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射频系统方案

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    标    签:射频发射

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    一般地说, 射频/微波技术所涉及无线电频谱范围是 P 波段到 mm 波段的无线

    电信号的发射和接收设备的工作频率。 具体地, 这些技术包括信号的产生、 调制 、

    功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移相 、

    开关等各个模块的设计和生产。 本书所介绍的各个模块电路能够用于通讯、 雷达 、

    导航、识别、电子对抗、GPS、3G 等各类无线电设备中。可以想像:射频/微波

    技术的发展是永恒的, 我们安排的实验内容能起到抛砖引玉的作用,使学生尽快

    进入射频/微波技术领域。

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    AT3030 射 频 系 统 产品介绍: 一般地说,射频/微波技术所涉及无线电频谱范围是 P 波段到 mm 波段的无线 电信号的发射和接收设备的工作频率。具体地,这些技术包括信号的产生、调制、 功率放大、辐射、接收、低噪声放大、混频、解调、检测、滤波、衰减、移相、 开关等各个模块的设计和生产。本书所介绍的各个模块电路能够用于通讯、雷达、 导航、识别、电子对抗、GPS、3G 等各类无线电设备中。可以想像:射频/微波 技术的发展是永恒的,我们安排的实验内容能起到抛砖引玉的作用,使学生尽快 进入射频/微波技术领域。 射频/微波电路给人们的印象是抽象的概念和繁琐的公式。它的基本理论是 经典的电磁场理论。研究电磁波沿传输线的传输特性有两种分析方法。一种是场 的分析方法,即从麦克斯韦方程出发,在特定边界条件下解电磁波动方程,求得 场量的时空变化规律,分析电磁波沿线的各种传输特性;另一种是电路的分析方 法,即将传输线作为分布参数电路处理,用基尔霍夫定律建立传输线方程,求得 传输线上电压和电流的时空变化规律,分析电压和电流的各种传输特性。用这二 种方法研究同一个问题,其结论是相同的。 在射频/微波频率范围内,分布参数概始终贯穿于工程技术的各个方面,而 且,同一功能的模块,在不同的工作频率的结构和实现方式大不相同。结构就是 电路是射频/微波电路的显著特征,射频/微波电路的设计目标就是处理好材料, 结构与电路功能的关系。 射频/微波工程中所要解决的核心问题:频率、阻抗和功率三大方面,只要 合理处理好三者关系,就能实现预期的电路功能。这三方面涵盖了射频 /微波工 程中的全部内容,下面对它们作进一步说明: 1. 频率 频率是射频/微波工程中基本的一个参数,对应于无线系统所工作的频谱 范围,是研究射频/微波电路的基本前提,直接影响射频/微波信号频率的 主要电路有: a. 信号发生器:用来产生特定频率的信号,如频率振荡器、机械调谐 振荡器、压控振荡器、频率合成器等。 b. 频率变换器:将一个或二个频率的信号变换成另一个所希望的频率 信号,如分频器、变频器、混频器、倍频器等。 c. 频率选择电路:在复杂的频谱境中,选择所关心的频谱范围,频率 选择电路是滤波器,如 LPF、HPF、BPF、BSF 等,近年高速电子开关 由于它体积小,在许多方面取代滤波器来实现频率选择。 2. 阻抗 阻抗是在特定频率下,描述各种射频/微波电路对射频/微波信号能量 传输的影响的一个参数。电路的材料结构对工作频率的响应决定电路阻抗 参数的大小。工程中应设法改进特性阻抗,实现能量的最大传输,所涉及 的射频/微波电路有: a. 阻抗变换器: b. 阻抗匹配器 c. 天线:这是一种特定的阻抗匹配器,实现射频/微波信号在封闭传输 线和空气媒体之间的匹配传输。 3. 功率 功率用来描述各种射频/微波信号的能量大小。所有电路和系统的设计 目标都是实现射频/微波信号的能量最佳传递。影响射频/微波信号的能量 的主要电路有: a. 衰减器:控制射频/微波信号的能量大小; b. 