JH3002-3G微波綜合實驗系統(tǒng)一、 系統(tǒng)描述JH3002-3G微波綜合實驗系統(tǒng)是主要面向高等院校通信工程、電子工程、電磁場與微波技術等電子信息類專業(yè)開設的《微波技術》、《射頻與微波電路》、《天線與電波傳播》、《微波通信》、《微波測量》等課程的課內實驗及課程設計、集中綜合性實驗、畢業(yè)設計等而研發(fā)生產的。該教學系統(tǒng)通過先進的三代通信（3G）微波部分原理樣機系統(tǒng)再現了微波信號的產生、變換、濾波、傳輸、放大、發(fā)射、接收等過程。其模塊化、系統(tǒng)化的特點，兼顧理論驗證與工程設計，解決學生們學習理論課的困難，并盡最大可能培養(yǎng)他們對微波電路系統(tǒng)的設計及綜合調試、測試能力。就業(yè)市場的競爭日趨激烈，對于學生設計能力的要求也越來越高。該系統(tǒng)采用以驗證性、測試性實驗為基礎，設計性、綜合性及研究創(chuàng)新性實驗為進階的實驗教學改革思路是大勢所趨，符合高等教育對實踐教學環(huán)節(jié)的最新要求。一般來說微波實驗室投資巨大，如何進行資源的合理利用，如何使得投資最大限度的發(fā)揮作用，是高校實驗室建設的出發(fā)點。在本系統(tǒng)實驗教學方法和手段上，本科生的微波實驗室宜配置部分國產頻譜分析儀（帶跟蹤源、反射電橋選件用于傳輸和反射特性測量），如條件許可再配至少一套國產矢量網絡分析儀（帶方向圖測量系統(tǒng)選件）進行模塊及系統(tǒng)S參數綜合測試。同時最好配備計算機并安裝微波電路仿真設計軟件，從仿真的角度培養(yǎng)學生的分析、設計能力。以各單元模塊的設計、制作、調試為基礎慢慢到系統(tǒng)集成、系統(tǒng)綜合層面上，讓學生逐步建立起微波系統(tǒng)的概念，并能夠在系統(tǒng)的層面上來設計、分析、制作、調試。這樣其效果和影響就遠遠超越原先傳統(tǒng)單純的單元式、驗證性微波實驗了。二、實驗內容介紹實驗一 矢量網絡分析儀、頻譜分析儀應用1、了解矢量網絡分析儀、頻譜分析儀的重要性及其基本原理和測試方法。2、用矢網測量幾種單、雙端口無源器件、有源器件的輸入、輸出特性，主要測量反射參數和傳輸參數。3、用頻譜分析儀測量信號的頻譜特性，測量信號的頻率、功率、頻譜分量、相位噪聲等指標。實驗二常用微波仿真設計軟件的熟悉使用1、常用微波仿真設計軟件簡介。2、熟悉仿真軟件的界面、功能及基本操作、應用。3、通過幾個典型的仿真練習了解應用微波設計軟件的仿真設計分析方法。實驗三傳輸線理論1、了解基本傳輸線、微帶線的特性。2、利用實驗模塊實際測量以了解微帶線的特性。3、利用微波設計軟件進行基本傳輸線和微帶線的電路設計和仿真分析。實驗四 匹配理論1、了解基本的阻抗匹配理論及阻抗變換器的設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解匹配電路的特性。3、學會使用微波設計軟件進行相關電路的設計和仿真，分析結果。實驗五微帶天線1、了解天線的基本原理與微帶天線的設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解微帶天線的特性。3、學會使用微波設計軟件進行微帶天線的設計和分析。實驗六 微波濾波器1、了解基本濾波器的設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解濾波器的特性。3、學會使用微波設計軟件對濾波器的設計和仿真，并分析結果。實驗七 微波放大器1、了解微波放大器的基本原理與設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解放大器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波放大器的設計和仿真，并分析結果。實驗八 微波上變頻器1、了解微波上變頻器的基本原理與設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解微波上變頻器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波上變頻器的設計和仿真，并分析結果。