射頻（微波）電路是構(gòu)成通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和微波應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的關(guān)鍵部件。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各種電路的原理日趨成熟，結(jié)構(gòu)形式多樣，現(xiàn)如今，發(fā)展迅速的通訊微波產(chǎn)業(yè)都需要射頻人才的支持，所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)于微波毫米波專業(yè)的我們來(lái)說(shuō)，有很重要的學(xué)習(xí)實(shí)踐意義。
二、系統(tǒng)介紹
本無(wú)線影音傳輸系統(tǒng)的發(fā)射部分如圖1 所示，接收部分如圖2所示：
系統(tǒng)由攝影機(jī)、影音電視調(diào)制器、上變頻器、本振、帶通濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、下變頻器、中頻放大器等構(gòu)成。工作原理很簡(jiǎn)單，先利用攝影機(jī)將聲音和影像等訊號(hào)接收，經(jīng)過(guò)調(diào)制器調(diào)至成載波61.25MHz的第三頻道訊號(hào)，即中頻信號(hào)，接著將中頻信號(hào)由變頻器與頻率為853.75MHz的本振訊號(hào)混頻，得到915MH的上射頻和 792.5MHz的下射頻，記過(guò)帶通濾波器，將下射頻濾除，最后經(jīng)過(guò)功率放大器將上射頻信號(hào)的功率進(jìn)行放大，由頻帶為 915MHz的微帶片型天線把信號(hào)輻射到空氣中，至此完成傳輸系統(tǒng)的訊號(hào)發(fā)射。接收部分的操作原理是由發(fā)射頻率為915MHz的天線將信號(hào)接收到低噪聲放大器，經(jīng)過(guò)放大器把微弱信號(hào)進(jìn)行功率放大，之后由降頻器與本振混頻得到中頻信號(hào)，最后由中頻放大器放大送往電視機(jī)顯示信息，至此完成傳輸系統(tǒng)的信號(hào)收發(fā)。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M特性測(cè)量
1.實(shí)驗(yàn)一：OPEN/SHORT/THRU 校正器
a.模組編號(hào)：RF2KM1-1A（OPEN/SHORT/THRU）
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱 | 說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD-1A | OPEN | 開(kāi)路傳輸線 | 300～500MHz | Return Loss:0±5dB |
| MOD-1B | SHORT | 短路傳輸線 | 300～500MHz | Return Loss:0±5dB |
| MOD-1C | THRU | 50Ω微帶線 | 300～500MHz | Return Loss≤-8dB Insertion Loss: 0±2dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD-1A的S11曲線圖 MOD-1B的S11曲線圖
MOD-1C的S11曲線圖 MOD-1C的S21曲線圖
2.實(shí)驗(yàn)二：π型、T型阻抗匹配器
a.模組編號(hào)：RF2KM2-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD-2A | Π型阻抗轉(zhuǎn)換器 | 400±10MHz | Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB |
| MOD-2B | T型阻抗轉(zhuǎn)換器 | 400±10MHz | Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD-2A的S11曲線圖 MOD-2A的S21曲線圖
MOD-2B的S11曲線圖 MOD-2B的S21曲線圖
3.實(shí)驗(yàn)三：π型、T型功率衰減器
a.模組編號(hào)：RF2KM3-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD-3A | π型功率衰減器 | 300～500MHz | Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB |
| MOD-3B | T型功率衰減器 | 300～500MHz | Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD-3A的S11曲線圖 MOD-3A的S21曲線圖
MOD-3B的S11曲線圖 MOD-3B的S21曲線圖
4.實(shí)驗(yàn)四：電阻式功率分接器
a.模組編號(hào)：RF2KM4-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD4-1A | 電阻式功率分接器 | 300～500MHz | Return Loss≤-8dB Insertion Loss: -6±2dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD4-1A之P1端子S11曲線圖 MOD4-1A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD4-1A之P1及P3端子的S21曲線圖
5.實(shí)驗(yàn)五：威爾金森功率分接器
a.模組編號(hào)：RF2KM4-2A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD4-2A | 威爾金森型功率分接器 | 750±50MHz | Return Loss≤-4dB Insertion Loss: -3±2dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD4-2A之P1端子的S11曲線圖 MOD4-2A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD4-2A之P1及P3端子的S21曲線圖
6.實(shí)驗(yàn)六：L-C方向耦合器
a.模組編號(hào)：RF2KM5-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD5-1A | L-C方向耦合器 | 400±20MHz | Return Loss≤-6dB Transmission: 0±2dB Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD5-1A之P1端子的S11曲線圖 MOD5-1A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD5-1A之P1及P3端子的S21曲線圖 MOD5-1A之P1及P4端子的S21曲線圖
7.實(shí)驗(yàn)七：平行微帶線方向耦合器