功率分配器:将一路射频/微波信号分成若干路的组件,可以是等分, 也可以是比例分配,功率分配器也可以用作功率合成器; c. 耦合器:定向耦合器是一种特定的功率分配器,通常是耦合一小部分 功率到支路,用以检测主路信号的工作状态;分支耦合器和形耦合器可以 实现不同相位的功率分配/合成。 d. 放大器:提高射频/微波信号功率的电路,在射频/微波电路中极为重要。 AT3030 射频实训系统的设置,就是为了使学生通过实训更多地获得 3GHz 频率内的有关射频系统的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能 方面的知识,真正掌握时域和频域、传输线、电波传播、天线、射频模块、及射 频通信等基本的概念,并学会使用重要的射频测试仪器。 AT3030 射频实训系统采用模块化的结构设计为实训中各种实验训练提供 了非常简便、灵活的组装,并可集成于一个仪器箱中,便于携带和运输。此外, 各模块电路全部采用微带电路设计,上盖板采用透明有机玻璃,可一目了然地观 察到全部微带电路的结构。 与其它射频和微波实验体系不同,本实训系统主要基于频域技术和频谱测量 仪器。这样做主要有以下两方面的考虑:首先,对射频通信、传感、信号处理等 这些最重要的领域而言,频域包含了许多在时域不便表示或难以测量的重要信 息,通过利用高灵敏度和宽动态范围的频谱分析仪,就可以很方便的测量低电平 调幅、调频和脉冲调制的射频信号;也可测量载波频率、调制频率、调制电平和 调制失真;又可很容易地检测到变频器件的变频损耗、隔离度和失真度等特性。 尽管频谱测量的优势早已得到公认,但频谱分析仪的高昂价格却使得它一直深藏 于研究部门而难得与广大学生见面;而随着安泰信高性价比的频谱分析仪的面 世,使得频谱分析仪成为射频系列教学实验主要测量仪器变成了现实。 产品技术参数: 模块名称 系统整体技术 编号 AT3030 规格 *电路技术:微带雕刻电路技术 *接头涂层材料:黄金 实物图 涂层技术:电镀 *模块结构方式:全部分离式 *接头类型:SMA 有源器件电压:0V--20V *分离模块结构:模块外壳铝合金 黄金导电处理,表盖有机透明封 装,能够观察微带电路结构 模块种类:19种 模块数量:24个 定向耦合器 (单定向偶合) AT-RF3030-4 Fo=2000MHz±50MHz △F≥800MHz、C=10±1dB D≥10dB 功率分配器 AT-RF3030-8 F=0-3000MHz、有效带宽 △F=1000-3000MHz ≥10dB 圆形谐振腔 AT-RF3030-16 Fo=2000±50MHz 插入损耗 L≤7dB △F≥30MHz 混合环 AT-RF3030-9 Fo=2100±50MHz △F≥450MHz [∑/△≥20 dB] 分支耦合器 AT-RF3030-20 Fo=2050±50MHz △F≥300MHz D≥12dB 测量线 AT-RF3030-23 微带线结构、移动距离≥170mm 剩余驻波比≤1.05 滤波器低通 AT-RF3030-12 LPF:△F=0-2100MHz±50MHz L≤1.5dB 滤波器带通 AT-RF3030-13 BPF:Fo=1950±50 MHz △F≤Fo*15%MHz 滤波器高通 AT-RF3030-15 HPF:F≥1800MHz±50MHz L≤1dB 滤波器带阻 AT-RF3030-14 BSF:Fo=1800±50 MHz △F≥600MHz [L≥25dB] △F≤1500MHz [L≤3dB] 环行器 PIN RF 开关 Fo=2000MHz±50MHz AT-RF3030-3 △F≥400MHz 插入损耗 L≤3dB 隔离度 I≥15dB 采用 PIN 二极管 AT-RF3030-10 F=750-2500MHz 插入损耗 L≤3dB 亦可以作2选1选择器 失配负载 AT-RF3030-5 OPEN、SHOUT、200Ω失配负载 匹配负载 AT-RF3030-6 50Ω匹配负载、50Ω-100Ω 1/4波长匹配负载 50Ω-100+j80Ω 衰减器 AT-RF3030-7 T/π型 F:1000-2500MHz L=10±1dB 混频器 AT-RF3030-2 RF/LO:F=200-3000MHz IF=50-1000MHz 损耗 L≤12dB(PLO≥7dBm) 供电电压:9V 压控振荡器 (VCO) AT-RF3030-1 F=1300-2350MHz Po≥5dBm 可调电压:0~20V 射频放大器 AT-RF3030-21 F=50-3000MHz G≥10dB NF≤4dB 供电电压:12V 频谱分析仪 AT6030DM 频率 频率范围:9 kHz to 3.02 GHz *频率分辨率: 最大1Hz 幅 度 范 围 :+ 20 dBm ~ - 125 dBm(内置:前置放大器) *振幅单位:dBm, dBmV, dBuV, V, mV, uV, W, mW, uW *分辨率带宽: 300Hz 1 kHz, 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz, 100 kHz, 300 kHz, 1 MHz, 3 MHz /9 kHz, 120 kHz *扫描时间 : 10mS to 1000sec 选 择 度 : 60 dB / 3 dB ratio < 15 : 1 60 dB / 6 dB ratio < 12 : 1 (9 kHz, 120 kHz) 选 择 误 差 : ≤ ±1.0 dB (1 kHz Reference RBW) 触发源 :rigger source External (rear), Video, Freerun, Line 触 发 模 式 : rigger Mode continuous, single 触 发 电 平 : Trigger Level TTL level 存储::波形存储大于900个,设 置存储3000个 COM 口 , RS-232C 打印机接口 LTP / USB 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 以太网接口 VGA 接口 机内独立本振信号 : 80MHz *延时关机 : 有( 3秒) 跟踪信号源技术参数 频率:100 kHz to 3.02 GHz *功率输出:0~50dBm *步进:1dBm 标 准 配 件 : 3G 测 量 天 线 , SMA-BNC 线缆, 网线, SAM-N 头, N头 屏幕:彩色 带宽:100MHz 屏幕尺寸:7’彩色液晶屏 数字示波器 ADS1102CAL 实时采样率:1GSa/s 等效采样率:50GSa/s 通道数:2 垂直灵敏度:2mV-5V/div(1-2-5 顺序) 垂直分辨率:8 bit 储存深度:1M 等效采样率:每通道最快取样率 50GSa/s 波形捕获率:最高超过 1000 次/秒 储存/调出:提供 2 组参考波形、20 组 普通波形、20 种设置内部储存/调出功 能;支持 U 盘外部储存/调出功能 显示模式:MAIN,WINDOW,WINDOW ZOOM, ROLL,X-Y 数学运算:+、-、*、/、反相 FFT : 窗 模 式 : Hanning, Hamming, Blackman, Rectangular 采样点:1024 points 触发类型:边沿、脉冲、视频、延迟、 斜率、交替 自动测量种类 32 种: 最大值、最小值、顶端值、底端值、峰 峰值、平均值、周期平均值、均方根、 周期均方根、幅值、上升过激、上升前 激、下降过激、下降前激、上升时间、 下降时间、频率、周期、脉宽、正脉宽、 负脉宽、正占空比、负占空比、相位、 FRR、FRF、FFR、LRR、LRF、LFR、LFF 显示语言:11 种语言 XY 方式:相位移:±3 degrees 支持 5KSa/s~200MSa/S 采样率(1-2-5 顺序) 电源:100~240VAC,47Hz~440Hz,50VA Max 尺寸:300*150*290mm 重量:约 4.6kg 附件: 1:1、10:1)探头*2,电源线,EasyScope 电脑软件系统,说明书 USB Host:支持 U 盘升级及固件升级; USB Device:支持 PictBridge 直接打 印及与 PC 连接。 