實驗九 微波下變頻器1、了解微波下變頻器的基本原理與設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解微波下變頻器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波下變頻器的設計和仿真，并分析結果。實驗十 微波鎖相源1、了解微波鎖相源的基本原理與設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解微波鎖相源的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波鎖相源的子模塊進行設計和仿真，并分析結果。實驗十一　微波發(fā)射機1、了解微波發(fā)射機的基本結構與主要設計參數。2、利用實驗模塊的實際測量了解微波發(fā)射機的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波發(fā)射機的幾種結構做行為級仿真分析。實驗十二　微波接收機1、了解微波接收機的基本結構與主要設計參數。2、利用實驗模塊的實際測量了解微波接收機的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波接收機的幾種結構做行為級仿真分析。實驗十三 微波壓控振蕩器1、了解變容二極管的基本原理與微波壓控振蕩器的設計方法。2、利用實驗模塊的實際測量了解微波壓控振蕩器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波壓控振蕩器的設計、仿真分析。實驗十四史密斯圓圖分析與應用1、了解史密斯圓圖的原理和作用。2、學會使用史密斯圓圖分析問題。實驗十五微波功率衰減器1、了解微波功率衰減器的原理及基本設計方法。2、利用實驗模塊實際測量以了解微波功率衰減器的特性。3、學會使用微波設計軟件功率衰減器的設計、仿真分析。實驗十六微波功率分配器1、了解微波功率分配器的原理及基本設計方法。2、用實驗模塊實際測量以了解微波功率分配器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波功率分配器進行設計和仿真，并分析結果。實驗十七微波定向耦合器1、了解微波定向耦合器的原理及基本設計方法。2、用實驗模塊實際測量以了解微波定向耦合器的特性。3、學會使用微波設計軟件對微波定向耦合器進行設計和仿真，并分析結果。 三、 系統(tǒng)特色介紹1、因應射頻（RF）和微波的快速發(fā)展，微波綜合實驗系統(tǒng)的頻率設定在三代通信的中心頻率2GHz左右,系統(tǒng)相關模塊的設計、調試都圍繞熱門的三代通信頻段。學生們在熟悉、了解和精通后非常有利于將來盡快找到專業(yè)對口的工作崗位并很快適應。因此系統(tǒng)有助于提升高校的專業(yè)辦學水平，同時也有助于提高學生的就業(yè)成功率。2、考慮到高等教育在實踐環(huán)節(jié)設計性、綜合性及研究創(chuàng)新性的最新要求，我們的綜合實驗系統(tǒng)本身就是按三代通信微波部分原理樣機設計的。因此各單元模塊可以進行傳統(tǒng)的單元式、驗證性實驗，同時也加強單元模塊的設計性要求，配以詳細的仿真設計教程。而且各單元模塊的技術指標都是按系統(tǒng)的要求分解而來的，系統(tǒng)的行為級仿真設計及實現使得各單元連在一起就組成了發(fā)射機和接收機，系統(tǒng)能高質量的傳輸一路圖像和一路語音。無需另外再配專用的、外購的集成式、一體化的圖像或聲音傳輸系統(tǒng)，因為這樣很難從原理上體現系統(tǒng)性、綜合性、設計性。3、相關模塊的設計考慮到管級和MMIC芯片級實現，既強調基本原理設計又兼顧實際應用。由于頻段設置的原因及當代射頻、微波設計現實要求，系統(tǒng)設計時大量采用分布參數及微帶電路設計，這與原先幾百兆赫茲頻段的集總設計有較大不同。4、相關模塊做成規(guī)范的腔體結構，同時考慮學生查看及測試方便，巧妙做成插拔式，實際電路板一目了然。同時，相關電路原理圖也雕刻在實驗箱面板上，又便于學生將原理電路圖與實際電路板元器件對照比較。達到理論和實際很好的結合。5、各模塊相對固定放置又可以任意移動，便于做實驗及查看。6、有源模塊供電簡便安全并帶電源指示燈。