微波技术基础实验报告材料.docx

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微波技术基础实验报告材料

微波技术基础实验报告

实验一矢量网络分析仪的使用及传输线的测量

班级：

学号：

姓名：

华中科技大学电子信息与通信工程学院

一实验目的

学习矢量网络分析仪的基本工作原理；

初步掌握AV365380矢量网络分析仪的操作使用方法；

掌握使用矢量网络分析仪测量微带传输线不同工作状态下的S参数；

通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。

二实验内容

矢量网络分析仪操作实验

A．初步运用矢量网络分析仪AV36580，熟悉各按键功能和使用方法

B．以RF带通滤波器模块为例，学会使用矢量网络分析仪AV36580测量微波电路的S参数。

微带传输线测量实验

A．使用网络分析仪观察和测量微带传输线的特性参数。

B．测量1/4波长传输线在开路、短路、匹配负载情况下的频率、输入阻抗、驻波比、反射系数。

C．观察1/4波长传输线的阻抗变换特性。

三系统简图

矢量网络分析仪操作实验

通过使用矢量网络分析仪AV36580测试RF带通滤波器的散射参数（S11、S12、S21、S22）来熟悉矢量网络分析仪的基本操作。

微带传输线测量实验

通过使用矢量网络分析仪AV36580测量微带传输线的端接不同负载时的S参数来了解微波传输线的工作特性。

连接图如图1-10所示，将网络分析仪的1端口接到微带传输线模块的输入端口，另一端口在实验时将接不同的负载。

四实验步骤

矢量网络分析仪操作实验

步骤一调用误差校准后的系统状态

步骤二选择测量频率与功率参数（起始频率600MHz、终止频率1800MHz、功率电平设置为-10dBm）

步骤三连接待测件并测量其S参数

步骤四设置显示方式

步骤五设置光标的使用

微带传输线测量实验

步骤一调用误差校准后的系统状态

步骤二选择测量频率与功率参数（起始频率100MHz、终止频率400MHz、功率电平设置为-25dBm）

步骤三连接待测件并测量其S参数

1．按照装置图将微带传输线模块连接到网络分析仪上；

2．将传输线模块接开路负载（找老师要或另一端空载），此时，传输线终端呈开路。

选择测量S11，将显示格式设置为史密斯原图，调出光标，调节光标位置，使光标落在在圆图的短路点。

3．记录此时的频率和输入阻抗。

然后将显示格式设置为驻波比，记录下此时的驻波比值。

将显示格式设置为对数幅度，记录下此时的（反射系数）值。

（记录数据时保持光标位置始终不变）

4．将传输线模块的终端接短路负载（找老师要）。

将显示格式设置为史密斯原图，注意观察光标的位置（此时光标所示频率仍为②中的频率），此时光标应在圆图中开路点附近。

5．调节光标至圆图中的开路点，按照③中所示方法和步骤记录数据。

6．将传输线模块另一端接上匹配负载。

将显示格式设置为史密斯原图，将光标调节至最靠近圆图圆心的位置。

7．按照③中方法和步骤记录数据。

五实验记录

矢量网络分析仪操作实验

测量带通滤波器S11反射系数：

Min：

1.032GHz-15.3db

Max：

882MHz0.15db

带通滤波器S11驻波比

Min：

1.032GHz1.38

Max：

888MHz412

带通滤波器S22反射系数

Min：

1.128GHz-35db

Max：

696MHz3.8db

带通滤波器S22驻波比

Min：

1.128GHz1.03

Max：

804MHz190

带通滤波器正向插入损耗S21

Min：

1.8GHz-51db

Max：

1.056GHz-4.3db

带通滤波器带宽

B=315.598MHz

带通滤波器反向插入损耗S12

Min：

1.8GHz-62db

Max：

1.11GHz-2.9db

带通滤波器反向带宽

B=1.847MHz

微带传输线测量实验

1．匹配

频率：

215.125MHz

输入阻抗：

实部：

49.9Ω虚部：

-1mΩ

驻波比：

1.019

反射系数：

-40.677db

2．短路

频率：

179.23MHz

输入阻抗：

实部：

6.22kΩ虚部：

26Ω

驻波比：

45

反射系数：

-0.35db

3．开路

频率：

166MHz

输入阻抗：

实部：

270mΩ虚部：

