专业基础实验 操作方便。实验仪器布置如图4。 选定入射頻率 刻度至相应的值 近邻铝球间距4cm 调整晶面的法线与 不要超量程 图4、布拉格衍射实验的仪器布置 实验中除了两喇叭的调整同反射实验一样外,要注意的是模拟晶体球应 用模片调得上下左右成为一方形点阵,模拟晶体架上的中心孔插在支架上与 度盘中心一致的一个销子上。当把模拟晶体架放到小平台上时,应使模拟晶 体架下面小圆盘的某一条与所研究晶面法线一致的刻线与度盘上的0刻线 致。为了避免两喇叭之间波的直接入射,入射角取值范围最好在30到700之 、实验仪器与设备 参见图4所示。电磁波综合测试台中发射喇叭支路由固态信号源、衰减器及 矩形喇叭等组成;接收喇叭支路由矩形喇叭、检波器、微安表等组成;另外,模 拟晶体(模拟晶体及支架)的安装见图4所示, 四、实验内容 1、首先选定入射频率(8.9GHz~9.3GHz,波长~3cm),打开微波信号 源,调节微波振荡器的刻度至相应的值(査每台振荡器对应的频率-刻度对照 表;千分尺读法),记录此频率值。 2、仿照X射线入射真实晶体发生衍射的基本原理,人为的制做一个方形 点阵的模拟晶体。每次实验前需要调整。晶格常数设计为4c皿,利用套件中 配有的一叉形(梳形)模片,利用模片分别上下一层层拨动铝球,使球进入 叉槽中,即可调好。于是,可以用微波代替Ⅹ射线,使微波向模拟晶体入射 观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件 2、制做了一个方形点阵的模拟晶体后,调整100晶面的法线与分光仪 刻度盘上的0刻度一致,并固定好。分别转动晶体架和接收喇叭到任意一个 角度(从30°开始,每次增加1°,直到70°),记录下100面的接收喇叭所测 的幅度值并填表1。 注意:实验装置附近不可有运动的物体,甚至测量者头部的移动也会影
专业基础实验 - 14 - 操作方便。实验仪器布置如图 4。 图 4、 布拉格衍射实验的仪器布置 实验中除了两喇叭的调整同反射实验一样外，要注意的是模拟晶体球应 用模片调得上下左右成为一方形点阵，模拟晶体架上的中心孔插在支架上与 度盘中心一致的一个销子上。当把模拟晶体架放到小平台上时，应使模拟晶 体架下面小圆盘的某一条与所研究晶面法线一致的刻线与度盘上的 00 刻线一 致。为了避免两喇叭之间波的直接入射，入射角取值范围最好在 300 到 700 之 间。 三、 实验仪器与设备 参见图 4 所示。电磁波综合测试台中发射喇叭支路由固态信号源、衰减器及 矩形喇叭等组成；接收喇叭支路由矩形喇叭、检波器、微安表等组成；另外，模 拟晶体（模拟晶体及支架）的安装见图 4 所示。 四、实验内容 1、首先选定入射频率（8.9GHz～9.3GHz，波长～3cm），打开微波信号 源，调节微波振荡器的刻度至相应的值（查每台振荡器对应的频率-刻度对照 表；千分尺读法），记录此频率值。 2、仿照 X 射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为的制做一个方形 点阵的模拟晶体。每次实验前需要调整。晶格常数设计为 4cm，利用套件中 配有的一叉形（梳形）模片，利用模片分别上下一层层拨动铝球，使球进入 叉槽中，即可调好。于是，可以用微波代替 X 射线，使微波向模拟晶体入射， 观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件。 2、制做了一个方形点阵的模拟晶体后，调整 100 晶面的法线与分光仪 刻度盘上的 00 刻度一致，并固定好。分别转动晶体架和接收喇叭到任意一个 角度（从 0 30 开始，每次增加 0 1 ，直到 0 70 ），记录下 100 面的接收喇叭所测 的幅度值并填表 1。 注意：实验装置附近不可有运动的物体，甚至测量者头部的移动也会影
专业基础实验 响读数,所以实验者应坐在接收器后面读数。 3、调整110晶面的法线(比100晶面的旋转45度)与分光仪刻度盘上 的0刻度一致,并固定好。重复以上测量并填表1。 4、注意:保证整个测量过程中微安表读数不要超过量程,其中测量点 最大值最好在95附近,充分利用其量程,能明显看出趋势变化。 表1布拉格衍射实验数据表 q(度)30|31323334353637383940 100面 110面 q度)4142434445464748495051 100面 q(度)5253545556575859606162 100面 110 q(度)6364656667686970 100面 110面 五、实验报告要求 1.由布拉格方程计算出100面和110面的各级衍射角,并与测量结果进行 对比分析。 2.绘制布拉格衍射曲线。 六、实验思考题 是否可用Ⅹ射线或广播波段的无线电波来分析本实验的模拟晶体?请说明 理由
