JH3002-3G微波综合实验系统一、 系统描述JH3002-3G微波综合实验系统是主要面向高等院校通信工程、电子工程、电磁场与微波技术等电子信息类专业开设的《微波技术》、《射频与微波电路》、《天线与电波传播》、《微波通信》、《微波测量》等课程的课内实验及课程设计、集中综合性实验、毕业设计等而研发生产的。该教学系统通过先进的三代通信（3G）微波部分原理样机系统再现了微波信号的产生、变换、滤波、传输、放大、发射、接收等过程。其模块化、系统化的特点，兼顾理论验证与工程设计，解决学生们学习理论课的困难，并尽最大可能培养他们对微波电路系统的设计及综合调试、测试能力。就业市场的竞争日趋激烈，对于学生设计能力的要求也越来越高。该系统采用以验证性、测试性实验为基础，设计性、综合性及研究创新性实验为进阶的实验教学改革思路是大势所趋，符合高等教育对实践教学环节的最新要求。一般来说微波实验室投资巨大，如何进行资源的合理利用，如何使得投资最大限度的发挥作用，是高校实验室建设的出发点。在本系统实验教学方法和手段上，本科生的微波实验室宜配置部分国产频谱分析仪（带跟踪源、反射电桥选件用于传输和反射特性测量），如条件许可再配至少一套国产矢量网络分析仪（带方向图测量系统选件）进行模块及系统S参数综合测试。同时最好配备计算机并安装微波电路仿真设计软件，从仿真的角度培养学生的分析、设计能力。以各单元模块的设计、制作、调试为基础慢慢到系统集成、系统综合层面上，让学生逐步建立起微波系统的概念，并能够在系统的层面上来设计、分析、制作、调试。这样其效果和影响就远远超越原先传统单纯的单元式、验证性微波实验了。二、实验内容介绍实验一 矢量网络分析仪、频谱分析仪应用1、了解矢量网络分析仪、频谱分析仪的重要性及其基本原理和测试方法。2、用矢网测量几种单、双端口无源器件、有源器件的输入、输出特性，主要测量反射参数和传输参数。3、用频谱分析仪测量信号的频谱特性，测量信号的频率、功率、频谱分量、相位噪声等指标。实验二常用微波仿真设计软件的熟悉使用1、常用微波仿真设计软件简介。2、熟悉仿真软件的界面、功能及基本操作、应用。3、通过几个典型的仿真练习了解应用微波设计软件的仿真设计分析方法。实验三传输线理论1、了解基本传输线、微带线的特性。2、利用实验模块实际测量以了解微带线的特性。3、利用微波设计软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真分析。实验四 匹配理论1、了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解匹配电路的特性。3、学会使用微波设计软件进行相关电路的设计和仿真，分析结果。实验五微带天线1、了解天线的基本原理与微带天线的设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解微带天线的特性。3、学会使用微波设计软件进行微带天线的设计和分析。实验六 微波滤波器1、了解基本滤波器的设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解滤波器的特性。3、学会使用微波设计软件对滤波器的设计和仿真，并分析结果。实验七 微波放大器1、了解微波放大器的基本原理与设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解放大器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波放大器的设计和仿真，并分析结果。实验八 微波上变频器1、了解微波上变频器的基本原理与设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解微波上变频器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波上变频器的设计和仿真，并分析结果。实验九 微波下变频器1、了解微波下变频器的基本原理与设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解微波下变频器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波下变频器的设计和仿真，并分析结果。实验十 微波锁相源1、了解微波锁相源的基本原理与设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解微波锁相源的特性。3、学会使用微波设计软件对微波锁相源的子模块进行设计和仿真，并分析结果。实验十一　微波发射机1、了解微波发射机的基本结构与主要设计参数。2、利用实验模块的实际测量了解微波发射机的特性。3、学会使用微波设计软件对微波发射机的几种结构做行为级仿真分析。实验十二　微波接收机1、了解微波接收机的基本结构与主要设计参数。2、利用实验模块的实际测量了解微波接收机的特性。3、学会使用微波设计软件对微波接收机的几种结构做行为级仿真分析。实验十三 微波压控振荡器1、了解变容二极管的基本原理与微波压控振荡器的设计方法。2、利用实验模块的实际测量了解微波压控振荡器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波压控振荡器的设计、仿真分析。实验十四史密斯圆图分析与应用1、了解史密斯圆图的原理和作用。