射频通讯实验室.docx

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射频通讯实验室

射频通讯实验室

规

划

方

案

2008年10月

射频通讯实验室建设方案

一、建设思想

引入RF-2000这套射频通讯训练系统的意义，就在于让学生在学习完高等数学、电磁场后能进一步延伸到射频领域，让学生不仅学到理论知识，而且还能有实际动手操作的机会，去培养并累积射频电路的经验，RF2000有12个课程单元介绍基础理论及设计方法；15个实验模块让学生了解各个电路模块的特性，RF2000最大的用途是在让学生了解完这些验证性的测量后，在老师的协助下，发挥创意、设计模块、组成系统（AV-RF），来达到训练动手能力的目的。

因此，RF2000非常适合学生做课程设计和毕业设计。

茂迪会全力支持******大学射频实验室的建设，在实验设备、教学教案、课程单元参考、学生实验动手等多方面与校方积极合作，共同为中国高校实验教育贡献力量！

二、建设理由

1、工作任务对该仪器设备需要的必要性、紧迫性。

******大学是教育部直属的国家“211工程”重点大学。

学校致力*********************高层次人才培养和科学研究，是一所文、工、艺、管、理、经、法、教多学科协调发展，以******为特色的综合性大学。

学校多层次、多规格、多样化、开放式的办学特色；多学科兼容，相互交叉渗透充分体现综合优势的学科特色；重视培养学生综合素质和职业道德，坚持理论与实践相结合、传授知识与培养能力相结合的育人特色。

2、社会、学校对该设备仪器需要的必要性、紧迫性。

射频现在在产业上应用广泛，射频人才需求旺盛，而懂理论又富有动手能力的射频毕业生在社会上更是供不应求。

射频实验课程的开设已经成为大势所趋，也是社会、产业对高校教育提出的要求。

引进RF2000射频训练系统可以极大的提高学校学生的素质尤其是丰富他们的实践经验，提高他们的动手能力。

从而达到当今社会对高校的最大要求――高就业率。

综合以上原因，建设射频实验室的实验设备规划方案如下：

二，实验室设备规划如下：

射

频

通

讯

训

练

系

统

设备名称

型号

技术要求

数量

单价

美金

单价

人民币

金额

美金

金额

人民币

射频通讯训练系统主机

RF-

2000

主机

1、S11、S21输出测量，具有简易网络分析仪功能。

2、透过计算机可观测电路

在不同频段的S11、S21，。

3、内建游标可指出某频点的S11、S21值。

4，50db测量范围

（-40~10db）

5、50MHz～1000MHz信号发生器并带扫频功能。

6,扫频/点频输出切换功能

7、2GHz带宽频率计。

8、1GHz带宽功率计。

9，两组信号（CW1/CW2）同时输出

10，Up/Down设定

11，液晶显示

12，RS-232接口

射频通讯训练系统模块

RF-

2000模块（15个）

1.传输线（开路线/短路线/匹配校正器）

2.T型/∏型阻抗匹配器

3.电阻式功率分接器

4.T型/∏型功率衰减器

5.L-C耦合器

6.RF功率放大器

7.带通滤波器

8.低噪声放大器

9.发送端振荡器锁相

10.接收端振荡器锁相

11.升频器

12降频器

13.中频放大器模块

14.900MHz微带发射天线

15.900MHz微带接收天线

（上述电路模块可完成单元电路验证实验）

无线影音发射接收系统

AV-

RF

（传输距离大于1米）

AV摄像头、AVTOTV模块、LCD电视,RF功率放大器，RF带通滤波器，RF低噪声放大器，发送端振荡器，接收端振荡器，升频器，降频器，中频放大器，可构成图像传输系统,可进行声音，图像传输系统实验

射频教学辅助软件

主机使用软件：

RF-2000，测试软件：

Scope2000，

电路设计软件MathCAD，匹配电路设计软件WinSmith，

仿真软件Ansoft（学生版）

免费

赠送

免费

赠送

免费

赠送

免费

赠送

射频电路套件

（散件）

用于进行二次开发实验

10个模组的散件包括：

RF功率放大器模块、RF带通滤波器模块、RF低噪声放大器模块、发射端振荡器模块、接收端振荡器模块、升频器模块、降频器模块、中频放大器模块、发射天线、接收天线

（用于进行二次开发实验）

射频实验教材

中文教师/学生实验手册各一本

中文实验使用手册

免费

赠送

免费

赠送

免费

赠送

免费

赠送

合计：

注:

采用美元操作,由于学校有免税指标,将可以避免增值税和关税;比直接用人民币操作将节省25%左右的费用;

三、赠送软件：

软体名称

型号

数量

功能介绍

免费

赠送

主机使用软件

RF-2000

透过此软体可以直观了解各模块测试方法，步骤及测试结果

免费

赠送

测试软件

Scope

网络分析仪视窗软体，可直观观察S11，S21曲线图

免费

赠送

电路设计软件

MathCAD

射频电路设计软体

免费

赠送

匹配电路设计软件

WinSmith

匹配电路设计软件

免费

赠送

仿真软件

Ansoft（学生版）

射频电路仿真软体

免费

赠送

四、主机主要技术参数

一、RF-2000射频电路通讯教学系统包括主机、RF-2000软件、教材、实验指导书及实验模块等五部分。

其中主机功能涵盖：

1.测量S11、S21，具有简易网络分析仪功能。

2.透过计算机可观测电路在不同频段的S11、S21，。

3.内建游标可指出某频点的S11、S21值，具简易频谱分析功能。

4.50MHz～1000MHz信号发生器并带扫频功能。

5.2GHz频率计。

6.1GHz频率计。

*

（一）．教学主机规格：

扫频／定点频率输出（50~1000MHz），分四个频带：

（CW1端）

频带1：

50~110MHz，step0.5MHz，输出功率：

－20±2dBm；

频带2：

140~300MHz，step1MHz，输出功率：

－20±2dBm；

频带3：

300~540MHz，step2MHz，输出功率：

－20±3dBm；

频带4：

600~1000MHz，step2.5MHz，输出功率：

－20±4dBm；

频率分辨率：

4位

输出阻抗：

50Ω

RF－IN端口：

频率量程：

50~1000MHz

输入功率量程：

0~50dBm

输入阻抗：

50Ω

定点频率输出端口：

分四个频带：

（CW2端）

频带1：

50~110MHz，step0.5MHz，输出功率：

>－15dBm；

频带2：

140~300MHz，step1MHz，输出功率：

>－15dBm；

频带3：

300~540MHz，step2MHz，输出功率：

>－15dBm；

频带4：

600~1000MHz，step2.5MHz，输出功率：

>－15dBm；

频率分辨率：

4位

输出阻抗：

50Ω

游标：

上升／下降间隔：

频带1：

0.5MHz；频带2：

1MHz；

频带3：

2MHz；频带4：

2.5MHz

频率计：

量程：

50~2000MHz

灵敏度：

－10dBm@50~100MHz；其他两点：

－20dBm

输入阻抗：

50Ω

功率计：

频率量程：

50~1000MHz

电平量程：

0~－50dBm（最大误差±2dBm）

输入阻抗：

50Ω

直流12V输出端口：

输出电压：

12±1Vdc

输出电流：

0.2Amax

测量能力：

操作模式

频带1

频带2

频带3

频带4

S11模式

0~－25dB

0~－20dB

0~－20dB

0~－10dB

S21模式

＋10~－35dB

＋10~－40dB

＋10~－40dB

＋10~－35dB

扫频模式

可设定每个频带内的扫频起始、终止频率

CW1模式

可以UP及DOWN键设定测量用的输出定点频率

CW2模式

可以UP及DOWN键设定输出定点频率

RS－232接口可在计算机上显示测量S11／S21的幅－频分析，并将结果打印出报表。

五、无线发射接收系统，进行图像传输系统实验：

AV-RF

为提高学生学习兴趣，茂迪公司RF2000架构下增加AV-RF无线发射、接收系统，让学生学习完射频基础课程后，能了解所学何用。

并对发射机、接收机各线路环节的信号进行测量。

本系统主要特点如下：

（1）发射和接收天线之间距离大于1米，可清晰传输声音和彩色图像信号

（2）解决枯燥乏味的学习过程

（3）透过直观的系统实验让学生了解所学何用

（4）让学生获得成就感、培养自信

六、射频散件进行二次开发实验，增强学生动手能力（模块制作）

针对目前学生射频实验验证性实验居多，茂迪公司开发了增强学生动手能力的模块的制作。

更甚者，学生在动手能力的训练中，将设计成果用RF2000主机测量后，将此系统模块与学生设计的模块互换，用最直观的方式来验证学习成果，让学生获得成就感、累积在射频电路方面的经验并培养自信，为社会造就射频电路的人才！