7、相關配套測量儀器選擇國產矢量網絡分析儀（帶轉臺及方向圖測試軟件）和頻譜分析儀（帶跟蹤源和反射電橋），對這些通用、基礎的專業(yè)測量儀器的熟悉、了解和精通非常有利于學生將來工作時能很快上手。如果一味為了表面上所謂省錢而選配一些專用、定做儀表，學生得不到規(guī)范、系統(tǒng)的訓練，將來工作時就不會平滑過度，很快上手。8、相關設計全采用流行的ADS系統(tǒng)設計軟件，并提供相關詳細的培訓教程，加強學生的設計、研究能力。9、附帶課件及資料豐富全面。 四、 系統(tǒng)配套設備微波綜合實驗系統(tǒng)本身配置齊全。JH3002-3G微波綜合實驗系統(tǒng)，是由平面微帶矩形貼片天線陣天線（收發(fā)共兩個）、微波低噪聲放大器（一個）、微波功率放大器（一個）、微波上變頻器（一個）、微波下變頻器（一個）、微波微帶發(fā)夾式帶通濾波器（收發(fā)共兩個）、中頻音視頻調制器（一個）、微波鎖相頻率合成器（收發(fā)共兩個）、微波壓控振蕩器（一個）、微波功率分配器（一個）、微波固定功率衰減器（一套）、微波定向耦合器（一個）、微波阻抗匹配器（一套）、電源（一套）、微型攝像頭（帶微型麥克風）（一套）、LCD液晶電視接收機（一個）等共19個單元模塊組成。按發(fā)射機、接收機系統(tǒng)要求配置分別放在發(fā)射機、接收機兩個實驗箱中，相應的SMA連接電纜、音視頻連接電纜、電源線等一應俱全。為了最大限度的發(fā)揮微波綜合實驗系統(tǒng)功能，使學生能從中最大收益。我們建議在實驗室假設時相關配套設備如下。 1、國產頻譜分析儀 廠家：臺灣固緯電子實業(yè)股份有限公司 型號：GSP830用途：1）通常頻譜分析儀主要用來測量信號的頻譜特性，測量信號的頻率、功率、頻譜分量、相位噪聲等指標。 2）頻譜分析儀加上跟蹤源和反射電橋選件后就可以在常規(guī)頻譜測量的基礎上又將頻譜分析儀模擬為一臺標量網絡分析儀。這樣就又可以用它來測量微波部件、模塊的傳輸和反射特性。雖然這種方案其測量精度與真正的矢量網絡分析儀或標量網絡分析儀相比還是有差距的，而且只能測標量信息，不能測矢量信息，但對某些經費預算確實較緊張的學校來講，這樣的配置一套就能解決大部分測量問題?？梢源蟠蠊?jié)省經費。因此這個方案未嘗不是一個較好的選擇。另外頻譜分析儀加跟蹤源選件后，在測試要求不太高時頻譜儀又可當掃頻信號源使用，這樣又可以省掉單獨配掃頻信號源的預算。 性能簡介：頻率 頻率范圍 9kHzto3.0GHz 頻率分辨率 最小1Hz(加選件，一般標配3KHz)） Span范圍 100Hz/divto300MHz/div 1,2,5 階段選擇(自動),ZEROSpan,FULLSpan(9kHzto3.0GHz) 頻率選擇 Start,Stop,Center,Span設定 Span準確度 指定Span范圍的±3% 讀出精度 Span準確度+頻率標準準確度+RBW50% 相位噪聲 ≤-90dBc/Hz(10kHz以Offset為準) 幅度 幅度范圍 +20dBm~-105dBm 平均噪聲電平 (1kHzRBW,10HzVBW狀態(tài)) ≤-105dBm:150kHz~1GHz ≤-100dBm:1GHz~2.4GHz,50kHz~150kHz ≤-95dBm:2.4GHz~3GHz 振幅單位 dBm,dBmV,dBuV,V,mV,uV,W,mW,uW 頻 響 (0dB衰減基準) -3.5~1.5dB(100kHz~10MHz) ±1.5dB(10MHz~3GHz) 參考電平(Level) 測定范圍:-90dBmto+20dBm 分辨率 0.1dB階段 精 度 ±1.5dB 2次諧波失真 ≤-60dBc,-40dBminput 交調失真 ≤-70dBc,-40dBminput 剩余寄生 ≤-85dBm(inputterminated0dB衰減) 其它輸入寄生 ≤-60dBc,-30dBminput 分辨率帶寬 1kHz,3kHz,10kHz,30kHz,100kHz, 300kHz,1MHz,3MHz / 9kHz,120kHz 準確度 ±20% 選擇度 60dB/3dBratio 60dB/6dBratio 選擇誤差 ≤±1.0dB(1kHzReferenceRBW) 視頻帶寬 10Hzto3MHzin1-3-10steps 掃描 掃描時間 100msto1000sec, 