选 择 GPIB 通 讯 模 块 , 串 口 模 块 , Pass/Fail 接口模块 双音信号源 AT801D (1 频率范围 700 MHz ~ 1200MHz 2 信号合成 双频 3 频率精度 ±0.1MHz 4 双音间隔 0.1MHz ~ 99.9MHz 5 双音互调成分 ≤-50dBc ( 输 出 电 平-10dBm, 双 音 间 隔 1MHz) 6 频率稳定度 2 ×10 ppm / 年 幅 度: 7 幅度范围 -10dBm ~ -80dBm(900MHz 校准) 8 输出衰减范围 0~70dB, 步进 1dB 连续可调,(900MHz 校 准) 9 相位噪声 ≤-90dBc / Hz /10KHz 10 谐波抑制度 ≥25dB,杂波抑 制度≥60dB 通用指标: 11 输出阻抗/接头 50Ω N 12 功耗 约 13W 13 工作环境 0℃ ~ +40℃ 14 输入电源 220VAC ±10% 50Hz 15 尺 寸 210*100*330(L*W*H)mm 16 重量 约 2 Kg 附件 17 电源线 1 条 18 适配器 N-BNC 1 个 19 同 轴 电 缆 线 (50Ω 1.5m) 1条 20 使用说明 1 本 1 输出电压/电流 I 路 : 0-30V 0<-3A>? 可从 0~到 标 称 值 连 续 输 出 II 路 : 0-30V 0<-3A>? 可从 0~到标称值连续 调整输出 III 路:5V <3A> 固定输出 ( 通过 串并联按钮 实现串并联 直 流 稳 压 电 APS3003S-3D 源 功能输出 ) 2 源效应 ≤0.2 % +20mV (CV) ≤0.5%+5mA(CC) 3 负载效应 ≤0.1 % +20mV (CV) ≤0.5%+5mA(CC) 4 瞬时负载响应时间 ≤300uS(50%负载变化,最 小负载<0.5A>) 5 纹波与噪声 ≤5mVRMS 5Hz~1MHz(CV) ≤8mVRMS 5Hz~1MHz(CC) 6 温度漂移 ≤0.2 % +10mV (CV) ≤0.5%+10mA(CC) 7 跟踪误差 ≤1 % +10mV (CV)(TM) ≤1%+10mA (CC) (TM) 8 串联调整率 ≤500mV(TM) (CV) ≤500mA(TM)(CC) 9 串并联纹波与噪声 ≤70mVRMS 5Hz~1MHz(TM) 10 输出电流 输 出 电 流 从 0 到标称值之间连续可调 11 电流稳定度 电 源 稳 定 度 ≤0.2%+2mA 负载稳定度≤0.2%+2mA 12 工作电压 220VAC ±10% 50Hz 附 件: 13 电源线 1条 AT3033 射频教学实训系统配件 序号 1 2 3 4 5 名称 SMA-50Ω终端负载 SMA 开路负载 SMA 短路负载 SMA-50JJ 连接器 SMA-50KK-1连接器 单位 只 只 只 只 只 数量 3 1 1 3 2 6 SMB-JJ 连接器 只 9 7 SMA-50KKK 连接器 只 3 8 SMB-C-TKW1.5-3X300电源连接电缆 根 4 9 SFF-1.5-50-1屏蔽线 根 10 10 SYV-50-2-1屏蔽线 根 6 11 BNC-SMA 转换器 只 2 12 同轴衰减器10dB 只 1 13 同轴衰减器20dB 只 1 14 实验参考书 份 1 15 小一字螺丝刀 根 1 选配仪器 网络分析仪 (用途:差损 阻抗 回损 相位测试) 主要功能 1.负载的反射特性测试:测阻抗,测回损,测驻波 2.传输系数测试:测插损,测群时延,测移相器相移与插损 3.增益测试 4.同时测插损与回损 5.时域故障定位 6.打印功能,屏幕打印,曲线打印,数据打印 7.USB 存储功能 8.GPIB 功能选(选件) 9.天线方向图测试功能(选件) AT3022D 、 扫频特性与通道数:30~3200MHz,双通道  数字式跳频:频率精度≤10-4。 2、 测试动态范围:插损 70dB,回损 50dB,增益 30dB 3、 精度与分辨率:  小插损分辨率为 0.01dB; 不确定度在 50dB 内为 0.2dB+(dB 值)的 4%;  小反射分辨率为 0.002;小反射不确定度约 0.01(即剩余驻波 1.02)。 相位分辨率 0.1°,1600MHz 范围内,不确定度约 5°/幅值, 以上为 10°/幅值。 4、 反射电桥定向性: 0.001~120MHz 定向性≥40dB, 30~3200MHz 定向性≥36dB 5、 负载回损≥40dB。 