实验报告(微波)
实验一 卫星电视接收
实验地点: 实验时间:
一、实验目的
1、了解接收卫星电视的具体方法。
2、学会使用天线好接收机,并掌握天线的调整方法。 3、接收“中星6B ”卫星电视,出现稳定的节目。 二、实验器材
天线、高频头、卫星接收机、电视机、馈线 三、实验过程和原理
1、接收天线的组成与工作原理
天线是收集和处理远处的卫星发出的高频电磁波信号的装置。它的通信器件主要包括反射器、馈源、高频头和馈线。天线是无线电波的输入端口。 机械部件主要包括馈源支撑杆、俯仰角调整机构、方位转动机构和底座等。 2、方位角的计算
从接收点到卫星的视线在接收点的水平面上有一条正投影线,从接收点的正北方向开始,顺时针方向至这条正投影线的角度就是方位角。实际使用时应考虑当地磁偏角数值。计算结果方位角负值为南偏西,正值为南偏东,方位角以正南为0º角边。即实际方位角为:
+ (偏磁角)
——卫星经度(东经) ——建站地经度(东经)
——建站地纬度
3、仰角的计算
从接收点仰望卫星的视线于水平线构成的夹角就是仰角。 即仰角为:
式中:
——地球半径,取值6378km
——同步轨道半径,取值42218km
在计算方位角、仰角之前先从地图上查出本地站址的经度和纬度 4、影响天线效率的主要因素
• 天空噪声:这是由星体中的能量变换和某些大气层活动造成的大宽带辐射 。这种噪声主要通过主瓣输入,与仰角的大小无关。 • 大地噪声:温暖的地面中分子的激发造成的大带宽噪声称为大地噪声 。在高纬度的低仰角中,它对天线噪声的作用最大 。 • 人为噪声:机器和设备发出的噪声也会增大天线噪声。例如汽
δ=tg
-1
cos φxos θ-0. 15101-(cosφcos θ)
车的打火系统、剪草机以及萤光灯的开和关。天空噪声和人为噪声比起噪声的主要成份大地噪声的作用更小。一般来说,在仰角低于30°左右时,天线噪声温度会迅速增加。 5、卫星数据接收机及其主要性能
• 卫星数据接收机,俗称机顶盒,目前没有标准的定义,传统的说法是“置于电视机顶上的盒子”。它是利用卫星通信网络或有线电视网络作为传输平台,利用电视机作为用户终端,提高现有电视机的性能或增加其功能。
r /R =0.
• 接收机基本上可划分为数字电视接收机、网络电视(WebTV )接收机和多媒体(Multimedia )接收机三类。
• 数字电视接收机的主要功能是:将接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号,使用户不用更换电视机就能收看数字电视节目,图像质量接近500线水平 。 6、卫星数据接收机的工作原理
图2-2 卫星数据接收机工作原理示意图
7、天线系统的安装 ①、天线基础
通常情况下,天线安装、固定于专门的基础上,但Ku 波段小天线可装于屋顶、庭院,只要在坚固的水泥地上用膨胀螺栓固定就可以。也可采用焊接钢架并用重物压紧等方法,现场施工时,可根据实际情况加以处理。1.2m 天线的基础,要用1000×1000×200(mm )见方的混凝土基础,重量约400Kg 。 ②、天线安装
天线组装前,先根据装箱清单查点全部零件、标准件的规格、数量。然后,参照天线所附带的安装简图分别进行组装; 1)立柱、底座安装并固定在基础上; 2)安装仰角调节杆与方位套筒后装于立柱上;
3)连接支臂与反射面,然后与方位套筒和仰角调节杆再连接;
4)将馈源支杆、馈源夹、馈源、高频头等装在反射面上; 5)除调整机构部分,其余紧固件锁定牢固。
8、天线与其它设备的连接: ①、与高频头连接
先做好电缆线,把电缆一头接在高频头输出座上,另一头接在卫星电视接收机的射频输入插座上,接头要平稳拧紧,保证芯线接触良好,屏蔽层可靠接地,并用胶条把高频头插座处缠紧,以防雨水浸入。 ②、与卫星接收机、电视机连接
把卫星电视接收机的AV 与电视机的AV 端子对应连好,若老 式电视机无AV 端子,则可用一根射频电缆连至电视机的天线入 口。连接正确后,开机,按照使用说明书操作卫星接收机,查
无误后,设备工作正常,这样便可正式投入使用了。
实验二 CATV 前端组成
实验地点: 实验时间:
一、实验目的
1、了解和认识CATV 前端的类型和组成。 2、学习CATV 的转换。 3、掌握CATV 的组成。 二、实验器材
电视机、VCD 、抛物面天线、场强仪、接收机、分支器、连接线(若干)
三、实验过程和原理
