量所得到的仿真图形。(4)电路模型图如图6.1.2所示。第6章射频系统图6.1.2单位长度传输线电路模型第6章射频系统3.例计算负载为50Ω的无损耗传输线(Z0=75Ω，θ=30°，f0=900MHz)的特性:(1)反射系数ΓL、回波损耗RL、电压驻波比USWR(2)输入阻抗Zin、输入反射系数Γin(3)基板为FR4的微条线宽度W、长度L及单位损耗量AdB基板参数。其中，介电常数εr=4.5,损耗角正切、tanδ=0.015,基板厚度h=62mil、基板导线金属铜、基板导线厚度t=0.03mm。第6章射频系统解(1)反射系数：回波损耗:RL=20lg(|ΓL|)=－13.98dB电压驻波比:2.0755075500L0LLZZZZ5.111LLSWRU第6章射频系统(2)输入阻抗:输入反射系数:Ω)20j58()tan(j)tan(jL00L0inZZZZZZo)60180(jjdine2.0ed第6章射频系统(3)微带线参数：W=1.38mm，L=15.54mm，AdB=0.0057dB/m第6章射频系统4.Mathcad除MicrowaveOffice软件外，Mathcad软件也可以实现仿真功能，并以图形或者数据的形式给出结果。结合Mathcad软件的使用，本章配套有相应的微波电路分析设计文件夹。本次实验“微带线mcd”包括以下内容：(1)综合结果：已知传输线电特性参数(Z0,θ,f0),求出微带线其物理性参数(W,L,AdB)(2)分析结果：已知微带线的物理性参数(W,L),求出传输线电特性参数(Z0,θ),在Mathcad里面，θ是由φ表示的。(3)列出分析式和合成式所依据的具体计算公式，Mathcad软件将依据这些公式，进行计算，并将结果在综合结果和分析结果中表示出来。第6章射频系统五、1.硬件测量结果请见实验数据表。第6章射频系统2.单位长度传输线的特性如图6.1.3所示。图6.1.3单位长度传输线的特性第6章射频系统一、(1)了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。(2)利用实验模组实际测量来了解匹配电路的特性。(3)学会使用软件进行相关电路的设计和仿真，并分析结果。实验2匹配理论第6章射频系统二、(1)(2)(3)基本匹配电路有L型、T型及П型等三种。第6章射频系统三、实验设备第6章射频系统四、1.硬件测量(模组编号：RF2KM2-1A(MOD-2A,MOD-2B))(1)测量MOD-2A:Π型阻抗转换器的S11及S21测量,了解Π型阻抗匹配电路的特性；测量MOD-2B:T型阻抗转换器的S11及S21测量，了解T(2)准备电脑、测量软件、射频测试系统、连线等若干小器件。(3)测量步骤:①MOD-2A的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P1端子做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。②MOD-2A的S21测量：设定频段BAND-3；对模组P1及P2端子做S21测量，并将测量结果记录在实验数据表中。第6章射频系统③MOD-2B的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P3端子做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。④MOD-2B的S21测量：设定频段BAND-3；对模组P3及P4端子做S21测量，并将测量结果记录在实验数据表中。(4)硬件测量的参考值：MOD-2A(400MHz±10MHz):S11≤－8dBS21≥－1.5dBMOD-2B(400MHz±10MHz):S11≤－7dBS21≥－2dB(5)待测模块电路方框图如图6.2.1所示。第6章射频系统图6.2.1待测模块电路第6章射频系统2.(1)进入微波软件MicrowaveOffice。(2)设计好相应的电路，设置好端口，完成频率设置、尺寸规范、器件的加载、仿真图形等的设置。(3)最后进行仿真，结果应接近实际测量所得到的仿真图形。(4)阻抗变换器电路模型如图6.2.2所示。第6章射频系统图6.2.2阻抗变换器电路模型第6章射频系统3.实例分析例设计一个中心频率为400MHz，频宽为40MHz的50Ω~75Ω的T型阻抗变换器。(RS=50Ω,RL=75Ω)解(1)选定工作频率fC=400MHz、负载Q=400/40=10、输入阻抗RS=50Ω及输出阻抗RL=75Ω。求出RSmall=MIN(RS，RL)=50Ω。第6章射频系统(2)如图6.2.3所示，并由下列公式计算出XS1、XP1、XP2及XS2：R=RSmall·(Q2+1)=5050XS1=Q·RS=500,XS2=Q2·RL=610.8505P1QRX,620145.812P22QRXRRQL第6章射频系统(3)根据电路选用元件的不同，可有四种电路形式。