为解决学生在实际动手制作模块过程中配件无法购买的困难，茂迪公司特意提供制作射频电路所需的射频元器件，屏蔽盒及帮助老师雕刻电路板。

七、售后服务

茂迪公司提供以下规则的售后服务体系：

1，质量保证期五年，质量保证期内产品实行免费维修制度；

2，终身维修；

3，免费提供不少于15个课时的相关技术培训；

八、成功经验：

茂迪公司针对学校实验教学在2000年全球第一家开发出了射频教学系统RF2000。

到目前已先后有：

复旦大学，西安电子科技大学、重庆大学、哈尔滨工业大学、云南大学，北京大学、武汉大学、浙江大学宁波理工学院、浙江传媒学院、宁波大学等全国共八十多所院校购买。

茂迪公司通过和这些院校的使用老师沟通和合作，不断完善产品和增加服务，使其更加适应学校的教学，得到了客户的一致认可和好评。

九、实验单元测试项目

1.　　传输线理论

OPEN/SHORT/THRU测量

50Ω微带线测量

2.　　匹配理论

L型匹配（L-C电路）测量

∏型匹配（微带线电路）测量

3.　　功率衰减器

电阻型衰减器测量

4.　　功率分接器

电阻型分接器测量

Wilkinson分接器测量

5.　　定向耦合器

L-C型耦合器测量

微带线型耦合器测量

6.　　滤波器

L-C型低通滤波器测量

L-C型带通滤波器测量

微带线型带通滤波器测量

7.　　射频放大器

BJT放大器测量

MMIC放大器测量

8.　　射频振荡器

L-C型振荡器测量

微带线型振荡器测量

9.　　压控振荡器锁相电路

压控振荡器测量

10.　天线

微带天线测量

11.　射频前端发射机

发射机的原理

发射机的重要设计参数

12．射频接收机

接收机的原理

接收机的重要设计参数

十、各实验课程内容介绍：

主题一·传输线理论（TransmissionLineTheory）

（一）、教学实验目的

1.了解基本传输线、微带线（Microstrip）及史密斯圆图（SmithChart）的成因与特性。

2.利用实验模块实际测量以了解传输线在行波、驻波下的S11、S21特性。

3.了解微带线结构及其相关设计参数。

（二）、理论分析

1.基本传输线理论：

由传输线方程式推导出特性阻抗通式并说明传输系数r的意义。

2.负载传输线：

说明有耗线及无耗线的电压反射系数Г。

（VoltageReflectionCoefficient）、电压驻波比（VSWR）及回波损耗RL（ReturnLoss）的关系，并在无耗线中讨论传输线长度L与输入阻抗Zin的关系（尤其当L＝∞，1/2波长、1/4波长时）。

