天線測量與微波測量實(shí)驗(yàn)講義全

.17/17天線測量與微波測量實(shí)驗(yàn)講義〔試用實(shí)驗(yàn)一、喇叭天線方向圖的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饫忍炀€的方向圖特性；掌握天線方向圖的測量方法。實(shí)驗(yàn)原理：bh2bh2ψOE2ψOHRERHoXYZahab-je-j-je-jKR2λREH=<1+cosθ>E0b[<λRH>/8]1/2{exp[j<π/4>λR2λR<<1/ah>+<2sinθ/λ>>2][C<u1>+C<u2>-jS<u1>-jS<u2>]+exp[j<π/4>λRH<<1/ah>-<2sinθ/λ>>2][C<u3>+C<u4>-jS<u3>-jS<u4>]}xEE={1+[1-<λ/<2a>>2]1/2cosθ}{[C<w1>+C<w2>]2+[S<w1>+S<w2>]2}1/2x0式中:∫exp[±j<π/2>t2]dt=C<x>±jS<x>0u1=<1/2>1/2{[ah/<λRH>1/2]+<λRH>1/2[<1/ah>+<2sinθ/λ>]}u2=<1/2>1/2{[ah/<λRH>1/2]-<λRH>1/2[<1/ah>+<2sinθ/λ>]}u3=<1/2>1/2{[ah/<λRH>1/2]+<λRH>1/2[<1/ah>-<2sinθ/λ>]}u4=<1/2>1/2{[ah/<λRH>1/2]-<λRH>1/2[<1/ah>-<2sinθ/λ>]}w1=[bh/<2λgRE>1/2]+{[<2λgRE>1/2/λ]sinθ}w2=[bh/<2λgRE>1/2]-{[<2λgRE>1/2/λ]sinθ}w1=[bh/<2λgRE>1/2]+{[<2λgRE>1/2/λ]sinθ}w1=[bh/<2λgRE>1/2]+{[<2λgRE>1/2/λ]sinθ}w1=[bh/<2λgRE>1/2]+{[<2λgRE>1/2/λ]sinθ}實(shí)驗(yàn)裝置：測量方向圖所需的基本設(shè)備可分為發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩大部分。發(fā)射系統(tǒng)由信號源、傳輸系統(tǒng)和發(fā)射天線組成,接收系統(tǒng)一般由接收天線、檢波裝置和指示器組成。本實(shí)驗(yàn)將被測天線指示器作為接收天線。實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備方框圖如下指示器輔助發(fā)射天線隔離器信號源輔助發(fā)射天線隔離器信號源同軸電纜同軸電纜接收天線檢波器波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換接收天線檢波器波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換被測天線安裝在方位角可旋轉(zhuǎn)的支架上。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1、選擇測試距離。2、測量角錐喇叭天線的H面方向圖〔由于條件所限,暫不測E面方向圖。測量時(shí)找準(zhǔn)最大輻射方向,否則測試結(jié)果誤差很大?？梢越七@樣來找最大輻射方向,先粗略找出最大輻射方向,根據(jù)方向圖對稱性,左右旋轉(zhuǎn)到讀數(shù)相等處,此二方向之角平分線方向即為最大輻射方向,至少應(yīng)檢驗(yàn)兩次。以此最大輻射方向作為θ=00的方向。選擇適當(dāng)?shù)慕嵌乳g隔測量方向圖〔在方向圖變化快的部分測試的點(diǎn)應(yīng)密集一些,在方向圖變化緩慢的部分測試的點(diǎn)可稀疏一些。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1、由于條件所限,不能測晶體定標(biāo)曲線,故應(yīng)適當(dāng)選擇信號源的輸出功率,使得檢波電流的最大值不超過10微安,這樣就可以認(rèn)為檢波器是平方律檢波。2、由于測量天線方向圖的儀器設(shè)備僅有一套,要求在實(shí)驗(yàn)過程中一定要注意正確使用儀器,避免損壞儀器；3、在測試過程中不要改變信號源的輸出功率。六、預(yù)習(xí)要求：1、計(jì)算測試距離；〔喇叭口面尺寸為：ah=140mm,bh=104mm,工作頻率f=9.0GHz2、復(fù)習(xí)角錐喇叭天線方向圖變化規(guī)律；3、設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格；4、寫出預(yù)習(xí)報(bào)告;5、復(fù)習(xí)測試天線輻射特性時(shí)對最小測試距離的要求。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、合作者、實(shí)驗(yàn)原理,畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖,注明測試條件<包括測試距離、天線架設(shè)高度等>;2、根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出方向圖；3、根據(jù)所測方向圖求出半功率波瓣寬度；4、分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)二、喇叭天線增益的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用相同天線法測量天線增益的原理；2、學(xué)會用相同天線法測量喇叭天線增益的方法。二、測量原理：根據(jù)收發(fā)天線在自由空間的最大功率傳輸公式〔假定極化匹配,無失配損耗Pr=P0GtGr[λ/<4πR>]2式中:Pr—為接收天線的接收功率;P0—為發(fā)射天線的輸入功率;Gt、Gr—分別為發(fā)射、接收天線的增益系數(shù);λ—天線的工作波長;R—收、發(fā)天線之間的距離<R必須滿足遠(yuǎn)區(qū)最小測試距離>。假定兩天線完全相同,即Gt=Gr=GX—兩相同天線法,則GX=[<4πR>/λ]〔Pr/P01/2由上式可見,測得了λ、R和功率比Pr/P0,就不難由上式求出待測天線的增益。實(shí)用中,一般用分貝數(shù)表示天線的增益。