微波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案微波技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用及傳輸線的測量班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：華中科技大學(xué)電子信息與通信工程學(xué)院精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本工作原理；初步掌握 AV365380矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作使用方法；掌握使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量微帶傳輸線不同工作狀態(tài)下的S 參數(shù)；通過測量認(rèn)知1/4 波長傳輸線阻抗變換特性。二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作實(shí)驗(yàn)A初步運(yùn)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AV36580 ，熟悉各按鍵功能和使用方法B以 RF 帶通濾波器模塊為例， 學(xué)會(huì)使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AV36580 測量微波電路的 S 參數(shù)。微帶傳輸線測量實(shí)驗(yàn)A使用網(wǎng)絡(luò)分析儀觀察和測量微帶

2、傳輸線的特性參數(shù)。B測量 1/4 波長傳輸線在開路、短路、匹配負(fù)載情況下的頻率、輸入阻抗、駐波比、反射系數(shù)。C觀察 1/4 波長傳輸線的阻抗變換特性。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案三 系統(tǒng)簡圖矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作實(shí)驗(yàn)通過使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AV36580 測試 RF 帶通濾波器的散射參數(shù)（S11 、S12 、S21 、 S22）來熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本操作。微帶傳輸線測量實(shí)驗(yàn)通過使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AV36580測量微帶傳輸線的端接不同負(fù)載時(shí)的S參數(shù)來了解微波傳輸線的工作特性。連接圖如圖1-10 所示，將網(wǎng)絡(luò)分析儀的1端口接到微帶傳輸線模塊的輸入端口，另一端口在實(shí)驗(yàn)時(shí)將接不同的負(fù)載。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩

3、文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案四 實(shí)驗(yàn)步驟矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作實(shí)驗(yàn)步驟一調(diào)用誤差校準(zhǔn)后的系統(tǒng)狀態(tài)步驟二選擇測量頻率與功率參數(shù)（起始頻率600 MHz、終止頻率 1800 MHz、功率電平設(shè)置為-10dBm）步驟三連接待測件并測量其S 參數(shù)步驟四設(shè)置顯示方式步驟五設(shè)置光標(biāo)的使用微帶傳輸線測量實(shí)驗(yàn)步驟一調(diào)用誤差校準(zhǔn)后的系統(tǒng)狀態(tài)步驟二選擇測量頻率與功率參數(shù)（起始頻率100 MHz、終止頻率 400 MHz、功率電平設(shè)置為-25dBm）步驟三連接待測件并測量其S 參數(shù)1按照裝置圖將微帶傳輸線模塊連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀上；2將傳輸線模塊接開路負(fù)載（找老師要或另一端空載），此時(shí)，傳輸線終端呈開路。選擇測量 S11 ，將顯示格式

4、設(shè)置為史密斯原圖，調(diào)出光標(biāo)，調(diào)節(jié)光標(biāo)位置，使光標(biāo)落在在圓圖的短路點(diǎn)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案3記錄此時(shí)的頻率和輸入阻抗。然后將顯示格式設(shè)置為駐波比，記錄下此時(shí)的駐波比值。將顯示格式設(shè)置為對(duì)數(shù)幅度，記錄下此時(shí)的（反射系數(shù)）值。（記錄數(shù)據(jù)時(shí)保持光標(biāo)位置始終不變）4將傳輸線模塊的終端接短路負(fù)載 （找老師要）。將顯示格式設(shè)置為史密斯原圖，注意觀察光標(biāo)的位置（此時(shí)光標(biāo)所示頻率仍為中的頻率），此時(shí)光標(biāo)應(yīng)在圓圖中開路點(diǎn)附近。5調(diào)節(jié)光標(biāo)至圓圖中的開路點(diǎn)，按照中所示方法和步驟記錄數(shù)據(jù)。6將傳輸線模塊另一端接上匹配負(fù)載。將顯示格式設(shè)置為史密斯原圖，將光標(biāo)調(diào)節(jié)至最靠近圓圖圓心的位置。7按照中方法和步驟記錄數(shù)據(jù)。五 實(shí)驗(yàn)

5、記錄矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作實(shí)驗(yàn)測量帶通濾波器S11 反射系數(shù)：Min ：1.032GHz-15.3dbMax ： 882MHz0.15db帶通濾波器 S11 駐波比Min ：1.032GHz1.38Max ： 888MHz412帶通濾波器 S22 反射系數(shù)Min ：1.128GHz-35db精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案Max ： 696MHz3.8db帶通濾波器 S22 駐波比Min ：1.128GHz1.03Max ： 804MHz190帶通濾波器正向插入損耗 S21Min ：1.8GHz-51dbMax ： 1.056GHz-4.3db帶通濾波器帶寬B=315.598MHz帶通濾波器反向插入損耗 S1

6、2Min ：1.8GHz-62dbMax ： 1.11GHz-2.9db帶通濾波器反向帶寬B=1.847MHz微帶傳輸線測量實(shí)驗(yàn)1匹配頻率： 215.125MHz輸入阻抗：實(shí)部： 49.9 虛部： -1m 駐波比： 1.019反射系數(shù)： -40.677db精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2短路頻率： 179.23MHz輸入阻抗：實(shí)部： 6.22k 虛部： 26 駐波比： 45反射系數(shù)： -0.35db3開路頻率： 166MHz輸入阻抗：實(shí)部： 270m 虛部： -451m 駐波比： 47反射系數(shù)： -0.34db六 數(shù)據(jù)分析處理矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀操作實(shí)驗(yàn)散射參量 S 的定義為：%S11S12%U r 1U i

