北京理工大学微波实验报告——无线通信系统

实验一无线通信系统（图像传输）实验

一、实验目的

1、掌握无线通信（图像传输）收发系统的工作原理；

2、了解各电路模块在系统中的作用。

二、实验内容

a)测试发射机的工作状态；

b)测试接收机的工作状态；

c)测试图像传输系统的工作状态；

d)通过改变系统内部连接方式造成对图像信号质量的影响来了解各电路模块的作用。

三、无线图像传输系统的基本工作原理

发射设备和接收设备是通信设备的重要组成部分。其作用是将已调波经过某些处理（如放大、变频）之后，送给天馈系统，发向对方或转发中继站；接收系统再将空间传播的信号通过天线接收进来，经过某些处理（如放大、变频）之后，送到后级进行解调、编码等。还原出基带信息送给用户终端。为了使发射系统和接收系统同时工作，并且了解各电路模块在系统中的作用，通过实验箱中的天线模块和摄像头及显示器，使得发射和接收系统自闭环，通过图像质量来验证通信系统的工作状态，及各个电路模块的作用和连接变化时对通信或图像质量的影响。

以原理框图为例，简单介绍一下各部分的功能与作用。摄像头采集的信号送入调制器进频率调制，再经过一次变频后、滤波（滤去变频产生的谐波、杂波等）、放大、通过天线发射出去。经过空间传播，接收天线将信号接收进来，再经过低噪声放大、滤波（滤去空间同时接收到的其它杂波）、下变频到480MHz，再经中频滤波，滤去谐波和杂波、经视频解调器，解调后输出到显示器还原图像信号。

四、实验仪器

信号源、频谱分析仪等。

五．测试方法与实验步骤

（一）发射机测试

图1原理框图

基带信号送入调制器，进行调制(调幅或调频等调制),调制后根据频率要求进行上变频,变换到所需微波频率,并应有一定带宽,然后功率放大，通过天线发射或其它方式传播。每次变频后,会相应产生谐波和杂波，一般变频后加响应频段的滤波器,以滤除谐波和杂波。保证发射信号的质量或频率稳定度。另外调制器或变频器本振信号的稳定度也直接影响发射信号的好坏，因而，对本振信号的

质量也有严格的要求。频率稳定度是指：在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值。变频器所需的本振源根据需要可选用VCO、DRO、PLL等。

a)测试发射系统功率：按照图2连接电路。

图 2 发射机框图

设信号源频率为480MHz，信号源输出功率为0dBm。测试发射机输出功率；再逐渐增加信号输入功率，观察发射机输出功率直至达到饱和。

b) 测试发射频率稳定度:以上连接不变，设定信号源频率为480MHz，信号源输出功率仍为0dBm。通过频谱分析仪观察 2.2GHz射频输出信号的相位噪声,分别设置频谱分析仪SPAN为1MHz和100KHz，可分别观察到偏离载频100KHz和10KHz的单边带相位噪声谱密度，判断发射信号的短期频率稳定度。

图3 测试方框图

c)测试发射信号的带外谐波、杂波抑制。以上连接不变，设定信号源频率为480MHz，信号源输出功率仍为0dBm，通过频谱分析仪观察2.2GHz射频输出信号的频谱,设置频谱分析仪SPAN为5GHz，此时观察频谱输出的谐波、杂波等，与主频相比较，其差值为抑制度。

（二）接收机测试

接收系统或接收设备是通信设备的重要组成部分，其作用是：通过天线接收通信对方或经中继转发的射频信号，经过某些处理（如放大、变频）之后，送到后级进行解调、编码等，还原出基带信息送给用户终端。

现代无线接收系统一般都采用超外差式结构。超外差式结构的主要特征是在电路构成上具有变频器和中频放大器。

图4接收机方框图

a)测试接收系统增益：按照图4连接电路，在低噪声放大器输入端连接信号源，中频放大器输出端接频谱分析仪。设定信号源频率为2.2GHz；输出功率为-60dBm。中频放大器输出频率为480MHz，此时频谱分析仪显示幅度与-60dBm差值为接收链路总增益。

b)测试接收机灵敏度：图4连接不变。改变信号源输出功率大小，可从-60dBm继续往小变化，在频谱分析仪上观察输出信号频谱。当频谱分析仪RBW设为10MHz，频谱分析仪显示的频谱与频谱分析

仪基底噪声差值为10dB时，这时信号源输出功率幅度为接收机最小接收灵敏度。

c)测试接收机动态范围：图4连接不变。设定信号源输出功率为接收机最小接收灵敏度，改变信号源输出功率大小，不断增加信号源输出功率，观察输出幅度变化。当输入幅度增加，输出幅度也增加，但增加量小于1 dB时，为接收机线性动态范围；当输入幅度变化，输出幅度不变化时，为接收机动态范围。

d)测试接收机噪声系数:在微波滤波器输入端连接噪声系数测试仪的噪声源,视频放大器输出端接噪声系数测试仪。见图5。应按照仪器使用说明进行被测系统的测试。

图5 接收机噪声测试

（三）系统测试

发射机和接收机结构不变的情况下，接入微波发射、接收天线，再外加摄像头和显示器，即将发射和接收系统通过天线、摄像头、显示器自闭环来测试收/发系统的工作状态。

a)传输图像实验。通过摄像头和显示器验证接收和发射系统的工作状态。发射系统的衰减器的输入端接摄像头；接收系统中频放大器输出端接解调器输入端，解调器输出端接显示器。连接好后，给各电路模块及显示器、摄像头加电，两天线距离40公分左右，并且两只天线的极化方式要一致。这时显示器上应显示有摄像头摄到的图像。

b)收发天线相对位置发生变化，极化状态发生变化，观察图像质量的好坏。通过这个实验可以非常

直观地了解发射和接收的工作状态。

c)调整发射机的系统参数如降低输出功率等，观察图像质量的变化；

d)调整接收机的系统参数如在低噪声电路前加衰减器，观察图像质量的变化，。

六、实验结果

1.发射机测试

(1)输入信号：480MHz，0dBm

(2)输出信号：0.6dBm

图像：

（4）相位噪声

①100KHz的时候

N-A=38dB，C=2.5dB，B=30KHz

N0=N-A+C-10lgB=38+2.5-10lg(3×104)=-4.27dB

②1MHz的时候

N-A=-40dB，C=2.5dB，B=300KHz

N0=N-A+C-10lgB=-40+2.5-10lg(3×105)=-92.27dB

（5）中央滤波器，衰减为2dB

上变频器损耗6dB

射频带通滤波器5~7dB衰减

射频放大器15~16dB递增

求整个电路的增益

-2-6-5+16=3dB

2. 系统测试