专业基础实验 - 15 - 响读数，所以实验者应坐在接收器后面读数。 3、调整 110 晶面的法线（比 100 晶面的旋转 45 度）与分光仪刻度盘上 的 00 刻度一致，并固定好。重复以上测量并填表 1。 4、注意：保证整个测量过程中微安表读数不要超过量程，其中测量点 最大值最好在 95 附近，充分利用其量程，能明显看出趋势变化。 表 1 布拉格衍射实验数据表 α(度) I 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 100 面 110 面 α(度) I 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 100 面 110 面 α(度) I 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 100 面 110 面 α(度) I 63 64 65 66 67 68 69 70 100 面 110 面 五、实验报告要求 1．由布拉格方程计算出 100 面和 110 面的各级衍射角，并与测量结果进行 对比分析。 2．绘制布拉格衍射曲线。 六、实验思考题 是否可用Ｘ射线或广播波段的无线电波来分析本实验的模拟晶体？请说明 理由
专业基础实验 实验4射频图像传输系统 、实验目的 1、了解实际系统的组成 了解实际系统信号的处理方法 二、实验内容 1、产生电视4频道信号 2、产生电视10频道信号。 3、产生电视49频道信号。 4、形成实际的收发图像系统 三、实验设备 频谱仪,黑白电视,黑白摄像头,AM调制模块,7725MHz带通滤波器模 块,低噪声放大器模块,200Mz上变频模块,200Mz带通滤波器模块,150MHz 低通滤波器模玦,123Mz锁相环模块,80OMz带通滤波器模块,599MHz锁 相环模块,功率放大器模块,800Mz上变频模块,200Mz下变频模块,200MHz 滤波+转接模块,12ⅴ电源转接模块,800M折叠天线,50ΩBNC连接线直流电 源线。 四、实验原理 1、发射机 本实验所产生并传输的是电视图像信号。它的实验框图如图1所示: 如图1所示,“视频信号”(图像信号)来自摄像头,摄像头能输出IV的视 频信号,视频信号所占的频带为6MHz(最低频率为OMHz,最高频率为6MHz)。 带通滤波、低噪音放 调频 大器1 上变频1带通滤波低噪音放 视频信号 本振1 低通 本振 功放 带通滤波 上变频2 图1发射部分框图 “AM调幅”部分采用专用的ⅤHF射频调制器( VHF BAND RE MODULATOR)AA2891,它是一种线性集成电路;它内部包含RF载波振荡器 和视频AM调制器,内部振荡器和外挂晶体一起产生所需的调制载波,它可以 通过选择产生两个频点的载波:电视VHF3频道和4频道,在我们的系统中选 择了4频道7725MHz(此晶体为5次泛音晶体,它的基频为1505MHLz),也 就是视频信号经过AA2891调制后的输出可以直接在电视机4频道得到调制的图
专业基础实验 - 16 - 实验 4 射频图像传输系统 一、实验目的 1、 了解实际系统的组成 2、 了解实际系统信号的处理方法 二、实验内容 1、 产生电视 4 频道信号。 2、 产生电视 10 频道信号。 3、 产生电视 49 频道信号。 4、 形成实际的收发图像系统。 三、实验设备 频谱仪，黑白电视，黑白摄像头，AM 调制模块，77.25MHz 带通滤波器模 块，低噪声放大器模块，200MHz 上变频模块，200MHz 带通滤波器模块，150MHz 低通滤波器模块，123MHz 锁相环模块，800MHz 带通滤波器模块，599MHz 锁 相环模块，功率放大器模块，800MHz 上变频模块，200MHz 下变频模块，200MHz 滤波+转接模块，12V 电源转接模块，800M 折叠天线，50Ω BNC 连接线直流电 源线。 四、实验原理 1、发射机 本实验所产生并传输的是电视图像信号。