卫星电视接收系统主要由二部分组成,即∶卫星信号接收和前端信号处理。卫星信号接收部分主要有卫星天线、馈源和高频头组成。 卫星天线是接收卫星转发器的电磁波信号,并把该信号反射给馈源。通过馈源把收集到的信号传给高频头,由高频头把变频信号传给前端设备进行信号处理。经低噪声放大,混频以及第一次频放大后高频头输出,30~-20dBW 的中频(970~1470MHz )信号,第一次变频的目的将3.7~4.2GHz 的较高频率信号下变频为0.97~1.47GHz 的较低频率信号,以便于实现稳定的高增益放大,而且在较低频率上将信号用电缆馈送到前端设备进行再次信号处理,信号衰减相对较低。 前端信号处理有五部分组成,第一是功率分配器,第二是卫星接收机,第三是制式转换器,第四是调制器,第五是混合器。 (1)、功率分配器是把输入信号功率等分或不等分成几路信号功率输出,以达到卫星传送同频段内的多套电视节目。
(2)、卫星接收机是把输入信号(920~l470MHz )解调还原成为具有标准接口电平的电视视频和伴音信号。
(3)、制式转换器是将各种制式转换PAL 为制,以适应我国接收设
备的信号接收。
(4)、调制器的主要作用是把卫星接收机还原的音频信号和视频信号调制成为射频信号。
(5)、混合器的主要作用是把调制以后的各路信号混合成一路信号,采用频分复用共缆传输技术一根电缆传输包含不同频率的信号,其目的在于使用户通过调节电视机频率就可以收到卫星电视节目。
CATV 系统的组成
五、实验小结
在此次实验中,遇到了很多问题其中有卫星接收不到信号,但是经过天线的增益与调整后,可以接收到了节目。信号强度低,接收到的节目图像不清晰还有杂音。经过调整信号衰减系数后图像清晰度有所改善,但是声音还是有一点沙。通过此次实验学到了CATV 前端的类型和组成,了解到了交调、互调对信号的接收有一定影响。
实验三 模拟微波电视的传送
实验地点: 实验时间:
一、实验目的
1、了解整个微波通信系统工作的原理和信号流程。 2、了解微波通信系统的组成。
3、完成音频、视频信号的微波传输、接收。 二、实验仪器
VCD (1台)、电视机(1台) 、YM246.3中功率、CIV3168射频频率、场强仪、万用表(1个)邻频调制器、合成器、连接线(若干) 三、实验过程和原理
1、微波有下述几个主要特点
⑴.波长短(1m -0.1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微波波段制成 方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号,从而 确定物体的方位和距离,为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
-9-12
⑵.频率高:微波的电磁振荡周期(10-10s) 很短,已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s) 可以比拟,甚至还小,因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器) 中,而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等) 、微波固体器件和量子器件来代替。另外,微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级,在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重,一般无线电元件如电阻,电容,电感等元件都不再适用,也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等) 来代替。 ⑶.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流,而是研究微波系统中的电磁场,以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
⑷.量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6~10-3eV ,而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科,并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟,原子钟。
⑸.能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层,为卫星通讯,宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。
2、实验步骤
⑴、检查电源是否正常?机箱交流、直流通路是否短路? ⑵、通电,电源指示灯亮。 ⑶、打开信号源(VCD )。
⑷、测中频输出功率、频率,记录所得数据、
⑸、用场强仪测试中频信号的频谱,并观察图像,将记录频谱。