-451mΩ

驻波比：

47

反射系数：

-0.34db

六数据分析处理

矢量网络分析仪操作实验

散射参量S的定义为：

散射参量矩阵[S]中各元素的意义分别为：

S11：

当输出端接匹配负载时，输入端口的电压反射系数；

S22：

当输入端接匹配负载时，输出端口的电压反射系数；

S12：

当输入端接匹配负载时，输出端口到输入端口的电压传输系数；

S21：

当输出端接匹配负载时，输入端口到输出端口的电压传输系数。

因此网络输入端电压反射系数的模

，故输入驻波比为：

回波损耗（returnloss）Lr：

回波损耗用来描述反射系数的幅度,有时又称为失配损耗。

它与负载反射系数大小有关,其绝对值越大，则表明负载匹配越好，反射越小。

引入回波损耗以后，反射系数的大小就可用dB形式来表示。

插入损耗（Insertionloss）IL：

插入损耗定义为网络输出端接匹配负载时，网络输入端入射波功率Pi与负载吸收功率PL之比，即：

用分贝表示，为：

微带传输线测量实验

1．匹配

传输线输入阻抗的表达式为：

我们可以利用上式分析负载阻抗

沿着特性阻抗

，长度为d的传输线是如何变换的，它已通过波数β考虑到了工作频率的影响，β能用频率和相速度或者波长表示，它们分别是

和

。

此时应有：

1．输入阻抗等于特性阻抗50Ω，有实验数据可知输入阻抗已经很接近特性阻抗的值。

2．驻波比等于1，实验记录为1.019与理论值接近。

3．反射系数等于0，实验记录为-40.677db=0.0000857，反射系数很小可以看做0。

2．短路

假如

（负载相当于短路线），输入阻抗表达式可表示为：

我们注意到阻抗随着负载的距离增加而周期性变化。

阻抗等于负载阻抗，其值为零，随着距离d的增加，线路的阻抗为纯虚数，而数值随着增加。

在此所在位置阻抗为正，表示线路呈现电感特性。

当d达到1/4波长时，阻抗等于无穷大，这代表开路线情况。

进一步增大距离，出现负的虚阻抗，它等效为电容特性。

当

时阻抗变为零，而当

时则又重复一个新的周期。

此时应有：

1．1/4波长处输入阻抗等于无穷大，实验数据为实部：

6.22kΩ虚部：

26Ω可以看做无穷大。

2．驻波比理论上是无穷大，但实际上不能达到，实验记录中驻波比为45已经很大了

3．理论上此时的反射系数模值为1，实验记录数据为-0.35db=0.92257，与1很接近。

3．开路

假如

，输入阻抗简化为：

可以看到，开路传输线的输入阻抗也是随着负载的距离增加而周期性变化的。

类似于短路传输线，也可以对开路传输线进行周期性分析。

此时应有：

1．1/4波长处输入阻抗等于短路，实验数据为实部：

实部：

270mΩ虚部：

-451mΩ可以看做短路。

2．驻波比理论上是无穷大，但实际上不能达到，实验记录中驻波比为47已经很大了

3．理论上此时的反射系数模值为1，实验记录数据为-0.34db=0.924698，与1很接近。

七思考题

1.从图1-3上分析，如果测量被测微波器件的2端口S参数，其内部开关将处于什么工作状态？

AV36580矢网工作原理如下，由内置合成信号源产生30k～3GHz的信号，经过S参数测试装置分成两路，一路作为参考信号R，另一路作为激励信号，激励信号经过被测件后产生反射信号A和传输信号B，由S参数测试装置进行分离，R、A、B三路射频信号在幅相接收机中进行下变频，产生4kHz的中频信号，由于采用系统锁相技术，合成扫频信号源和锁相接收机同在一个锁相环路中，共用同一时基，因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在4kHz的中频信号中，此中频信号经A/D变换器转换为数字信号，嵌入式计算机和数字信号处理器（DSP）从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出被测网络的S参数，最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。

当测量被测微波器件的2端口S参数时，其内部开关左侧与地相连，右侧反之，使端口2信号作为R信号进入后续的处理流程中。

2.对记录的数据进行分析，并思考为什么开路负载时在短路点的光标，在接上短路负载后会在开路点附近？

答：

开路负载和短路负载之间相差了1/4波长，又因为具有1/4波长的变换性，所以出现了开路负载时在短路点的光标，在接上短路负载后会在开路点附近的现象。