微波通信系统实验指导书主要内容包括了微波技术与天线的综合实验系统介绍以及一系列针对微波通信系统中不同环节和设备的操作和测量实验。该指导书为辽宁工程技术大学电子与信息工程学院的教学使用，内容涵盖了从基础测量到高级通信系统实验的各个方面。 首先介绍了RZ 9905型微波与天线综合实验系统，它是为满足通信工程、电子工程、微波工程等专业相关课程教学、实验、示教的需求而设计的多信道微波与天线发、收系统。该系统包括RZ 9905-T微波与天线发射实验系统和RZ 9905-R微波与天线接收实验系统，集成微带传输线、微波无源部件、微波有源部件及天线，能够进行微波信号的传输、通信及天线性能测试等实验。 实验系统的特点包括：工作频率为2.4GHz，符合国家无线电管理委员会规定的业余无线电频段，能展现微波信号特点并减少对其他网络的干扰；设有20个微波频道，支持微波接力、组网、一点对多点通信；模块化设计，电源独立供电，减少干扰；使用镀金SMA接头或软电缆连接，保证连接可靠性；设有透明防静电盖板，便于观察微波模块内部结构；实验箱集成微波信号全流程处理，可单独研究或组成系统进行调试。 实验部分涵盖了从基础测量到复杂系统操作的多个实验，例如压控振荡器、微波功率放大器、微波低噪声放大器的实验，到微波可视电话传输系统、同轴电缆驻波比测量、微波天线方向图、增益、极化方向和工作频段测量，以及微波图像通信系统中天线调整、上变频器、微波接收滤波器等的实验操作。 该实验指导书不仅提供了一个综合性的实验平台，而且详细说明了每个实验的目的、原理、设备、步骤和注意事项，旨在加深学生对微波通信系统中各个组成部分的理解，提高他们分析和解决问题的能力，使学生能够在实验中实际操作和验证理论知识。

微波仿真实验是通信工程专业的重要实践活动，旨在通过仿真实验理解微波技术的理论知识，并掌握实际应用技能。本报告以北邮通信工程专业的微带分支线匹配器实验为例，详细介绍了微波仿真实验的流程和知识点。 实验一涉及微带分支线匹配器，其目标是熟悉阻抗匹配的原理，理解微带线的工作原理及其在实际应用中的重要性，并掌握通过Smith图解法设计微带线匹配网络。在试验原理部分，详细阐述了随着工作频率的提高，寄生参数的影响增大，因此需要利用分布参数元件替代分立元件，实现阻抗匹配。试验内容中，给出了具体的输入阻抗、负载阻抗、特性阻抗和介质基片的参数，要求设计微带线单支节和双支节匹配网络，并分析在不同频率下的匹配效果。 在试验环节部分，详细介绍了如何使用软件建立新项目，确定项目频率，将归一化输入阻抗和负载阻抗标在Smith圆图上，计算并确定微带线的物理长度和宽度。在原理图设计中，需要注意介质基片的相对介电常数、厚度等参数，并对原理图进行微调以得到最佳匹配效果。 实验二中，主要目的是掌握微带多节变阻器的设计方法，并利用仿真软件进行设计和优化。报告中提到了变阻器的种类和特性，阐述了通过多节阻抗变换器可以获得较宽频带的重要性，并提到了设计多节变阻器时常用的综合设计法，例如最大平坦度和契比雪夫多项式。 整个实验报告不仅详细记录了实验流程和操作，还包括了对实验结果的分析和总结。通过实际的仿真设计，学生能够将理论知识与实践相结合，深入理解微带线的匹配原理和设计方法，为将来在微波通信领域的深入研究打下坚实的基础。 本报告的内容不仅对于通信工程专业的学生具有重要的学习价值，也为相关领域的研究者提供了宝贵的参考资料。通过详细的操作步骤和原理分析，能够帮助读者更好地掌握微波仿真实验的设计与应用，提高微波电路设计的实际操作能力。实验中的问题解决过程，如微带线物理尺寸的计算和软件仿真优化等，都是工程实践中的重要技能，对于提高工程师在实际工作中的问题解决能力和设计效率具有显著的作用。

详细描述了压控振荡器的设计过程，并对仿真电路进行了分析，最后总结出文档

本文介绍用于X和Ku波段的射频MEMS电容开关的设计、 fabrication与性能表征。通过电感调谐技术提升隔离度与Q因子，采用高阻硅基底与五步光刻工艺实现器件制造。实验结果显示，在8–18 GHz频段内，插入损耗优于0.5 dB，隔离度超过–40 dB，驱动电压为18.5 V。创新性地利用折叠梁与接地凹槽结构增强电感，实现频率选择性调谐，适用于相控阵天线与可重构射频系统。研究还探讨了介质充电对可靠性的影响，并提出Al2O3/ZnO合金介质层的解决方案。该成果为高频通信系统中的高性能开关提供了实用化路径。