⑹、连接发射机中频信号输出口“IF ”至高频机箱上变频输入口“TEST1”,测经上变频后从“PUTOUT ”出来的已调信号的功率、频率,观察发射机前面液晶显示屏的数据显示。
⑺、接入模拟信道,测量经4米左右的传输线后的功率值,记录所测数据。 ⑻、连接好传输线和衰减器,把经过模拟信道的已调信号送到高频机箱“PUTOUT ”口,经下变频后,从“TEST2”输出,此时的信号为中频,改变模拟信道的衰减器的衰减系数,这时用场强仪测信号的频谱,记录信号的频谱,识别信噪比的好坏,并分析。
⑼、测试完后,连“TEST2”和解调机箱端口“IF ”即把中频信号送入解调机箱进行第二次变频,然后解调出音频、视频信号,从 “A 、V ”口出,送入电视机,完成整个单向传输。
微波传输设备如下:
五、实验中遇到的问题和数据分析
1、用场强仪测试到的频谱如下:
图 2 中频输出信号的频谱图
由图2知信号强度很好,信噪比也很适当,在此衰减系数上进行信号的传输,这样信号比较稳定,视频图像比较清晰,音频声音没有杂音。
2、信号串扰比下降,主要由于频偏加大了,从而调制器和解调器产生的非线性失真也随之增加,导致信号串扰比下降。因此为减小调制器的非线性失真,我们不直接去调制70MHZ 中频,而是把基带信号调至在400MHZ 的频率上。
3、高次谐波对副载波的串扰,解决此串扰可以将视频信号低频分量压缩11dB ,而将高频分量提升2.5 dB,可以减少视频信号中同步信号的高次谐波对副载波的串扰。其中此方法还可以改善基带信号频谱高端的信噪比,以及减轻了系统的微分增益失真和微分的相位失真。 六、实验小结
在此次实验中,我们学到了整个微波通信系统工作的原理和信号流程,了解微波通信系统的组成,完成了音频、视频信号的微波传输、接收。在此过程中出现了很多问题,其中有我们对微波通信系统工作的原理不理解和不熟悉,还有实际动手能力很差,而且不主动不思考问题。但在其中了解到了影响微波传输和接收的主要原因有信号串扰比下降、二次谐波、高次谐波对副载波的串扰等。
实验四 微波工程实验
实验地点: 实验时间:
一、实验目的
1、了解整个微波通信系统工作的原理和信号流程。 2、了解微波通信系统的组成。 3、完成数字信号的微波传输、接收。 4、掌握微波工程实际。 二、实验器材
误码仪、示波器、场强仪、天线、YM246.3中功率、CIV3168射频频率计、万用表(1个) 三、实验内容
1、微波发信通道的组成框图如下:
图1 微波发信设备组成框图
1、 数字微波通信的发信设备包括微波射频部分,中频部分和数字基带部分。其设备的组成如下:
图 2 微波收信设备组成框图 四、实验步骤
1、检查电源是否正常,机箱交流、直流通路是否短路。 2、通电,电源指示灯亮。
3、打开信号源(误码仪),选择HDB3码输出,用示波器观察HDB3输出码型,并记录。
4、把调制机箱“TV/DATA”,同时把HDB3码从机箱2M 口送入。 5、测中频输出功率、频率,记录数据。
6、用场强仪测试中频输出信号的频谱,观察图像,记录频谱。 7、连接发射机中频信号输出口“IF ”至高频机箱上变频输入口“TEST1”,测经上变频后从“PUTOUT ”出来的已调信号的功率、频率。
8、接入模拟信道,测量经20米左右的传输线后的功率值。 9、连接好传输线和衰减器,把经过模拟信道的已调信号送到高频机箱“PUTOUT ”口,经下变频后,从“TEST2”输出,此时的信号频率应为中频,调整模拟信道的衰减器的衰减系数,这时用场强仪测量信号的频谱。记录信号的频谱,认真观察、识别信噪比的好坏,并分析。 10、测试完后,连“TEST2”和解调机箱端口“IF ”,即把中频信号送入解调机箱进行第二次下变频,然后解调出数字信号,从数据口出,用示波器观测眼图。
五、实验中遇到的问题、数据分析
1、在示波器上显示波形在闪动,是由于信号过强和多镜反射的影响等导致的。
2、在示波器上显示一条直线,是以下原因导致: (1)、电源是否正常,没有电源实验无法进行。
(2)、收发变频弄反,收发变频弄反后,会引起收端收不到信号,因此只显示一条直线。
(3)、开关没有就位,有的设备没有打上开关,因此有的设备无法连接上,收端收不到信号,示波器只显示一条直线。 3、其中在示波器观测到的眼图为:
图 3 衰减系数正常时的眼图 4、用场强仪测试到的频谱如下:
图 4 中频输出信号的频谱图
5、在此次实验中,遇到了很多问题有连接线时忘记检测是否导通,忘记测馈电,上下变频器弄反了,天线未对准,还有射频的频率没有调整。 六、实验小结
在此实验中认识到了模拟通信和数字通信的优缺点,数字通信传输速率快且准确。还有当信号衰减到一定程度时,示波器上会出现完整的眼图,完成了字信号的微波传输、接收。在此次过程中学到了很多,比如在收发两端的上下变频器不能弄反,在收端要测试馈电等