3.说明史密斯圆图的意义及讨论无耗线长度为o及d时的史密斯圆图。

4.介绍微带线的相关各项参数。

（三）、设计实例

加深学员对负载为50Ω的无耗线特性如反射系数Г，反射损耗RL，电压驻波比，输入阻抗Zin及输入反射系数Гin的印象，并了解如何利用微带线设计传输线。

（四）、实验步骤并记录

（五）、问题与讨论

主题二·匹配理论（MatachingTheory）

（一）、教学实验目的

1.启发学员了解“阻抗匹配”的重要性。

2.让学员了解“阻抗变换器”的设计方法及步骤。

3.利用实验模块实际测量以了解阻抗变换器的S11、S21特性。

（二）理论分析

1.基本阻抗匹配理论的介绍。

2.介绍无源器件型（LumpedDeviceType）如L型、T型、π型等阻抗变换器的设计方法及步骤。

（三）、设计实例

举50Ω～75Ω的T型阻抗变换器设计为例，加深学员对设计阻抗转换器的认知。

（四）、实验步骤并记录（附π型及T型阻抗匹配器实验模块）。

五、问题与讨论

主题三·功率衰减器（PowerAttenuator）

（一）、教学实验目的

1．了解“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“功率衰减器”的S11、S21特性。

（二）、验理论分析

1.说明功率衰减器的原理。

2.介绍固定型功率衰减器（同阻抗，异阻抗式）的设计方法（含T型、π型）

（三）、设计实例

加深学员了解T、π型的同阻抗，异阻抗型功率衰减器的设计。

四、实验步骤并记录（附π型及T型功率衰减器实验模块）

五、问题与讨论

主题四·功率分配器（PowerDivider）

一、教学实验目的

1.了解“功率分配器”的原理及基本设计方法。

2.利用实验模块实际测量，以实际了解“功率分配器”的特性。

二、实验理论分析

1.让学员了解功率分配器的原理及分类。

2.说明各种等分型及比例型功率分配器的结构及其相关参数的意义，并介绍威尔金斯型及L－C式功分器的设计过程。

包括：

⑴等分型

a.电阻式：

依结构又分成Δ型及Y型。

b.L－C式：

依结构又分成低通型及高通型。

c.传输线式：

依结构又分成威尔金斯型（WilkinsonPattern）、分支线型（Branch-LinePattern）

⑵比例型

说明比例型功率分接器中分支线型及威尔金斯耦合线型的结构及设计公式。

三、实验步骤及记录（附电阻式及威尔金斯型功率分接器实验模块）

四、问题与讨论

主题五·定向耦合器（DirectionalCoupler）

一、教学实验目的

1.让学员了解“定向耦合器”的原理及基本设计方法。

2.利用实验模块实际测量以了解“定向耦合器”的特性。

3.启发学员了解对定向耦合器的应用。

二、实验理论分析

1.定义说明定向耦合器中传输系数、耦合系数、隔离度及方向性的意义。

2.让学员了解分支线型（Branch-LineCoupler）：

说明像低通L－C式，高通L－C式及传输线式等分支线型定向耦合器的结构及设计步骤。

3.平行线型（Parallel-LineCoupler）：

介绍如何以微带线方式来设计平行线型定向耦合器。

三、设计实例

加强学员对设计分支线型及平行线型定向耦合器的设计实作能力。

四、实验步骤及记录（附L－C分支线型定向耦合器及平行线型定向耦合器实验模块）

五.、问题与讨论

主题六·滤波器（Filter）

一、学实验目的

1让学员了解“低通滤波器”及“带通滤波器”的原理及基本设计方法。

2利用实验模块实际测量以了解“滤波器”频率响应曲线及S参数等特性。

3让学员了解同级数的巴特渥兹（Butterworth）及切比雪夫（Tchebyshev）在通带内及截带处的比较及不同级数的契比雪夫滤波器频率响应图。

二、实验理论分析

1.分别依信号被滤掉的频率范围，原型的频率响应及使用元件型态来分类并说明各种滤波器的特性。

2.以巴特渥兹型及切比雪夫I型为例，分别比较其频率响应及介绍如何设计该类型的低通及带通滤波器。

三、设计实例

加强学员对切比雪夫型1dB纹波LC低通滤波器及0.1dB纹波带通滤波器的设计实作能力。

四、实验步骤并记录（附低通滤波器及带通滤波器实验模块）

五、问题与讨论

主题七·放大器设计（AmplifierDesign）

一、教学实验目的

1.了解“射频放大器”的基本原理及设计方法。

2.利用实验模块实际测量使学员了解“放大器”的特性。

二、实验理论分析

1.介绍射频三极管放大器的结构及组成要件，并以S参数为设计考量。

就小信号放大器的“单边匹配放大器设计（LinilateralS12＝0）”及“双边匹配放大器设计（BilaternalS12≠0）”来说明射频放大器的基本理论及设计方法。

2.介绍评量因子M之定义，并由M值来决定是否可使用单迅匹配放大器设计。

3.为避免在设计放大器电路时产生振荡，分别以无条件稳定及有条件稳定来探讨如何避开不稳定区域。

4.介绍放大器的设计步骤。

三、设计实例

让学员知道如何利用AT41511管来设计900MHz的放大器。

四、实验步骤并记录（附MMIC及BJT放大器实验模块）

五、问题与讨论

主题八·振荡器设计（OscillatorDesign）

一、教学实验目的

1了解“射频振荡器”的基本原理及设计方法。

2利用实验模块实际测量以了解“振荡器”的特性。

二、实验理论分析

1.说明射频三极管振荡器的结构及组成要件。

2.介绍一般振荡器电路可以稳定振荡的条件。

3.利用S参数，介绍振荡器的设计步骤及设计时须注意的事项。

三、设计实例

让学员加强对AT41511管的了解并利用它来设计振荡器。

四、实验步骤并记录（附LC振荡器实验模块）

五、问题与讨论

主题九·压控振荡器（Voltage-ControlledOscillatorDesign）

一、教学实验目的

1让学员了解“变容二极管”的基本原理与“压控振荡器”的设计方法。

2利用实验模块实际测量使学员了解“压控振荡器”的特性。

二、实验理论分析

介绍变容二极管的电特性：

1分别介绍“梯度接面型（GradedJunction），”“陡峭接面型（AbruptJunction）”及“超陡峭接面型（HyperAbruptJunction）等三类变容二极管，并说明其差异及应用。