它的实验框图如图 1 所示： 如图 1 所示，“视频信号”（图像信号）来自摄像头，摄像头能输出 1V 的视 频信号，视频信号所占的频带为 6MHz（最低频率为 0MHz，最高频率为 6MHz）。 AM 调频 带通滤波 器1 低噪音放 大器1 功放 视频信号 带通滤波 器3 本振1 本振2 低噪音放 大器2 带通滤波 器2 上变频1 上变频2 低通 图 1 发射部分框图 “AM 调 幅 ” 部分采用专用的 VHF 射频调制器（ VHF BAND RF MODULATOR）AA2891，它是一种线性集成电路；它内部包含 RF 载波振荡器 和视频 AM 调制器，内部振荡器和外挂晶体一起产生所需的调制载波，它可以 通过选择产生两个频点的载波：电视 VHF 3 频道和 4 频道，在我们的系统中选 择了 4 频道 77.25MHz（此晶体为 5 次泛音晶体，它的基频为 15.05MHz），也 就是视频信号经过AA2891调制后的输出可以直接在电视机4频道得到调制的图
专业基础实验 像信号;AA2891调制产生的是普通的AM信号,在实际的电视发射机中在调制 器后加一级残留边带滤波器,为的是既减少带宽又使接收机解调方式简单;但在 我们的系统中并没有使用残留边带滤波器,而是使用的普通的带通滤波器,因为 它并不影响信号的解调和传输。AM模块输出大约一30dBm、77.25MHz的电视 信号。 带通滤波器1”是一中心频率为7725MHz的5阶带通滤波器,它的目的使 滤除掉AM调制器中振荡源产生的无用信号:基频1505MHz,二次谐波 30MHz,三次谐波455MHz,四次谐波602MHz,六次谐波90.3MHz,七次 谐波10535MHz。 “小信号放大器1”模块。AM调制模块输出的信号本身较小,再加上滤波器 的插入损耗,使达到混频器中频输入端的信号太小,不利于混频器的工作;所以 加一级信号放大。 第一次上变频是将4频道的信号变到10频道200.25Mz,它所用到模块有 上变频1ˆ模块和“本振ˆ模块。上变频1ˆ模块使用的是一二极管环形混频器 它要求载波功率为7dBm,而射频信号功率最大不能超过ldBm;它的本振和射 频工作频率为50~1000MHz,中频工作频率为DC~1000MHz。“本振1”模块使 用的是富士通公司生产的mbl504锁相环,它产生123MHz频率的信号,此信号 经一150M低通滤波器后作为第一次混频的本振信号,低通的作用是滤除谐波成 分使本振变得纯洁;锁相环的参考频率为一12.8MHz的温补晶振,它能保证信 号的稳定。 带通滤波器2是一中心频率为20025MHz的5阶带通滤波器,它的目的是 滤除无用信号,而获得混频后的和频信号分量。 小信号放大器2模块。由于我们使用的是无源混频器,它没有增益;同时 由于滤波器的插入损耗的作用,所以信号经过几级电路后变得很小了。在小信号 放大模块中我们使用的是MMC放大器(它在1GHz内的典型增益为20dBm 在1GHZ的P1dB为15dBm,在1GHz处的噪声为27dB)。 第二次上变频是将10频道的信号变到49频道79925MHz(即VHF波段变 到UH波段),它所用到的模块有“上变频2”和“本振2”。上变频2与上变频1 模块相同;本振2产生599MHz的本振信号;本振2与本振1也相似,用锁相环 来稳定频率,它的参考晶振也为12.8MHz的温补晶振,只不过所使用的锁相环 不同,它内部自带压控振荡器;所以输出信号较纯洁,不用再加低通滤波器。 带通滤波器3”是一中心频率为79925MHz的5阶带通滤波器。它的目的 是滤除无用信号,而获得混频后的和频信号分量799.25MHz 功率放大器”模块:我们采用的是线性集成式低功率放大器,它的工作频 率为0.5~1000MH,典型增益为18dB,最大输出功率为7dBm,输入输出驻 波比均为18:1。 天线部分,我们采用的是折叠天线,它的极化方向为垂直极化,辐射方向为 全向,功率容量50W。 2、接收机 接收机是用来接收某发射台的高频已调信号,并排除干扰和噪声,经过一系 列的信号处理,如高放、混频、中放,然后解调出所需的信息,如音乐、语言、 文字、图像、数据等。 接收机的主要技术指标包括灵敏度、选择性、输出功率和失真度等要求。 在通信、广播等类型的接收机中,绝大多数都采用超外差式的接收机。所谓 17