故用分貝數(shù)表示待測天線的增益為:GX<dB>=0.5{20*lg[<4πR>/λ]+10*lg<Pr>-10*lg<P0>}三、測量方框圖及測試步驟:測量方框圖如下:隔離器隔離器功率計(jì)接收喇叭天線發(fā)射喇叭天線信號源功率計(jì)接收喇叭天線發(fā)射喇叭天線信號源測量步驟:<1>、根據(jù)喇叭口面尺寸,工作頻率確定最小測試距離;<2>、按測量方框圖接好線路;<3>、使收發(fā)天線最大輻射方向?qū)?zhǔn);<4>、先將功率計(jì)接于接收天線處測出并記錄Pr,然后把發(fā)射喇叭天線取下,將功率計(jì)接于隔離器的右端測出并記錄P0〔注意：此時(shí)必須把功率計(jì)的量程置于最大量程檔,以防功率過大而燒壞功率計(jì),測出收、發(fā)天線的距離R。將所測結(jié)果代入公式計(jì)算即可得待測天線的增益。要求至少測三次〔在保證滿足最小測試距離的條件下,改變收、發(fā)天線的距離,分別計(jì)算出待測天線的增益,取其算術(shù)平均值作為最終測試結(jié)果。注意:在進(jìn)行測量時(shí),應(yīng)盡量使收、發(fā)天線與傳輸系統(tǒng)匹配;除了保證收、發(fā)天線的距離滿足最小測試距離外,還必須保證收、發(fā)天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)。四、預(yù)習(xí)要求:1、熟悉測量原理和測量步驟;2、了解存在電失配以及在有限距離測量時(shí),存在那些誤差;3、復(fù)習(xí)對最小測試距離的要求,并計(jì)算出最小測試距離;〔喇叭天線的口面尺寸及工作頻率分別為：ah=140mm,bh=104mm,f=9.0GHz4、設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格,寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理,畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖,注明測試條件<包括測試距離、天線架設(shè)高度等>,給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果;2、分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)三、帶通濾波器的性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用；2．掌握測試濾波器性能的方法；3．了解微波器件駐波比的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理信號源ZLPiPLT1T2一般濾波器都可以看作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),如下圖所示。信號源ZLPiPLT1T2[S][S]工程上習(xí)慣于用插入衰減L來描述濾波器的工作特性。L定義為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸出端口接匹配負(fù)載時(shí),網(wǎng)絡(luò)輸入端口的入射功率Pi與負(fù)載所得到的功率PL之比,常用對數(shù)表示為:L=10*lg<Pi/PL>=10*lg[1/<S21>2]<dB>L<dB>L<dB>LSLSf<Hz>Lpf<Hz>Lpfs2fs1fC2fs2fs1fC2fc1圖中LS為阻帶最小插入衰減,fS為阻帶邊界頻率;Lp為通帶最大插入衰減,fc為通帶截止頻率。因此,只要我們能測出濾波器這個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)的分貝值[20*lg〔S21>],將其乘上-1就能得到濾波器插入損耗的分貝值,從而就可了解濾波器的性能。三、測試方框圖和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容掃頻掃頻信號源BABA網(wǎng)絡(luò)分析儀濾波器檢波器電橋網(wǎng)絡(luò)分析儀濾波器檢波器電橋測試方框圖IL<dB>實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.用AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試濾波器的傳輸參數(shù)的分貝值[IL<dB>=20*lg<S21>]與頻率的關(guān)系曲線<如下圖示>,由此曲線就可了解濾波器的性能指標(biāo)。2.測試濾波器在通帶范圍內(nèi)的最大駐波比<SWRmax>。IL<dB>ILPILPILSILSfC2fc1fs2ffC2fc1fs2fs1f<HZ>四、實(shí)驗(yàn)步驟1.設(shè)置掃頻信號源的輸出功率<7dBm>;2.給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率<注:濾波器的通帶寬度為0.86—1.8GHZ,此數(shù)據(jù)僅供設(shè)置起始頻率和終止頻率時(shí)參考>;3.在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口;4.對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn);5.按測量方框圖接好線路;6.記錄濾波器的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線,并在曲線上標(biāo)明ILP和ILS的值以及所對應(yīng)的fc1、fc2和fs1、fs2<注:ILS=-18dB,ILP=-1dB>;7.將濾波器的輸出端接上匹配負(fù)載記錄其在通帶范圍內(nèi)的最大駐波比。五、預(yù)習(xí)要求1.認(rèn)真閱讀AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用說明書,熟悉其使用方法;2.熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟;3.