2、学会使用史密斯圆图分析问题。实验十五微波功率衰减器1、了解微波功率衰减器的原理及基本设计方法。2、利用实验模块实际测量以了解微波功率衰减器的特性。3、学会使用微波设计软件功率衰减器的设计、仿真分析。实验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设计方法。2、用实验模块实际测量以了解微波功率分配器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波功率分配器进行设计和仿真，并分析结果。实验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设计方法。2、用实验模块实际测量以了解微波定向耦合器的特性。3、学会使用微波设计软件对微波定向耦合器进行设计和仿真，并分析结果。 三、 系统特色介绍1、因应射频（RF）和微波的快速发展，微波综合实验系统的频率设定在三代通信的中心频率2GHz左右,系统相关模块的设计、调试都围绕热门的三代通信频段。学生们在熟悉、了解和精通后非常有利于将来尽快找到专业对口的工作岗位并很快适应。因此系统有助于提升高校的专业办学水平，同时也有助于提高学生的就业成功率。2、考虑到高等教育在实践环节设计性、综合性及研究创新性的最新要求，我们的综合实验系统本身就是按三代通信微波部分原理样机设计的。因此各单元模块可以进行传统的单元式、验证性实验，同时也加强单元模块的设计性要求，配以详细的仿真设计教程。而且各单元模块的技术指标都是按系统的要求分解而来的，系统的行为级仿真设计及实现使得各单元连在一起就组成了发射机和接收机，系统能高质量的传输一路图像和一路语音。无需另外再配专用的、外购的集成式、一体化的图像或声音传输系统，因为这样很难从原理上体现系统性、综合性、设计性。3、相关模块的设计考虑到管级和MMIC芯片级实现，既强调基本原理设计又兼顾实际应用。由于频段设置的原因及当代射频、微波设计现实要求，系统设计时大量采用分布参数及微带电路设计，这与原先几百兆赫兹频段的集总设计有较大不同。4、相关模块做成规范的腔体结构，同时考虑学生查看及测试方便，巧妙做成插拔式，实际电路板一目了然。同时，相关电路原理图也雕刻在实验箱面板上，又便于学生将原理电路图与实际电路板元器件对照比较。达到理论和实际很好的结合。5、各模块相对固定放置又可以任意移动，便于做实验及查看。6、有源模块供电简便安全并带电源指示灯。7、相关配套测量仪器选择国产矢量网络分析仪（带转台及方向图测试软件）和频谱分析仪（带跟踪源和反射电桥），对这些通用、基础的专业测量仪器的熟悉、了解和精通非常有利于学生将来工作时能很快上手。如果一味为了表面上所谓省钱而选配一些专用、定做仪表，学生得不到规范、系统的训练，将来工作时就不会平滑过度，很快上手。8、相关设计全采用流行的ADS系统设计软件，并提供相关详细的培训教程，加强学生的设计、研究能力。9、附带课件及资料丰富全面。 四、 系统配套设备微波综合实验系统本身配置齐全。JH3002-3G微波综合实验系统，是由平面微带矩形贴片天线阵天线（收发共两个）、微波低噪声放大器（一个）、微波功率放大器（一个）、微波上变频器（一个）、微波下变频器（一个）、微波微带发夹式带通滤波器（收发共两个）、中频音视频调制器（一个）、微波锁相频率合成器（收发共两个）、微波压控振荡器（一个）、微波功率分配器（一个）、微波固定功率衰减器（一套）、微波定向耦合器（一个）、微波阻抗匹配器（一套）、电源（一套）、微型摄像头（带微型麦克风）（一套）、LCD液晶电视接收机（一个）等共19个单元模块组成。按发射机、接收机系统要求配置分别放在发射机、接收机两个实验箱中，相应的SMA连接电缆、音视频连接电缆、电源线等一应俱全。为了最大限度的发挥微波综合实验系统功能，使学生能从中最大收益。我们建议在实验室假设时相关配套设备如下。 1、国产频谱分析仪 厂家：台湾固纬电子实业股份有限公司 型号：GSP830用途：1）通常频谱分析仪主要用来测量信号的频谱特性，测量信号的频率、功率、频谱分量、相位噪声等指标。 2）频谱分析仪加上跟踪源和反射电桥选件后就可以在常规频谱测量的基础上又将频谱分析仪模拟为一台标量网络分析仪。这样就又可以用它来测量微波部件、模块的传输和反射特性。虽然这种方案其测量精度与真正的矢量网络分析仪或标量网络分析仪相比还是有差距的，而且只能测标量信息，不能测矢量信息，但对某些经费预算确实较紧张的学校来讲，这样的配置一套就能解决大部分测量问题。可以大大节省经费。因此这个方案未尝不是一个较好的选择。另外频谱分析仪加跟踪源选件后，在测试要求不太高时频谱仪又可当扫频信号源使用，这样又可以省掉单独配扫频信号源的预算。 