AWR 是开发和调整各种射频电路的绝佳工具。 从等效电路到完整的3D-EM，它可以进行许多不同的RF仿真。 然而，为了优化给定的设计，有时使用外部脚本（在本例中为 MATLAB）自动化仿真是有益的。 尽管 AWR 与 MATLAB 的接口是可能的，但如果它在两个项目中并行工作，则存在一些实际问题。 这个 MATLAB 类使这变得更容易，并且还提供了一个示例来帮助您入门。

微波通信技术是一种利用频率在300MHz至300GHz范围内的电磁波进行远距离通信的技术。微波通信的发展历程可以划分为几个阶段。从19世纪30年代到20世纪60年代，这一时期主要是模拟微波通信，其中模拟调频技术被广泛采用。在此期间，1951年，美国开通了第一条商用微波通信线路，连接纽约和旧金山，这条线路有100多个站点，可以传输480路电话信号。我国开始建设长途微波通信线路是在“七五”期间。 进入20世纪60年代至90年代初，微波通信进入数字时代。数字微波通信的出现，得益于数字交换技术、数字信号处理技术的发展，以及大规模集成电路和调制解调技术的进步。数字微波通信提供了更优质的长途传输质量、更高的频谱利用率和更大的通信容量。20世纪90年代后，光纤和卫星通信技术的发展对微波通信产生了一定冲击，但微波通信也展现出新的发展趋势，例如基于同步数字体系(SDH)的数字微波通信系统，以及更高的容量支持（如512QAM、1024QAM）和无线接入网技术（如本地多点分配系统 LMDS、多点多信道分配系统 MMDS）。 微波通信基本概念还包括微波的传播特性。微波传播具有光的直线传播特性，并且具有不同的极化方式。其中，线极化包括水平极化和垂直极化；圆（椭圆）极化则包括左旋极化和右旋极化。这些特性对微波通信系统的组成和性能有重要影响。 微波中继通信系统是指为了克服信号长距离传输过程中的质量恶化，接收、再生、转发信号的通信系统。一条通信线路可以服务多个地点，实现上下话路。中继通信主要有三种方式：直接中继、外差中继和基带再生中继。 数字微波中继线路由多个组成部分构成，它们共同协作实现信号的高效传输。波道及射频频率配置是指将微波线路的可用带宽划分成若干频率小段，每个频率小段上设置一套微波收发信机，构成传输通道。为了最大化波道数量和减少干扰，频率配置必须科学合理。单波道频率配置分为二频制和四频制，不同配置有各自的优缺点，例如二频制存在反向干扰的问题，而四频制虽然多用一倍的频率，但需要更好的天线前后隔离度。多波道频率配置的排列方式分为收发频率相间排列和集中排列，以及射频波道的频率再用策略，都是为了有效减少干扰并提高通信效率。 微波通信中的备份与切换是保障通信可靠性的关键技术。备份策略包括设备备份和波道备份，分别采用1:1备份或n:1备份方式。切换则分为人工切换和自动切换，以便在通信质量下降或其他紧急情况下迅速恢复通信。 微波通信的监控和勤务也是保证通信系统稳定运行的重要组成部分。监控系统通过实时监控设备和通信质量，及时发现并处理问题，确保通信的连续性和稳定性。 微波通信技术在现代社会中扮演了重要角色，无论是固定网络还是移动通信网络，微波通信都以其独特的优势在无线通信领域占有一席之地。随着技术的不断进步，微波通信将继续发展，适应新时代的通信需求。

