微波技术与天线

仿真实验报告

姓名：             

学号：             

班级：              

ANSOFT HFSS软件的使用与魔T的仿真

一、实验内容

1、下载并且安装ANSOFT HFSS软件10.0版本；

2、学习使用该软件；

3、仿真魔T；

4、写出仿真使用后的报告。

二、软件介绍与使用

1、Ansoft HFSS设计环境用于元件模型设计有以下特性：

Ø  三维造型

u  基元：长方体；

u  布尔操作：合并、转录；

Ø  激励

u  接口：波端口；

Ø  分析

u  扫描：高频扫描；

Ø  结果

u  笛卡尔测绘；

Ø  场

u  三维场描绘、动画

2、Ansoft HFSS软件设置步骤如下：

²  打开Ansoft HFSS V10.0，点击TOLLS栏进行软件仿真设置；

²  点击Options中的HFSS Options，在General选项卡中将"Use wizards for data input when creating new boundary"和"Duplicate boundaries with geometry"前的复选框打钩，点击OK；

²  点击Options中的3D Modeler Options，在Operation选项卡中将"Automatically cover closed ployline"前的复选框打钩，在Drawing选项卡中将"Edit property of new primitives"前的复选框打钩，点击OK；

三、仿真魔T

1、创建三维模型

²  设置模型单位

点击3D Modeler，选择Units，设置单位为"mm"，点击OK；

²  设置默认材料

在3D Modeler Materials Tollbar中选择材料类型为vacuum；

²  设置第一个模块参数

点击Draw中Box，设置起始坐标为X:-25.0，Y:-10.0，Z:0.0，按下回车，接着输入相对坐标dX：50.0，dY：20.0，dZ：75.0，按下回车，按快捷键Ctrl+D，使模块以适当大小显示在屏幕内；

²  设置波端口激励

点击Edit栏Select中Faces，选择模块的顶面（Z=75.0），点击HFSS栏 Excitations=>Assign中的Wave Port，打开Wave Port对话框，输入名称为 p1，Next=>Next=>Finish,完成对波端口激励的设置；

²  更改选择目标

点击Edit栏Select中的Object，完成设置；

²  创建第二个模块

按下Ctrl+A选择全部可视，点击Edit栏Duplicate中Around Axis，使第一个模块按轴线旋转复制，选择Axis为X轴，设置角度为90度，点击OK；

²  创建第三、四个模块

点击Edit栏Select中Select By Name，选择第二个模块同样绕Z轴旋转90  度复制，再以第三个模块绕绕Z轴旋转90度复制获得最终模型；

²  组合所有模块

按下Ctrl+A选择全部模块，点击3D Modeler栏Boolean中Unites，将所有模块合并，Ctrl+D使模块以适当大小显示在屏幕内，模型如下图所示；

       

²  边界显示设置

保存工程，点击HFSS栏中Boundary Display(Solve view)，选择要显示的边界，outer为背景显示（图中蓝色边界），黑、红、绿、黄分别分边界p1、p2、p3、p4的边界显示；

   

点击View栏Active View Visibility ...，将所有实体隐藏，只显示边界，如下图 所示：

2、分析设置

²  创建一个分析设置

点击HFSS栏Analysis Setup中Add Solution Setup...，在General选项卡中设置 频率为4GHz，最大量程为5，最大增量为0.02，点击OK；

²  添加频率扫描

点击HFSS栏Analysis Setup中Add Sweep...，选择要设置项Setup1，点击OK 进入Edit Sweep对话框，选择扫描类型为Fast，设置频率类型为Linear Setup，   开始频率为3.4GHz，停止频率为4.0GHz，计数1001次（即设置Size约为   600KHz），在Save Fields前的复选框打钩，点击OK；

²  保存工程

点击File栏Save As，更改工程名为hfss_magic_T，点击Save；

3、分析

²  模型验证

点击HFSS栏Validation Check进行检查验证，没有错误时点击Close；

²  分析

点击HFSS栏Analysis All，进行分析；

4、生成报告

通过仿真得到如下两种不同结果：

 

5、动态仿真

最终进行动态仿真，由软件观察魔T的传输使用过程，静态图如下：

 

第二篇：卫星与微波通信实验报告

实验一卫星数字电视接收

一、实验目的

1、了解接收卫星电视的具体方法。

2、学会使用天线接收机，并掌握接收天线的调整。

3、接收“中星6B卫星电视”，出稳定的节目。

二、实验器材

   天线、高频头、卫星接收机、电视、馈线

三、实验过程与原理

   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机械部件主要包括馈机械部件主要包括馈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，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角。计算结果方位角负值为南偏西，正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为0º角边。：                  

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。

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宽带辐射大宽带辐射。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。例如汽例如汽例如汽例如汽车的打火系统、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置”。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。

? 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。

? 数字电视接数字电视接数字电视接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。

四、实验中出现的问题和数据分析

数据：

（1）贵州卫视 下行频率3796 极化水平  符号率 6930

湖南卫视 下行频率3750 极化水平 符号率10490

CCTV-1  下行频率 12275极化垂直   符号率27500

（2）贵州卫视信号质量最强72%，CCTV-1信号质量居中65%，湖南卫视信号质量较低59%

五、心得体会

做卫星接收实验，实验前要检查电气设备，检查线路，检查电压，检查正常后才能进行设备连接。实验时调试卫星接收设备要有耐心细心观察屏幕显示的数据变化，得出大致位置后进行细调。

实验二  CATV前端组建

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、DVD、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的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，第二是卫星前端信号处理有五部分组成，第三是制式转换器，第四是调制器，第五是混合器。

四、实验中出现的问题和数据分析

数据：

（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（收机是把输入信号（920～1470MHz）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。

五、心得体会

CATV是一种使用同轴电缆作为介质直接传送电视、调频广播节目到用户电视的一种系统。跟无线广播一样，许多的频道可以使用不同的频率互不干扰的在一根电缆中传送。电视的调谐器、录像机或者收音机能够从混合信号里把一个频道选出来 。

  

实验三、模拟微波电视传输

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、实验器材

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）、领频调制器、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。

⑵．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9-10-12s)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

四、实验中出现的问题和数据分析

数据：

五、心得体会

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，模拟微波传输，就是把视频信号直接调制在微波的信道上，通过天线发射出去，再通过微波接收机解调出原来的视频信号。

实验四、微波工程实验

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、掌握微波工程实践。

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、实验过程和原理

1、微波发信通道的组成框图如下

                           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：基带部分。

                          微波收信设备组成框图

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码从机箱码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“PPUTOUT”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。

四、实验中出现的问题和数据分析

数据：

眼图

                      频谱

五、心得体会

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。