性能简介：频率 频率范围 9kHzto3.0GHz 频率分辨率 最小1Hz(加选件，一般标配3KHz)） Span范围 100Hz/divto300MHz/div 1,2,5 阶段选择(自动),ZEROSpan,FULLSpan(9kHzto3.0GHz) 频率选择 Start,Stop,Center,Span设定 Span准确度 指定Span范围的±3% 读出精度 Span准确度+频率标准准确度+RBW50% 相位噪声 ≤-90dBc/Hz(10kHz以Offset为准) 幅度 幅度范围 +20dBm~-105dBm 平均噪声电平 (1kHzRBW,10HzVBW状态) ≤-105dBm:150kHz~1GHz ≤-100dBm:1GHz~2.4GHz,50kHz~150kHz ≤-95dBm:2.4GHz~3GHz 振幅单位 dBm,dBmV,dBuV,V,mV,uV,W,mW,uW 频 响 (0dB衰减基准) -3.5~1.5dB(100kHz~10MHz) ±1.5dB(10MHz~3GHz) 参考电平(Level) 测定范围:-90dBmto+20dBm 分辨率 0.1dB阶段 精 度 ±1.5dB 2次谐波失真 ≤-60dBc,-40dBminput 交调失真 ≤-70dBc,-40dBminput 剩余寄生 ≤-85dBm(inputterminated0dB衰减) 其它输入寄生 ≤-60dBc,-30dBminput 分辨率带宽 1kHz,3kHz,10kHz,30kHz,100kHz, 300kHz,1MHz,3MHz / 9kHz,120kHz 准确度 ±20% 选择度 60dB/3dBratio 60dB/6dBratio 选择误差 ≤±1.0dB(1kHzReferenceRBW) 视频带宽 10Hzto3MHzin1-3-10steps 扫描 扫描时间 100msto1000sec, 40msto1000sec(ZeroSpan) 准确度 ≤±20% 触发源 Triggersource External(rear),Video,Freerun,Line 触发模式 TriggerMode continuous,single 触发电平 TriggerLevel TTL level 存储 波形存储 最多900个 设置存储 最多3000个 屏幕显示 屏幕类型 6.4″ColorTFTLCD屏幕 显示器分辨率 640(H)x480(V)实际显示面积 标记模式 峰值搜索，Delta标记，中心标记， 参考标记 标记跟踪(SPAN范围内)(最多8个) RF输入连接器 N型Female,50Ωnominal VSWR 150kHzto3.0GHz,VSWR (以0dBmReferenceLevel为准) 最大输入电平 0Vdc,+20dBm 标准频率 （10MHz，Ref）： 温度稳定性 ±0.5ppm Aging ±0.5ppm/Year 连接器 BNCfemale 输入电平 -5dBmto+15dBm 输出电平 10MHz,+8dBmnominal标称值 COM口 RS-232C 打印机接口 LTP USB接口 支持1.1,2.0、图像文件保存，支持GIF格式 支持状态保存、支持轨迹保存跟踪源指标 频率范围 100KHzto3.0GHz 幅度范围 -50dBmto+0dBm 幅度分辨率 1dB 幅度精确度 ±3dB 典型 ±1.5dB 反向功率 +30dBm RF输入连接器 N型Female,50Ωnominal VSWR 150kHzto3.0GHz,VSWR 校准函数 传输校准 反射校准 校准误差 2、国产矢量网络分析仪 厂家：南京普纳科技设备有限公司 型号：PNA3623(30MHz-3.2GHz)（带转台和方向图 测量选件）用途：本仪器是一种轻便台式自动网络分析仪，能对各种单或双端口器件的全部复数（矢量）参数进行测试与打印，适合于广播、电视、通讯（信）、雷达等设备中的天馈系统及其它微波、射频元器件、放大器的研发、制造、调试、验收及运维。 另外矢量网络分析仪也可当扫频信号源使用。性能简介： ·频率范围：30MHz～3200MHz ·取样变频外差式接收：灵敏度-90dBm,动态范围80dB（30～6000MHz动态范围70dB） ·分辨率与不确定度： 小插损分辨率为0.01dB，不确定度在50dB內为±0.2dB±(dB值)的4%; 小反射分辨率为0.002，1600MHz以下小反射不确定度约为±0.01,以上约为±0.02; 相位分辨率为0.1°,1600MHz以下不确定度约为±5°/幅值,以下为±10°/幅值 ·数字式频率综合跳频,跳频速度约为每秒10点 ·具有阻抗圆图测试功能,圆图分4档显示,匹配状态、阻抗性质一目了然 ·能测某些元器件的回损或驻波比,有1～1.05/1.25/2.25/∞四档驻波比显示 ·有相损画面能测插损与相移，相位并有平移展开功能 ·能测1ns～40μs的群时延（分12档） ·反射电桥定向性≥40dB(5～1000MHz可选75Ω)（30～6000MHz是定向性≥35dB） ·50Ω负载回损≥40dB(5～1000MHz可选75Ω) ·可选时域故障定位功能，能捡查同轴电缆的故障位置，测出电长度 ·可选RS-232或IEEE-488接口输出数据到计算机 ·可选波瓣自动记录功能：能测一般中等增益天线的幅度与相位方向图，有直角坐标也有极坐标 ·PNA3629D/S型号配有USB存盘功能，其他型号可选USB存盘功能 3、计算机 厂家、型号等具体参数按政府采购要求办。主要技术指标要求CPU主频1.7GHz以上、内存512M以上、硬盘40G以上。它们是用来安装微波仿真设计软件进行仿真设计、分析、模拟。如果实验室建设目标要求加强设计性，原则上要求配计算机。4、JH3002-3G微波综合实验系统与相关配套设备的合理搭配实验室建设方案：学校实验室建设目标要求高标准。建议按60-120平方米实验室大小，配12套左右的JH3002-3G微波综合实验系统，5套左右的频谱分析仪（带跟踪源和反射电桥选件）1套左右的矢量网络分析仪（带转台和方向图测量选件），12套左右的计算机（安装微波仿真设计软件）。