**数字微波通信系统概述** 数字微波通信系统是一种利用微波频段的电磁波作为载体，通过中继接力的方式实现远距离通信的技术。微波的定义是波长在1毫米到1米之间，对应的频率范围是300兆赫兹（MHz）至300吉赫兹（GHz）。这个频段可以进一步细分为分米波、厘米波和毫米波三个子区间。 **微波通信的历史发展** 微波通信的历史可追溯到20世纪30年代，当时出现了第一个工作在甚高频（VHF）频段的模拟无线通信系统。第二次世界大战期间，军用通信开始使用特高频（UHF）频段。1951年，美国建立了第一条商业微波通信线路，从纽约到旧金山。我国在“七五”计划期间引入了微波通信系统。随着时间推移，数字微波通信系统在20世纪70年代末开始出现，采用了简单的调制技术如QPSK和8PSK。80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电路的进步，微波通信系统发展迅速，90年代后，更大容量的数字微波通信系统逐渐成为主流。 **微波通信的特点** 1. **宽频带和大容量**：微波频段的频带宽度较大，能够支持大量信息的传输，适合宽频带信号的传输。 2. **抗干扰能力强**：由于工作频率高，微波通信系统受低频段干扰的影响较小。 3. **通信灵活性**：微波通信可以通过中继站实现远距离传输，能跨越特殊地形，如沼泽、河流、湖泊和山脉，尤其在自然灾害情况下，通信建立、撤收和转移相对便捷。 4. **高增益和方向性强的天线**：微波天线能制造出高增益且方向性极强，减少了通信中的相互干扰，降低了发射机的功率需求。 5. **经济高效**：相对于其他通信方式，数字微波通信系统的建设和运维成本较低，建设速度较快。 6. **数字通信优势**：数字微波通信结合了数字通信的稳定性和纠错能力，提高了信号质量。 **微波通信系统的分类** 微波通信系统主要分为两类：模拟微波通信系统和数字微波通信系统。模拟系统主要处理连续变化的信号，而数字系统则以二进制形式传输信息，具有更高的数据安全性、可靠性和处理能力。 **微波通信的应用** - **干线备份和补充**：数字微波通信常用于光纤主干线路的备份，提供冗余通信路径，确保网络稳定性。 - **边远地区通信**：在缺乏有线基础设施的偏远地区，微波通信为用户提供基本的语音和数据服务。 - **市内支线连接**：城市内部的短距离通信，如无线基站间的连接。 - **无线宽带接入**：为住宅和企业用户提供高速互联网接入服务。 **微波的视距传播特性** 微波通信通常遵循视距传播原则，通信距离受到发射和接收天线高度的影响。此外，还需考虑自由空间传播损耗、地面反射和大气吸收等因素，这些都会影响信号的传播质量和距离。例如，天线高度的增加可以扩大通信覆盖范围，但同时也可能遇到更多由地形和大气条件造成的传播障碍。 数字微波通信系统因其独特的优点和广泛的应用，在现代通信网络中扮演着重要角色。随着技术的不断发展，数字微波通信系统将继续优化，提供更高效、更可靠的通信解决方案。

粮食水分含量是粮食质量的关键指标，直接影响粮食的收购、运输、储藏、加工、贸易等过程。目前在国内粮食收购时，凭手摸牙咬或者传统检测方法来判断粮食的水分，存在测定结果极不可靠、检测时间长、浪费人力物力等问题。为了快速、准确检测粮食水分，设计了基于微波的粮食水分检测系统，通过检测微波信号与被测粮食相互作用前后微波幅值、相位等变化，推算出粮食水分含量。 【基于微波的粮食水分检测系统设计】 粮食的水分含量是衡量其质量的重要标准，它对粮食的各个环节，包括收购、运输、储藏、加工和贸易等，都有着深远影响。传统的水分检测方法，如手摸牙咬或传统检测手段，存在着结果不可靠、耗时长以及人力物力浪费的问题。因此，开发一种快速且精确的检测系统显得至关重要。 微波水分检测技术应运而生，这是一种无损检测的新技术，具有高精度、宽测量范围、良好的稳定性和适应动态检测的能力。微波因为其高频率和强穿透性，可以深入粮食内部，检测到粮食的整体水分含量，而不只是表面水分。粮食中的水分，作为极性分子，在微波场中会极化，从而对微波的吸收、反射等性质产生显著变化，这就是微波水分检测的基础。相较于电容法和电阻法等传统方法，微波检测具有更高的准确性和通用性，适合不同厚度和密度的粮食检测。 系统设计方面，基于微波的粮食水分检测系统主要由微波发生器、微波传感器天线、温度传感器、检测控制器以及分析处理单元组成。微波发生器工作在10.5 GHz频率，传感器通常采用透射式检测，确保能够穿透较厚的物料。隔离器用于防止反射信号影响源信号的稳定性，检波器则将微波信号转化为电信号，通过检测控制器进行放大、滤波和A/D转换，最终通过串行总线与计算机进行数据交换，实现实时数据显示和数据分析。同时，系统会结合温度传感器的数据进行温度补偿，以提升检测精度。 硬件设计中，检测控制器是核心部分，包括放大滤波电路、A/D转换器、微控制器、键盘、LCD显示和串行总线接口。微波传感器的信号经过处理后，由A/D转换器转化为数字信号，然后在LCD上实时显示水分含量。键盘接口允许用户进行参数设置和水分标定，串口则负责与计算机的数据通信。微控制器选择Microchip公司的PIC18F6527，具有低功耗、高抗干扰能力及丰富的外围接口。A/D转换器AD7806提供高分辨率的采样，确保检测精度。系统采用5 V工作电压，采用光电隔离减少外部干扰，增强系统可靠性。 软件设计包括数据采集、水分值标定、水分值推算、系统灵敏度调节和显示模块。系统灵敏度的调整使得该检测系统能够适应不同的粮食种类和状态，优化检测效果。 基于微波的粮食水分检测系统设计旨在解决传统检测方法的不足，通过微波技术实现快速、准确的水分测定，有助于提高粮食产业的效率和准确性，保障粮食的质量安全。