6、 尺寸(宽×高×深)mm:430×133×450 重量: 约 13Kg 7、 电源: 50Hz 交流,220V,0.2A,保险丝 1A 8、 校准套件:SMA AT-RF3033 射频教学实训系统可做的实验项目 实验名称 实验目的 实验一 压控振荡器(VCO) 实验二 混频器 实验三 环行器 实验四 定向耦合器 实验五 匹配负载 实验六 失配负载 ·掌握压控振荡器的工作原理,了解其性能指标 ·学会用频谱仪对压控振荡器的性能指标进行测试 ·了解混频器的工作原理及主要特性 ·掌握混频器测试的原理 ·学习使用频谱仪进行混频器测试 ·了解环行器的基本原理 ·了解将环行器的应用 ·学习利用频谱分析仪进行环行器的测试 ·掌握定向耦合的原理及基本方法 ·学会用频谱分析仪器测量定向耦合器的参数 ·掌握阻抗匹配的原理和方法 ·学习阻抗匹配技术 ·失配负载的测量与匹配负载测量方法相同,只是电压驻波比较大 实验七 衰减器 实验八 功率分配器 实验九 混合环 实验十 PIN RF 开关 ·学会用频谱分析仪测量功率衰减器的各项参数 ·了解衰减器结构特点,设计方法 ·了解功率分配器的结构原理,频率特性 ·掌握功率分配器参数测试原理 ·学会使用频谱仪完成功率分配器的测试 ·了解混合环的结构原理,频率特性 ·掌握混合环参数测量方法 ·熟悉混合环各端口之间相互关系 ·了解 PIN 开关的基本原理 ·掌握了解 PIN 开关的使用 实验十一 滤波器四种(LPF、HPF、BPF、 BSF) ·了解不同类型的滤波器和它的频谱特性 ·掌握滤波器测试的原理 ·学会使用频谱仪来完成滤波器的测试 ·学会使用频谱仪的测试结果提取滤波器主要参数 实验十二 ·圆形谐振腔输出电平与频率的关系曲线 圆形谐振腔 实验十三 分支耦合器 实验十四 放大器 实验十五 测量线 ·谐振频率,插入损耗 L,带宽等参数 ·掌握分支耦合器的测量方法 ·了解分支耦合器的原理 ·掌握射频放大器的基本原理和设计方法 ·利用实验模块实际测量,了解放大器的特性 ·学会用频谱仪的测试结果提取放大器的主要参数 ·了解基本的传输线,微带线和特性 ·熟悉 AT-RF3030射频教学实训系统的基本构成和功能 ·利用实验模块实际测量微带线的特性 整体报价:88400 产品分项报价: AT3030 AT6030DM AT801D APS3005S-3D ADS1102CAL 选配仪器报价 AT3022D 29800 49800 4800 1200 2800 72000 13000 33000 2800 600 1800 实验举例 混频器 1、将混频器模块按下图 2 连接 AT6030D IN 信号源 混频器 本振 图2 2、调节信号频率 RF 和本振频率 LO(200MHz-3000MHz),本振频率 LO 功率≥ 10mW,观察中频 IF 的输出信号在 AT6030D 频谱仪上所显示频谱,读出 IF 的输出 信号的频率(200-1000MHz)和功率值。fIF=fRF-fLo,混频损耗 L≤10dB。 图 2.1 混频器 RF 输入 环行器 图 2.2 混频器 IF 输出(fLO=2.0G) 1、将环行器模块按下图 3 连接 AT6030D OUT IN 环行器 终端 图3 2、调节 AT6030D 频谱仪的中心频率 f0=1700HMz,SPEN 为 1000MHz,观察 AT6030D 频谱仪的频谱,测量插入损耗 L≤3dB 时的频率值(F=1500-2000MHz)。 3、将环行器模块 2 端口与 3 端口对换连接,3 端口损耗 L≥20dB, 即为 3 端口对 1 端口隔离度 I。 4、将环行器模块 1 端口与 2 端口对换连接,即 2 端口输入,3 端口输出,1 端口接终端,重复步骤 2,测量插入损耗 L≤3dB 时的频率值。 5、将环行器模块 3 端口与 1 端口对换连接,即 2 端口输入,1 端口输出, 重复步骤 3,测量 1 端口损耗 L≥20dB,即为 1 端口对 2 端口输入的隔离度 I。 6、将环行器模块 2 端口与 3 端口对换连接,即 3 端口输入,1 端口输出,2 端口接终端,重复步骤 2,测量插入损耗 L≤3dB 时的频率值。 7、将环行器模块 1 端口与 2 端口对换连接,即 3 端口输入,2 端口输出, 重复步骤 3,测量 2 端口损耗 L≥20dB,即为 2 端口对 3 端口输入的隔离度 I。 图 3.1 1 端口输入 2 端口的插入损耗 图 3.2 1 端口输入 3 端口的插入损耗

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