专业基础实验 - 17 - 像信号；AA2891 调制产生的是普通的 AM 信号，在实际的电视发射机中在调制 器后加一级残留边带滤波器，为的是既减少带宽又使接收机解调方式简单；但在 我们的系统中并没有使用残留边带滤波器，而是使用的普通的带通滤波器，因为 它并不影响信号的解调和传输。AM 模块输出大约－30dBm、77.25MHz 的电视 信号。 “带通滤波器 1”是一中心频率为 77.25MHz 的 5 阶带通滤波器，它的目的使 滤除掉 AM 调制器中振荡源产生的无用信号：基频 15.05MHz，二次谐波 30.1MHz，三次谐波 45.15MHz，四次谐波 60.2MHz，六次谐波 90.3MHz，七次 谐波 105.35MHz。 “小信号放大器 1”模块。AM 调制模块输出的信号本身较小，再加上滤波器 的插入损耗，使达到混频器中频输入端的信号太小，不利于混频器的工作；所以 加一级信号放大。 第一次上变频是将 4 频道的信号变到 10 频道 200.25MHz，它所用到模块有 “上变频 1”模块和“本振 1”模块。“上变频 1”模块使用的是一二极管环形混频器， 它要求载波功率为 7dBm，而射频信号功率最大不能超过 1dBm；它的本振和射 频工作频率为 50～1000MHz，中频工作频率为 DC～1000MHz。“本振 1”模块使 用的是富士通公司生产的 mb1504 锁相环，它产生 123MHz 频率的信号，此信号 经一 150M 低通滤波器后作为第一次混频的本振信号，低通的作用是滤除谐波成 分使本振变得纯洁；锁相环的参考频率为一 12.8MHz 的温补晶振，它能保证信 号的稳定。 “带通滤波器 2”是一中心频率为 200.25MHz 的 5 阶带通滤波器，它的目的是 滤除无用信号，而获得混频后的和频信号分量。 “小信号放大器 2”模块。由于我们使用的是无源混频器，它没有增益；同时 由于滤波器的插入损耗的作用，所以信号经过几级电路后变得很小了。在小信号 放大模块中我们使用的是 MMIC 放大器（它在 1GHz 内的典型增益为 20dBm， 在 1GHZ 的 P1dB为 15.5dBm，在 1GHz 处的噪声为 2.7dB）。 第二次上变频是将 10 频道的信号变到 49 频道 799.25MHz（即 VHF 波段变 到 UHF 波段），它所用到的模块有“上变频 2”和“本振 2”。上变频 2 与上变频 1 模块相同；本振 2 产生 599MHz 的本振信号；本振 2 与本振 1 也相似，用锁相环 来稳定频率，它的参考晶振也为 12.8MHz 的温补晶振，只不过所使用的锁相环 不同，它内部自带压控振荡器；所以输出信号较纯洁，不用再加低通滤波器。 “带通滤波器 3”是一中心频率为 799.25MHz 的 5 阶带通滤波器。它的目的 是滤除无用信号，而获得混频后的和频信号分量 799.25MHz。 “功率放大器”模块：我们采用的是线性集成式低功率放大器，它的工作频 率为 0.5～1000MHz，典型增益为 18dB，最大输出功率为 7dBm，输入输出驻 波比均为 1.8：1。 天线部分，我们采用的是折叠天线，它的极化方向为垂直极化，辐射方向为 全向，功率容量 50W。 2、接收机 接收机是用来接收某发射台的高频已调信号，并排除干扰和噪声，经过一系 列的信号处理，如高放、混频、中放，然后解调出所需的信息，如音乐、语言、 文字、图像、数据等。 接收机的主要技术指标包括灵敏度、选择性、输出功率和失真度等要求。 在通信、广播等类型的接收机中，绝大多数都采用超外差式的接收机。所谓
专业基础实验 超外差式就是在接收机中,用本机振荡频率产生一高频信号,在混频器中和外来 信号的载波进行混频,差出一个固定的中频信号,但信号的调制规律不受影响。 接收机的中频频率常选在接收频率之外,以避免产生较强的干扰哨声,同时 也可有效地发挥混频前各级滤波的作用,将最强的干扰信号滤除 将中频取在接收频段之外,实际上有两种方案可供选择:一是中频选在低于 接收频段的范围内,称为低中频方案;低中频地混频称为下混频,它的特点是混 频后的中频频率低,中频放大器易于实现高增益和高选择性。另一种是将中频选 在高于接收频段的范围内,称为高中频方案,相应的混频称为上混频;它的优点 是可以在混频前将镜像干扰及某些寄生通道干扰作有效的滤除。本实验的接收部 分框图如图2。 带通 带通 滤波器1 放大器 下变频 滤波器2 视机 本振 图2接收部分框图 接收机中最终解调部分由电视机来完成,所以接收机的主要指标由电视机来 实现。