寫出預(yù)習(xí)報(bào)告,并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理,畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖,注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2.根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出濾波器的傳輸損耗與頻率的關(guān)系曲線；3.分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)四、定向耦合器性能的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步熟悉AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用；2.掌握測試定向耦合性能的方法；3.熟悉微波器件駐波比的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理定向耦合器常用于對規(guī)定流向微波信號進(jìn)行取樣。在無內(nèi)負(fù)載時(shí),定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。下圖給出了具有內(nèi)負(fù)載主線主線輸出outPiin主線輸入outPiin主線輸入Pocpcp耦合輸出Pc耦合輸出Pc其耦合度定義為當(dāng)主線輸出端口接匹配負(fù)載時(shí),主線輸入端口的輸入功率Pi與副線耦合輸出端口的輸出功率PC之比,用分貝表示即為KC=10*lg<Pi/PC><dB>因此,只要我們測出了主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值,將其乘上-1就可得到定向耦合器的耦合度。其主線損耗定義為當(dāng)副線耦合輸出端口接匹配負(fù)載時(shí),主線輸入端口的輸入功率Pi與主線輸出端口的輸出功率PO之比,用分貝表示即為KO=10*lg<Pi/PO><dB>當(dāng)然主線損耗包括能量耦合損耗和能量耗散損耗兩方面。因此,只要我們測出了主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值,將其乘上-1就可得到定向耦合器的主線損耗。其方向性定義為當(dāng)主線的輸出端口接匹配負(fù)載時(shí),由耦合端口輸入的功率PCP與傳輸?shù)街骶€輸入端口的功率POin之比,用分貝表示即為KD=10*lg<PCP/POin><dB>因此,只要我們測出了副線耦合端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值,將其乘上-1就可得到定向耦合器的方向性。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和測試方框圖定向耦合器1.耦合度的測試定向耦合器BAcpout匹配負(fù)載網(wǎng)絡(luò)分析儀in檢波器電橋掃頻信號源測試方框圖如下:BAcpout匹配負(fù)載網(wǎng)絡(luò)分析儀in檢波器電橋掃頻信號源在定向耦合器的工作頻率范圍內(nèi)<0.8—2GHZ>測出其主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線,由此曲線可得它的耦合度與頻率的關(guān)系曲線。2.主線損耗的測試測試方框圖與上圖類似,只是將匹配負(fù)載改接在副線的耦合輸出端口,檢波器改接在主線輸出端口。同樣在定向耦合器的工作頻率范圍內(nèi)<0.8—2GHZ>測出其主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線,由此曲線可得它的主線損耗與頻率的關(guān)系曲線。3.方向性的測試網(wǎng)絡(luò)分析儀BA匹配負(fù)載out檢波器incp定向耦合器電橋掃頻信號源測試方框圖如下:網(wǎng)絡(luò)分析儀BA匹配負(fù)載out檢波器incp定向耦合器電橋掃頻信號源在定向耦合器的工作頻率范圍內(nèi)<0.8—2GHZ>測出其副線耦合輸出端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線,由此曲線可得它的方向性與頻率的關(guān)系曲線。4.定向耦合器主線輸入端口駐波比的測試<此次暫不做>在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的測試方框圖中,將主線輸出端口和副線耦合輸出端口均接上匹配負(fù)載,測出定向耦合器主線輸入端口在其工作頻率范圍內(nèi)<0.8—2GHZ>的駐波比曲線。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.設(shè)置掃頻信號源的輸出功率<7dBm>;2.給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3.在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口;4.對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn);5.分別按四個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所給出的測試方框圖接好線路,并分別記錄下主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、副線耦合輸出端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口在其工作頻率范圍內(nèi)<0.8—2GHZ>的駐波比曲線,然后再分別由這些曲線讀出定向耦合器在其工作頻率范圍內(nèi)的<KC>min、<KO>max、<KD>min和<SWR>max。五、預(yù)習(xí)要求1.熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟;2.寫出預(yù)習(xí)報(bào)告,并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理,畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖,注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2.