7、 1%S21S22%U r 2U i 2散射參量矩陣 S 中各元素的意義分別為：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案S11 ：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端口的電壓反射系數(shù)；S22 ：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)，輸出端口的電壓反射系數(shù)；S12 ：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)，輸出端口到輸入端口的電壓傳輸系數(shù)；S21 ：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端口到輸出端口的電壓傳輸系數(shù)。因此網(wǎng)絡(luò)輸入端電壓反射系數(shù)的模S11 ，故輸入駐波比為：1 S111 S11回波損耗 (return loss)Lr：回波損耗用來描述反射系數(shù)的幅度,有時(shí)又稱為失配損耗。它與負(fù)載反射系數(shù)大小有關(guān),其絕對(duì)值越大，則表明負(fù)載匹配越好，反射越小。引入回波損耗以后

8、，反射系數(shù)的大小就可用dB 形式來表示。1Lr10lg220lg( dB)20lg S11 ( dB)插入損耗(Insertionloss)IL ：插入損耗定義為網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，網(wǎng)絡(luò)輸入端入射波功率Pi 與負(fù)載吸收功率PL 之比，即：Pi%21IL%U i 1022PLU r 2%S21U r 2用分貝表示，為：IL1(dB)10log2S21精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案微帶傳輸線測量實(shí)驗(yàn)1匹配傳輸線輸入阻抗的表達(dá)式為：Zin (d)Z Lj Z 0 tan(d )Z 0j Z L tan(d )Z 0我們可以利用上式分析負(fù)載阻抗Z L 沿著特性阻抗 Z 0 ，長度為 d 的傳輸線是如何變換的

9、，它已通過波數(shù)考慮到了工作頻率的影響，能用頻率和相速度或者波長表示，它們分別是( 2 f ) / v p 和2/。此時(shí)應(yīng)有：1輸入阻抗等于特性阻抗50 ，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知輸入阻抗已經(jīng)很接近特性阻抗的值。2駐波比等于 1，實(shí)驗(yàn)記錄為 1.019 與理論值接近。3反射系數(shù)等于 0 ，實(shí)驗(yàn)記錄為 -40.677db=0.0000857，反射系數(shù)很小可以看做 0。2短路假如 Z L0 （負(fù)載相當(dāng)于短路線），輸入阻抗表達(dá)式可表示為：Zin ( d)j Z 0 tan( d )我們注意到阻抗隨著負(fù)載的距離增加而周期性變化。d0 阻抗等于負(fù)載阻抗，其值為零，隨著距離d 的增加，線路的阻抗為純虛數(shù)，而數(shù)值隨著增

10、加。在此所在位置阻抗為正，表示線路呈現(xiàn)電感特性。當(dāng)d 達(dá)到 1/4波長時(shí)，阻抗等于無窮大，這代表開路線情況。進(jìn)一步增大距離，出現(xiàn)負(fù)的虛阻抗，它等效為精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案電容特性。當(dāng) d/ 2 時(shí)阻抗變?yōu)榱?，而?dāng) d/ 2 時(shí)則又重復(fù)一個(gè)新的周期。此時(shí)應(yīng)有：1 1/4 波長處輸入阻抗等于無窮大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為實(shí)部：6.22k 虛部：26 可以看做無窮大。2駐波比理論上是無窮大， 但實(shí)際上不能達(dá)到， 實(shí)驗(yàn)記錄中駐波比為45 已經(jīng)很大了3理論上此時(shí)的反射系數(shù)模值為1 ，實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)為 -0.35db=0.92257，與 1 很接近。3開路假如 Z L，輸入阻抗簡化為：Zin (d)j Z 0 cot(d

11、 )可以看到，開路傳輸線的輸入阻抗也是隨著負(fù)載的距離增加而周期性變化的。類似于短路傳輸線，也可以對(duì)開路傳輸線進(jìn)行周期性分析。此時(shí)應(yīng)有：11/4 波長處輸入阻抗等于短路， 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為實(shí)部： 實(shí)部：270m 虛部： -451m 可以看做短路。2駐波比理論上是無窮大， 但實(shí)際上不能達(dá)到， 實(shí)驗(yàn)記錄中駐波比為47 已經(jīng)很大了3理論上此時(shí)的反射系數(shù)模值為1 ，實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)為 -0.34db=0.924698，與 1 很接近。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案七 思考題1. 從圖 1-3 上分析，如果測量被測微波器件的2 端口 S 參數(shù)，其內(nèi)部開關(guān)將處于什么工作狀態(tài)？AV36580 矢網(wǎng)工作原理如下，由內(nèi)置合成信號(hào)源產(chǎn)

12、生30k 3GHz 的信號(hào)，經(jīng)過 S 參數(shù)測試裝置分成兩路，一路作為參考信號(hào)R，另一路作為激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過被測件后產(chǎn)生反射信號(hào)A 和傳輸信號(hào) B，由 S 參數(shù)測試裝置進(jìn)行分離， R、A 、B 三路射頻信號(hào)在幅相接收機(jī)中進(jìn)行下變頻，產(chǎn)生4kHz 的中頻信號(hào)，由于采用系統(tǒng)鎖相技術(shù)， 合成掃頻信號(hào)源和鎖相接收機(jī)同在一個(gè)鎖相環(huán)路中，共用同一時(shí)基，因此被測網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息包含在4kHz的中頻信號(hào)中，此中頻信號(hào)經(jīng)A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，嵌入式計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）從數(shù)字信號(hào)中提取被測網(wǎng)絡(luò)的幅度信息和相位信息，通過比值運(yùn)算求精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案出被測網(wǎng)絡(luò)的 S 參數(shù)，最后把測試結(jié)果以圖形或數(shù)據(jù)的形式顯示在液晶屏幕上。當(dāng)測量被