随着移动通信技术的发展，射频(RF)电路的研究引起了广泛的重视。采用标准CMOS工艺实现压控振荡器(VCO),是实现RF CMOS集成收发机的关键。过去的VCO电路大多采用反向偏压的变容二极管作为压控器件，然而在用实际工艺实现电路时，会发现变容二极管的品质因数通常都很小，这将影响到电路的性能。于是，人们便尝试采用其它可以用CMOS工艺实现的器件来代替一般的变容二极管，MOS变容管便应运而生了。 【新型MOS变容管的射频振荡器设计】是现代移动通信技术中的关键环节，因为射频（RF）电路对于实现高效的RF CMOS集成收发机至关重要。传统的压控振荡器（VCO）通常依赖于反向偏压的变容二极管作为压控元件，但这种二极管的品质因数低，限制了电路性能。为了解决这个问题，研究者们发展了MOS变容管。 MOS变容管是通过将MOS晶体管的漏极、源极和衬底短接形成的一种新型电容，其电容值能够根据栅极与衬底之间的电压VBG变化而改变。在PMOS电容中，当VBG大于阈值电压绝对值时，电容工作在强反型区域，而在VG大于衬底电压VB时，电容工作在积累区。在这个过程中，栅氧化层与半导体之间的界面电压为正，允许电子自由移动，导致电容值增大。在不同的工作区域内，电容值会有变化，这主要由耗尽区域电容Cb和界面电容Ci共同决定。 在设计中，有两种主要类型的MOS变容管：反型和积累型。反型MOS变容管工作在强、中和弱反型区，不进入积累区，因此具有较宽的调谐范围。而积累型MOS变容管通过抑制空穴注入，仅工作在耗尽区和积累区，这提供了更大的调谐范围和更低的寄生电阻，从而提高品质因数。积累型MOS变容管的制作可以通过去除漏源结的p掺杂，用n掺杂衬底接触来实现，这降低了寄生电阻且无需额外的工艺流程。 在VCO的电路设计中，通常采用对称CMOS结构，以减少振荡时电位变化对变容管电容值的影响，提高频谱纯度。电感需要与变容管匹配，并且使用大型的片内集成电感和积累型MOS变容管组成的LC振荡回路，尽管损耗较高，但通过增大负跨导可以维持振荡。为了保证起振和等幅振荡，耦合晶体管需要较大的宽长比，但这也带来了更大的寄生效应。设计通常基于特定的半导体工艺，例如TSMC的0.35μm锗硅射频工艺模型PDK，使用三层金属构造平面螺旋八边形电感。 在实际应用中，VCO的振荡频率取决于选取的电感值和变容管的电容调谐范围。通过优化这些参数，可以设计出满足特定需求的高性能射频振荡器，服务于现代通信系统。

本书《使用电磁场仿真进行微波电路建模》详细介绍了如何利用电磁场仿真工具进行微波电路的设计与优化。书中不仅涵盖了电磁场求解器的基本原理，还探讨了各种数值方法如矩量法（MoM）、有限元法（FEM）、有限差分时域法（FDTD）等的应用。作者通过大量的实际设计案例，展示了这些工具在解决微波电路设计中的优势和局限性，并强调了网格划分、收敛性、去嵌入和可视化等关键问题。此外，书中还讨论了不同类型的滤波器设计，如微带指形滤波器、边缘耦合滤波器等，以及如何选择合适的软件工具来满足特定的设计需求。本书适合从事微波电路设计的工程师和技术人员阅读，旨在帮助读者更好地理解和应用电磁场仿真技术，提高设计效率和准确性。