根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出定向耦合器在其工作頻率范圍內(nèi)的主線輸入端口與副線耦合輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口與主線輸出端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、副線耦合輸出端口與主線輸入端口之間的傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、主線輸入端口的駐波比曲線；3.分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)五、微波功分器的性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握AV3616XA標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用；2.掌握測試微波功分器性能的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理信號輸出端口2信號輸出端口1信號輸入端口微波功分器是用于微波功率分配的器件。一般情況下,它是一個(gè)多端口網(wǎng)絡(luò)。下圖所示為一個(gè)一分為二的微波功分器的方框圖,它是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)。信號輸出端口2信號輸出端口1信號輸入端口它應(yīng)滿足的條件為：〔1、信號輸出端口1與信號輸出端口2的輸出電壓等幅〔幅度平衡、同相〔相位平衡；〔2信號輸入端口無反射。因此,只要我們分別測出信號輸入端口與信號輸出端口1和信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值,就可以了解這兩個(gè)輸出端口的輸出電壓的幅度關(guān)系〔由于標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀不能測出電壓傳輸參數(shù)的相位,因此這兩個(gè)輸出端口的輸出電壓的相位關(guān)系我們無法知道；將兩個(gè)信號輸出端口均接上匹配負(fù)載,測試信號輸入端口的駐波比,就可知道信號輸入端口有無反射。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方框圖信號輸入端口信號輸出信號輸入端口信號輸出端口2網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻信號源電橋檢波器功分器BA匹配負(fù)載信號輸出端口1測試方框圖如下網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻信號源電橋檢波器功分器BA匹配負(fù)載信號輸出端口1在功分器的工作頻率范圍內(nèi)〔0.5—2GHZ測量其信號輸入端口與信號輸出端口1之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線。2．測試信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值將上圖中的信號輸出端口1接上匹配負(fù)載,信號輸出端口2接上檢波器,即可測量功分器在其工作頻率范圍內(nèi)信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線。3．測試信號輸入端口的駐波比曲線將上圖中的信號輸出端口1和信號輸出端口2均接上匹配負(fù)載,測試信號輸入端口的駐波比與頻率的關(guān)系曲線。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.設(shè)置掃頻信號源的輸出功率<7dBm>;2.給掃頻信號源設(shè)置適當(dāng)?shù)钠鹗碱l率和終止頻率;3.在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上設(shè)置傳輸和反射的輸入端口;4.對標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn);5．分別按三個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所給出的測試方框圖接好線路,并分別記錄下功分器在其工作頻率范圍內(nèi)信號輸入端口與信號輸出端口1之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線和信號輸入端口的駐波比SWR與頻率的關(guān)系曲線。五、預(yù)習(xí)要求1.熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟;2.寫出預(yù)習(xí)報(bào)告,并設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.寫出實(shí)驗(yàn)名稱、作者、同作者、實(shí)驗(yàn)原理,畫出實(shí)驗(yàn)裝置方框圖,注明座位號以及網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置參數(shù);2．根據(jù)測試結(jié)果在坐標(biāo)紙上畫出功分器在其工作頻率范圍內(nèi)的信號輸入端口與信號輸出端口1之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線、信號輸入端口與信號輸出端口2之間的電壓傳輸參數(shù)的分貝值IL<dB>與頻率的關(guān)系曲線和信號輸入端口的駐波比SWR與頻率的關(guān)系曲線；3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷功分器的性能；4．分析可能引起測量誤差的因素。實(shí)驗(yàn)六、微波功率放大器的性能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟練掌握AV