微波通信實驗-微波控制電路的設(shè)計與測試

1、電 子 科 技 大 學(xué)學(xué)生姓名： 宮大鵬學(xué) 號： 201222040406指導(dǎo)教師： 張小川課程名稱：微波通信專業(yè)學(xué)位綜合實驗1實 驗 報 告1 / 12電 子 科 技 大 學(xué)實 驗 報 告學(xué)生姓名： 宮大鵬 學(xué) 號： 201222040406 指導(dǎo)教師：張小川實驗地點： 科研樓701 實驗時間：2012.10一、 實驗室名稱：微波通信專業(yè)學(xué)位實驗室二、 實驗項目名稱：微波控制電路的設(shè)計及測試三、 實驗原理：微波控制電路根據(jù)其用途分類，主要包括以下三種情況：（1）微波信號傳輸路徑通斷或轉(zhuǎn)換微波開關(guān)，脈沖調(diào)制器等；（2）控制微波信號的大小電控衰減器，限幅器，幅度調(diào)制器等；（3）控制微波信號的相位

2、數(shù)字移相器，調(diào)相器等?？刂齐娐窂V泛用于微波測量、微波中繼、雷達、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)。本實驗重點講解微波SPST和SPDT的工作原理、設(shè)計及開關(guān)、環(huán)形器、隔離器主要電性能指標(biāo)的測試。衡量開關(guān)的電性能指標(biāo)有：工作頻率范圍，插入損耗，隔離度，功率容量等。具體定義為：1. 工作頻率范圍，指滿足各項指標(biāo)要求的頻率范圍，用起止頻率表示；2. 插入損耗，是開關(guān)導(dǎo)通時傳到負載的實際功率與理想開關(guān)傳到負載的功率之比；3. 隔離度，是開關(guān)斷開時負載上的實際功率與理想開關(guān)傳到負載的功率之比；如果用二端口網(wǎng)絡(luò)參量表征開關(guān)網(wǎng)絡(luò)特性，則開關(guān)的插入損耗和隔離度的定義可用（1-1）式表達 1. 二極管開關(guān)工作原理由二極管實現(xiàn)SP

3、ST分為串聯(lián)型和并聯(lián)型，其原理電路及等效電路如圖3-1所示。在串聯(lián)型電路中，器件呈低阻抗時，對應(yīng)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，信號沿傳輸線傳輸。當(dāng)器件呈高阻抗時，對應(yīng)開關(guān)斷開。在并聯(lián)型電路中，情況正好相反，當(dāng)器件呈高阻時，信號可傳送至負載。器件呈低阻時，電路近似短路，信號幾乎全部反射。單刀雙擲開關(guān)常用于實現(xiàn)共用天線收發(fā)信機中接收支路和發(fā)射支路間的相互轉(zhuǎn)換。與SPST相似，SPDT按PIN管聯(lián)接方式，也可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種電路，電路原理圖如圖3-2所示。以并聯(lián)型電路為例來分析其工作原理。當(dāng)D1導(dǎo)通，D2截止時，由于D1管近似短路，經(jīng)過四分之一波長傳輸線后，相當(dāng)于開路，因此B2為開關(guān)的導(dǎo)通端，B1為隔離端。

4、反之，當(dāng)D2導(dǎo)通，D1截止時，B1為開關(guān)的導(dǎo)通端，B2為隔離端。 （a）串聯(lián)型 （b）并聯(lián)型 （c）串聯(lián)等效電路 （d）并聯(lián)等效電路圖3-1 單刀單擲開關(guān)電路簡化圖圖3-2 單刀雙擲開關(guān)原理電路2. 三極管開關(guān)FET開關(guān)是三端器件，由柵壓控制開關(guān)狀態(tài)，典型開關(guān)特性是負偏壓時，柵偏壓大于截止電壓，對應(yīng)高阻抗?fàn)顟B(tài)；零柵壓時對應(yīng)低阻抗?fàn)顟B(tài)，都處于器件的線性工作區(qū)。不論器件處于導(dǎo)通和截止的哪種狀態(tài)，均不需直流偏置功率，因此可歸入無源部件類。三極管開關(guān)理論分析可利用等效電路，利用微波網(wǎng)絡(luò)知識，具體分析求解開關(guān)的電性能指標(biāo)。若開關(guān)不是點頻工作，需采用微波仿真軟件ADS或Microwave Office等軟

5、件進行仿真。四、 實驗?zāi)康模?. 了解微波控制電路的分類，工作原理及電性能指標(biāo)定義；2. 在掌握微波單刀單擲開關(guān)（SPST）和微波單刀雙擲（SPDT）的設(shè)計方法及仿真軟件的基礎(chǔ)上，實際分別設(shè)計一個SPST和SPDT；3. 掌握微波開關(guān)路主要技術(shù)指標(biāo)如插入損耗，隔離度的測試方法。五、 實驗內(nèi)容：1. 根據(jù)指標(biāo)要求，選用管子，傳輸線類型及基片；2. 在ADS中建立文件名；3. 從元器件面板中調(diào)出MSUB并設(shè)置其參數(shù)；4. 計算50歐姆傳輸線參數(shù)（微帶線指寬度，鰭線縫隙寬度等）；5. 添加PIN開關(guān)模型；6. 設(shè)置開關(guān)電路原理圖，并給出各電路的初始值；7. 在原理圖設(shè)計窗口中選擇“Simulatio