40msto1000sec(ZeroSpan) 準確度 ≤±20% 觸發(fā)源 Triggersource External(rear),Video,Freerun,Line 觸發(fā)模式 TriggerMode continuous,single 觸發(fā)電平 TriggerLevel TTL level 存儲 波形存儲 最多900個 設置存儲 最多3000個 屏幕顯示 屏幕類型 6.4″ColorTFTLCD屏幕 顯示器分辨率 640(H)x480(V)實際顯示面積 標記模式 峰值搜索，Delta標記，中心標記， 參考標記 標記跟蹤(SPAN范圍內)(最多8個) RF輸入連接器 N型Female,50Ωnominal VSWR 150kHzto3.0GHz,VSWR (以0dBmReferenceLevel為準) 最大輸入電平 0Vdc,+20dBm 標準頻率 （10MHz，Ref）： 溫度穩(wěn)定性 ±0.5ppm Aging ±0.5ppm/Year 連接器 BNCfemale 輸入電平 -5dBmto+15dBm 輸出電平 10MHz,+8dBmnominal標稱值 COM口 RS-232C 打印機接口 LTP USB接口 支持1.1,2.0、圖像文件保存，支持GIF格式 支持狀態(tài)保存、支持軌跡保存跟蹤源指標 頻率范圍 100KHzto3.0GHz 幅度范圍 -50dBmto+0dBm 幅度分辨率 1dB 幅度精確度 ±3dB 典型 ±1.5dB 反向功率 +30dBm RF輸入連接器 N型Female,50Ωnominal VSWR 150kHzto3.0GHz,VSWR 校準函數 傳輸校準 反射校準 校準誤差 2、國產矢量網絡分析儀 廠家：南京普納科技設備有限公司 型號：PNA3623(30MHz-3.2GHz)（帶轉臺和方向圖 測量選件）用途：本儀器是一種輕便臺式自動網絡分析儀，能對各種單或雙端口器件的全部復數（矢量）參數進行測試與打印，適合于廣播、電視、通訊（信）、雷達等設備中的天饋系統(tǒng)及其它微波、射頻元器件、放大器的研發(fā)、制造、調試、驗收及運維。 另外矢量網絡分析儀也可當掃頻信號源使用。性能簡介： ·頻率范圍：30MHz～3200MHz ·取樣變頻外差式接收：靈敏度-90dBm,動態(tài)范圍80dB（30～6000MHz動態(tài)范圍70dB） ·分辨率與不確定度： 小插損分辨率為0.01dB，不確定度在50dB內為±0.2dB±(dB值)的4%; 小反射分辨率為0.002，1600MHz以下小反射不確定度約為±0.01,以上約為±0.02; 相位分辨率為0.1°,1600MHz以下不確定度約為±5°/幅值,以下為±10°/幅值 ·數字式頻率綜合跳頻,跳頻速度約為每秒10點 ·具有阻抗圓圖測試功能,圓圖分4檔顯示,匹配狀態(tài)、阻抗性質一目了然 ·能測某些元器件的回損或駐波比,有1～1.05/1.25/2.25/∞四檔駐波比顯示 ·有相損畫面能測插損與相移，相位并有平移展開功能 ·能測1ns～40μs的群時延（分12檔） ·反射電橋定向性≥40dB(5～1000MHz可選75Ω)（30～6000MHz是定向性≥35dB） ·50Ω負載回損≥40dB(5～1000MHz可選75Ω) ·可選時域故障定位功能，能撿查同軸電纜的故障位置，測出電長度 ·可選RS-232或IEEE-488接口輸出數據到計算機 ·可選波瓣自動記錄功能：能測一般中等增益天線的幅度與相位方向圖，有直角坐標也有極坐標 ·PNA3629D/S型號配有USB存盤功能，其他型號可選USB存盤功能 3、計算機 廠家、型號等具體參數按政府采購要求辦。主要技術指標要求CPU主頻1.7GHz以上、內存512M以上、硬盤40G以上。它們是用來安裝微波仿真設計軟件進行仿真設計、分析、模擬。如果實驗室建設目標要求加強設計性，原則上要求配計算機。4、JH3002-3G微波綜合實驗系統(tǒng)與相關配套設備的合理搭配實驗室建設方案：學校實驗室建設目標要求高標準。建議按60-120平方米實驗室大小，配12套左右的JH3002-3G微波綜合實驗系統(tǒng)，5套左右的頻譜分析儀（帶跟蹤源和反射電橋選件）1套左右的矢量網絡分析儀（帶轉臺和方向圖測量選件），12套左右的計算機（安裝微波仿真設計軟件）。