a.模組編號(hào)：RF2KM5-2A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD5-2A | 平行微帶線方向耦合器 | 750±50MHz | Return Loss≤-5dB Transmission: ≥-1.5dB Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD5-2A之P1端子的S11曲線圖 MOD502A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD5-2A之P1及P3端子的S21曲線圖 MOD5-2A之P1及P4端子的S21曲線圖
8.實(shí)驗(yàn)八：低通、帶通濾波器
a.模組編號(hào)：RF2KM6-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 頻率適用范圍 | 主要特性 |
| MOD6-1A | 低通濾波器 | 50MHz | Return Loss≤-15dB Insertion Loss≥-2dB |
| 100MHz | Insertion Loss≤-15dB | ||
| MOD6-1B | 帶通濾波器 | 750±50MHz | Return Loss≤-10dB Insertion Loss≥-3dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD6-1A之P1端子的S11曲線圖 MOD6-1A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD6-1B之P3端子的S11曲線圖 MOD6-1B之P3及P4端子的S21曲線圖
9.實(shí)驗(yàn)九：MMIC/BJT放大器a.模組編號(hào)：RF2KM7-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD-7A | 單晶微波積體放大電路 | 908～920 MHz | Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB |
| MOD-7B | 射頻電晶體放大電路 | 908～920 MHz | Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB |
c.測(cè)試結(jié)果圖
MOD-7A之P1端子的S11曲線圖 MOD-7A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD-7B之P3端子的S11曲線圖 MOD-7B之P3及P4端子的S21曲線圖
10.實(shí)驗(yàn)十：L-C振蕩器
a.模組編號(hào)：RF2KM8-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 頻率適用范圍 | 主要特性 |
| MOD-8 | 射頻電晶體振蕩器 | 400～500 MHz | Output Power≥5dBm |
c.測(cè)試結(jié)果：
記錄所測(cè)量頻率值423.7MHz
11.實(shí)驗(yàn)十一：壓控振蕩器
a.模組編號(hào)：RF2KM9-1A
b.模組內(nèi)容：
| 代號(hào) | 名稱/說(shuō)明 | 適用頻率范圍 | 主要特性 |
| MOD-9 | 壓控振蕩器 | 600～900 MHz | Output Power≥5dBm |
c.測(cè)試結(jié)果：
最大值：1372MHz；最小值：831MHZ
四、仿真設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)任務(wù)
A．利用ADS仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)LN_Amp（低噪聲放大器），并進(jìn)行優(yōu)化，得到仿真電路原理圖和S參數(shù)結(jié)果圖；
B．中心頻率為915MHz；
C．選用的晶體管為AT41511_19950125。
2.設(shè)計(jì)過(guò)程
（1）晶體管直流工作點(diǎn)掃描
原理圖以及掃描結(jié)果圖
（2）晶體管S參數(shù)掃描
原理圖及掃描結(jié)果圖
（3）SP模型輸入阻抗
由掃描結(jié)果可知，當(dāng)freq=915MHz時(shí)，SP模型的輸入阻抗為18.144-j3.745.
（4）輸入匹配設(shè)計(jì)
原理圖
輸入匹配子原理圖
加入匹配后S參數(shù)結(jié)果 m1標(biāo)記為915MHz
（5）輸出匹配設(shè)計(jì)
微帶線計(jì)算得知，當(dāng)前狀況下微帶線的寬度為1.521mm。
優(yōu)化電路圖
優(yōu)化結(jié)果圖
從優(yōu)化結(jié)果中可以看出，輸入輸出匹配設(shè)計(jì)在freq=915MHz處符合要求。（6）放大器穩(wěn)定性分析
原理圖
穩(wěn)定性系數(shù)曲線，在freq=915MHz處，穩(wěn)定性大于1。
（7）駐波比測(cè)量
原理圖及輸入輸出駐波比結(jié)果圖
（8）偏置網(wǎng)絡(luò)計(jì)算
原理圖
偏置網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)果
（9）完成設(shè)計(jì)
完成的原理圖
五、結(jié)果分析與心得體會(huì)
因?yàn)槭堑谝淮螌W(xué)習(xí)使用ADS，對(duì)其使用并不是熟練，在仿真過(guò)程中，出現(xiàn)很多問(wèn)題和仿真語(yǔ)法錯(cuò)誤，自己也是積極查找相關(guān)的資料解決問(wèn)題，完成了LN Amp電路仿真過(guò)程。在前期的射頻訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，按時(shí)完成了各個(gè)通信模塊的測(cè)試任務(wù)，最后的完整組裝收發(fā)系統(tǒng)，也加深了對(duì)通信系統(tǒng)的了解。組裝期間儀器出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確得到圖像傳輸。感謝學(xué)長(zhǎng)幫助，解決了部分測(cè)試問(wèn)題。測(cè)試期間正好是考研沖刺最后一周，同組五位同學(xué)只來(lái)了三位。大家互相幫助，一起努力，完成了這次模塊測(cè)試。
我設(shè)計(jì)的部分是低噪聲放大器電路，使用ADS進(jìn)行仿真，選用的晶體管是AT41511_19950125，匹配電路用微帶線，中心頻率為freq=915MHz。在進(jìn)行完優(yōu)化后，輸入輸出匹配設(shè)計(jì)符合要求，輸入輸出駐波比也符合要求。但是加入偏置電路以后，輸入端性能顯示電路變差很多，輸出結(jié)果卻符合要求。經(jīng)過(guò)分析可知，可能是因?yàn)槠秒娐吩O(shè)計(jì)不合理。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，需要有步驟，有耐心。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步理解了所學(xué)的知識(shí)，也學(xué)會(huì)了使用ADS，收獲很多。
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