6、n-S_Param”列表,設(shè)置開關(guān)端口，選擇S參數(shù)掃描控件并設(shè)置掃描頻率和步長；8. 進行初始仿真；9. 在數(shù)據(jù)窗口中查看S參數(shù)；10. 設(shè)置優(yōu)化變量及優(yōu)化目標(biāo)，不斷進行優(yōu)化直至達到設(shè)計目標(biāo)。表5-1 實驗室可提供的PIN二極管型號及參數(shù)參數(shù)擊穿電壓VB(V)MIN總電容Ct（pF）MAX正向微分電阻Rf（）MAX反向恢復(fù)之間Trr（ns）MAX耗散功率PD(W)使用頻率外形可替代外形2K63450(IR=1A)0.65VR=20Vf=1MHz1.0IF=100mAf=10KHz100IF=100mAf=10KHz1L-XD88D88*2K4 D200(IR=1A)0.4VR=100Vf=1M

7、Hz)1IF=100mAf=10KHz1IF=10mAIR=100mA0.3P-KuD86D88*D882K626B500(IR=1A)0.5VR=100Vf=1MHz0.7IF=100mAf=10KHz1IF=10mAIR=100mA1D86a六、 實驗器材網(wǎng)絡(luò)分析儀（E5071C）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測試待測件S參數(shù)（包括幅度及相位）；矢量信號源（N5182A）提供微波信號射頻信號分析儀（N9010A）測試微波信號的頻譜及功率大小功率計（N1913A）測試被測微波信號的功率測試系統(tǒng)組成：SPST，SPDT，環(huán)形器和隔離器，四者的主要技術(shù)指標(biāo)是插入損耗，隔離度及端口駐波。SPST和隔離器插入損耗

8、和隔離度的測試有三種方式，如圖4-3，圖4-4，圖4-5所示。當(dāng)將SPDT, 環(huán)形器不需測試的另一端口接匹配負載后，測試方法與SPST相同。網(wǎng)絡(luò)分析儀（E5071C）被測微波無源器件（SPST,隔離器）圖6-1 無源器件插入損耗及回波損耗（駐波）測試框圖矢量信號源（N5182A）被測微波無源器件（SPST,隔離器）射頻信號分析儀（N9010A）圖6-2 無源器件插入損耗測試框圖矢量信號源（N5182A）被測微波無源器件（SPST,隔離器）功率計（N1913A）圖6-3 無源器件插入損耗測試框圖七、 實驗步驟：用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試待測件的插入損耗、隔離度及端口駐波1. 開啟網(wǎng)絡(luò)分析儀，預(yù)熱10-20

9、分鐘；2. 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀，包括測試頻率，功率，測試點數(shù)等；3. 圖4-3中不接待測件，對網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準(zhǔn)；4. 將待測件接入系統(tǒng)，根據(jù)待測件的不同工作狀態(tài)，測試其插入損耗(S21)、隔離度(S21)及端口駐波(S11,S22);5. 記錄數(shù)據(jù)。用射頻信號分析儀測試待測件的插入損耗、隔離度1. 開啟矢量信號源，預(yù)熱10-20分鐘；2. 設(shè)置信號源和網(wǎng)絡(luò)分析儀，包括測試頻率，功率（數(shù)值在器件和射頻信號分析儀能正常工作范圍內(nèi)），開啟射頻信號分析儀；3. 按照圖6-2連接測試系統(tǒng)；4. 記錄測試數(shù)據(jù)，插入損耗，隔離度為射頻信號分析儀與信號源輸入功率之差。用功率計測試待測件的插入損耗、隔離度1. 開

10、啟功率計，預(yù)熱15-30分鐘，開啟矢量信號源，預(yù)熱10-20分鐘；2. 設(shè)置矢量信號源參數(shù)，包括測試頻率，功率（數(shù)值在器件和功率計能正常工作范圍內(nèi)），3. 設(shè)置功率計參數(shù)，包括測試頻率，校準(zhǔn)因子；4. 按照圖4-3連接測試系統(tǒng)；5. 記錄測試數(shù)據(jù)，插入損耗，隔離度為功率計讀數(shù)與信號源輸入功率之差。八、 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：九、 實驗結(jié)論：從實驗結(jié)果中我們可以看出,在中心頻率2GHz,帶寬400MHz的范圍內(nèi)滿足插入損耗小于1dB，隔離度大于15dB;十、 總結(jié)及心得體會：1.實驗過程中，原理學(xué)習(xí)不夠，導(dǎo)致動手能力不足，實驗效果不是太好，不過發(fā)現(xiàn)了一些問題，也學(xué)習(xí)到了相關(guān)儀器的使用，通過動手實驗加深了產(chǎn)生信號源的原理，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)。2.指導(dǎo)老師在整個實驗過程認真講解、悉心指導(dǎo)，幫助我們能夠準(zhǔn)時、正確、安全的完成實驗，特此感謝。十一、 對本實驗過程及方法、手段的改進建議：因為個人能力的差異，而且對于