在接收部分框图中 带通滤波器1ˆ模块与发射部分的“带通滤波器3”性能相同,它将天线感应 到的信号进行滤波,取出我们所需要的79925MHz的电视图像信号 “小信号放大ˆ模块与发射部分的“小信号放大”模块的性能和作用相同 本振”模块与发射部分的“本振2”性能和作用相同。 下变频”模块是将天线接收下来经过处理后的49频道的电视信号变为10频 道的电视信号。下变频模块中所使用的混频器与发射部分相同,只不过它的三个 端口信号的输入输出方向不一样而已;在发射部分,本振(LO)和所产生的电 视信号(作为中频信号IF)作为输入信号,混频后的和频作为射频信号(RF) 输出。而在接收部分天线感应下来的信号(RF)和本振产生的信号(LO)作为 输入信号,而混频后的差频信号作为中频信号(IF)输出。 带通滤波器2ˆ模块:带通滤波器2模块与发射部分的“带通滤波器2ˆ模块 性能一样,只不过在这里是取差频信号而已。经过下变频后的信号进入电视机的 10频道进行解调,恢复视频图像信号 五、实验步骤 实验连线时,在不接电源的基础上按实验连线图连好各实验模块;在保持 电源关的情况下连接好各有源模块的供电后,再打开供电电源。在拆除各模块 前必须关掉相应模块的供电,以免引起不必要器件的损耗。 1、发射部分实验 (1)将摄像头接上9Ⅴ的电源(摄像头上红色接口为电源输入口,黄色接口为视频 信号输出口,白色接口为音频信号输出口),摄像头产生的视频输出信号(6MHz 的低频信号)先直接接入到电视的Vdeo端子来观察图像(电视设置为AV功能, Audio video)。 再将摄像头的视频输岀接到AM调制模块的输入端(PⅠ口),AM调制模块通 18
专业基础实验 - 18 - 超外差式就是在接收机中，用本机振荡频率产生一高频信号，在混频器中和外来 信号的载波进行混频，差出一个固定的中频信号，但信号的调制规律不受影响。 接收机的中频频率常选在接收频率之外，以避免产生较强的干扰哨声，同时 也可有效地发挥混频前各级滤波的作用，将最强的干扰信号滤除。 将中频取在接收频段之外，实际上有两种方案可供选择：一是中频选在低于 接收频段的范围内，称为低中频方案；低中频地混频称为下混频，它的特点是混 频后的中频频率低，中频放大器易于实现高增益和高选择性。另一种是将中频选 在高于接收频段的范围内，称为高中频方案，相应的混频称为上混频；它的优点 是可以在混频前将镜像干扰及某些寄生通道干扰作有效的滤除。本实验的接收部 分框图如图 2。 TV电 视机 带通 滤波器1 低噪音 放大器 下变频 带通 滤波器2 本振 图 2 接收部分框图 接收机中最终解调部分由电视机来完成，所以接收机的主要指标由电视机来 实现。在接收部分框图中： “带通滤波器 1”模块与发射部分的“带通滤波器 3”性能相同，它将天线感应 到的信号进行滤波，取出我们所需要的 799.25MHz 的电视图像信号。 “小信号放大”模块与发射部分的“小信号放大”模块的性能和作用相同。 “本振”模块与发射部分的“本振 2”性能和作用相同。 “下变频”模块是将天线接收下来经过处理后的 49 频道的电视信号变为 10 频 道的电视信号。下变频模块中所使用的混频器与发射部分相同，只不过它的三个 端口信号的输入输出方向不一样而已；在发射部分，本振（LO）和所产生的电 视信号（作为中频信号 IF）作为输入信号，混频后的和频作为射频信号（RF） 输出。而在接收部分天线感应下来的信号（RF）和本振产生的信号（LO）作为 输入信号，而混频后的差频信号作为中频信号（IF）输出。 “带通滤波器 2”模块：带通滤波器 2 模块与发射部分的“带通滤波器 2”模块 性能一样，只不过在这里是取差频信号而已。经过下变频后的信号进入电视机的 10 频道进行解调，恢复视频图像信号。 五、实验步骤 实验连线时，在不接电源的基础上按实验连线图连好各实验模块；在保持 电源关的情况下连接好各有源模块的供电后，再打开供电电源。在拆除各模块 前必须关掉相应模块的供电，以免引起不必要器件的损耗。 1、发射部分实验 ⑴将摄像头接上 9V 的电源（摄像头上红色接口为电源输入口，黄色接口为视频 信号输出口，白色接口为音频信号输出口），摄像头产生的视频输出信号（6MHz 的低频信号）先直接接入到电视的 Video 端子来观察图像（电视设置为 AV 功能， AudioVideo）。 再将摄像头的视频输出接到 AM 调制模块的输入端（P1 口），AM 调制模块通