2介绍电容值与偏压的关系式、电容值变率（CapacitanceRatio）的意义及变容二极管简化等效电路的Q值算法。

3以西门子所生产的变容二极管为例，介绍其电特性。

4利用主题八所描述“振荡器”中的“共振电路”以变容二极管取代部分电容来介绍压控振荡器的设计方法与步骤，并注明在各设计步骤中应注意的事项。

三、设计实例

让学员了解如何实际去设计一个0～20V，输出频率范围为200～400MHz的压控振荡器。

四、实验步骤并记录（附压控振荡器实验模块）

五、问题与讨论

主题十·微带天线（MicrostripAntenna）

一、教学实验目的

1让学员了解“天线”的基本原理及“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。

二、理论分析

天线基本原理

1依天线的形状与结构，介绍各类型天线。

2介绍偶极天线的结构及原理，并图示近场、远场及传递方向，以说明为何天线为何要等于1/2波长才能达到发射、接收的效果。

3以半波偶极天线为例，说明天线的基本原理及主要特性参数。

如天线增益、输入阻抗、辐射阻抗、辐射效率、辐射场型、辐射束角、指向性等。

三、介绍微带天线的设计步骤（须搭配Ansoft设计软件）

四、实验步骤并记录（附发射、接收微带天线实验模块）

五、问题与讨论

主题十一·射频前端发射机（RFFront-endTransmitter）

一、教学实验目的

1了解“射频前端发射器”的基本架构与主要设计参数。

2整合上述各项主题，使学员了解如何应用所学开始系统地组合成“射频前端发射器”

二、基本架构与主要设计参数说明

1.介绍射频前端发射器的基本架构。

2.说明升频混频器的基本原理及电路结构。

3.阐述混频器中如变频损耗或增益、埠端回波损耗或电压

驻波比、埠端隔离度、LO端最低输入功率、镜象频率

抑制率、杂波抑制率、二阶谐波干扰点，三阶谐波干扰等的规格参数。

4.介绍发射器中分贝压缩功率，内调制失真，杂波抑制比，

载波频率稳定度，邻近信道功率及发射启动时间等重要设计参数。

三、实验步骤并记录（附升频模块让学员了解发射机的系统概念）

四、问题与讨论

主题十二·射频前端接收机（RFFront-endReceiver）

一、教学实验目的

1了解“射频前端接收器”的基本电路结构与主要设计参数。

2利用上述主题让学员了解如何系统地组合“射频前端接收器”

二、基本结构说明

1介绍射频前端接收机的电路结构（以单变频结构为例），

2介绍接收灵敏度，并以实例说明如何计算总等效噪声因子。

3介绍接收选择度及相关参数及接收杂波响应，接收二、三谐波干扰点等设计参数及注意事项，并说明各参数内各项指标的定义及计算方式。

三、实验步骤并记录（附降频器模块，让学员了解接收机的系统概念）

四、问题与讨论

为让学生在实验时除了了解老师的授课内容，并能亲自动手上机实习，特编定“射频电路学生实验指导书”，内容包括实验目的，实验设备，理论说明，实验步骤，实验记录，同时还提供问题与讨论，让学生能真正了解射频电路的特性。

而在最后一次实验特地将几个模块组合，成为一套简易的接收系统使学生对各个模块能够通盘了解并应用。

做完了上述的实验为培养学生更进一步的动手能力，茂迪公司还可提供屏蔽盒，特殊元器件，配合高精度雕刻机（或茂迪公司提供已刻好微带线的空板并注明微带线参数及频带范围）让学生充分发挥所学，亲自动手做模块，并利用RF-2000主机来验证理论与实际的差异，以累积学生在射频电路的设计经验。

使学生在走出校门后，成为众多厂家的追求对象，教育英才，于此足矣。

十一、综述

综合以上实验室规划方案，我校建成射频实验室，不仅对于老师的理论教学有很好的辅助作用，同时也提高学生的实际动手能力。

使我校毕业生既懂得射频理论，又有实际设计开发经验。

在目前毕业生普遍就业压力比较大的情况下脱颖而出，成为炙手可热的人才。

学校为企业培养出射频工程师，能够极大的促进企业的发展。

这样，学校就在在完成教书育人，为社会培养人才的同时，扩大了学校的影响力和知名度。

对于学校的招生工作也会是一个良好的促进作用。