选用如图6.2.3所示的电路,其中电感及电容值的求法如下：S1S1P1CCP11198.9nH,0.79pF2π2πXLCffXpF64.0π21,nH243π2P2CP2CS1S2XfCfXL第6章射频系统图6.2.3T型阻抗变换器第6章射频系统4.Mathcad源程序给出了三种类型匹配网络的情况，见Mathcad软件的“中文mcd”中的“匹配网络.mcd”。根据给出的源程序编制程序，改变参数进行匹配网络的设计。第6章射频系统五、1.硬件测量结果见实验数据表。第6章射频系统2.阻抗变换器的特性如图6.2.4所示。图6.2.4阻抗变换器的特性第6章射频系统一、(1)了解功率衰减器的原理及基本设计方法。(2)利用实验模组实际测量来了解功率衰减器的特性。(3)学会使用微波软件进行功率衰减器的设计和仿真，并分析结果。二、功率衰减器按结构可分成T型同阻式、T型异阻式、Π型同阻式、Π型导阻式衰减器。实验3功率衰减器第6章射频系统三、实验设备第6章射频系统四、1.硬件测量(模组编号：RF2KM3-1A)(1)测量MOD-3A:Π型功率衰减器的S11及S21测量,了解Π型功率衰减电路的特性；测量MOD-3B:T型功率衰减器的S11及S21测量,了解T型功率衰减电路的特性。(2)准备电脑、测量软件、射频测试系统和若干小器件。(3)①MOD-3A的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P1端口做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。②MOD-3A的S21测量：设定频段BAND-3；对模组P1及P2端口做S21测量，并将测量结果记录在实验数据表中。第6章射频系统③MOD-3B的S11测量：设定频段BAND-3；对模组P3端口做S11测量，并将测量结果记录在实验数据表中。④MOD-3B的S21测量：设定频段BAND-3；对模组P3及P4端口做S21测量，并将测量结果记录在实验数据表中。(4)MOD-3A(50~1000MHz)S11≤－12dBS21=－10±1dBMOD-3B(50~1000MHz)S11≤－15dBS21=－10±1dB(5)待测模组方框图如图6.3.1所示。第6章射频系统图6.3.1待测电路模块第6章射频系统2.(1)进入微波软件MicrowaveOffice。(2)设计好相应的电路，设置好端口，完成频率设置、尺寸规范、器件的加载、仿真图形等的设置。(3)最后进行仿真，结果应接近实际测量所得到的仿真图形。(4)衰减器电路模型如图6.3.2、图6.3.3、图6.3.4所示。第6章射频系统图6.3.25dBT型固定衰减器模型第6章射频系统图6.3.310dBΠ型同阻式固定衰减器模型第6章射频系统图6.3.410dBΠ型异阻式固定衰减器模型第6章射频系统3.例6.3.1设计一个5dBT型同阻式固定衰减器。(Z1=Z2=50Ω)解由已知得A=－5dB,则Ω01.1411Ω24.8212162.31002ss10p10ZRRZRA第6章射频系统例6.3.2设计一个10dBП型同阻式固定衰减器。(Z1=Z2=50Ω)解由已知得A=－10dB，则Ω25.9611Ω15.71211.0100p21p0s10ZRRZRA第6章射频系统例6.3.3设计一个10dBП型异阻式固定衰减器。(Z1=50Ω、Z2=75Ω)解由已知得A=－10dB，则Ω45.20711121Ω11.7711111Ω14.87221)1(1.0101sp21sp1s10RZRRZRZZRA第6章射频系统4.Mathcad分析(1)10dBT型同阻式固定衰减器。(2)10dBΠ型同阻式固定衰减器。(3)20dBT型异阻式固定衰减器。(4)20dBΠ型异阻式固定衰减器。第6章射频系统五、1.硬件测试结果请见实验数据表。第6章射频系统2.衰减器电路特性如图6.3.5、图6.3.6、图6.3.7所示。图6.3.55dBT型同阻式固定衰减器特性第6章射频系统图6.3.610dBΠ型同阻式固定衰减器特性第6章射频系统图6.3.710dBΠ型异阻式固定衰减器特性第6章射频系统一、(1)了解功分器的原理及基本设计方法。(2)利用实验模组实际测量来了解功分器的特性。(3)学会使用MicrowaveOffice软件进行功分器的设计和仿真，并分析结果。二、(1)等分型：根据电路使用元件的不同，功分器可分为电阻式、L-C式及传输线式。(2)比例型:按结构不同，功分器可分为支线型及威尔金森型。实验4功分器第6章射频系统三、实验设备第6章射频系统四、1.硬件测量(模组编号：RF2KM4-1A,RF2KM4-2A)(1)测量MOD-4A(RF2KM4-1A)的S11及S21,了解简易功分电路的特性；测量MOD-4B(RF2KM4-2A)的S11及S21,了解标准功分电路的特性。(2)准备电脑、测量软件、射频测试系统及若干小器件。(3)测量步骤:①MOD-4A的P1端口的S11测量：设定频段BAND-3；将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2