微波实验单元项目 实验三

实验三--微波波导波长与频率的测量实验三微波波导波长与频率的测量、分析和计算一、实验目的(1)熟悉微波测量线的使用；(2)学会测量微波波导波长和信号源频率；(3)分析和计算波导波长及微波频率。

二、实验原理测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当终端负载与测量线匹配时测量线内是行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。

根据驻波分布的特性，在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这种情况下，两个驻波波节点之间的距离即为波导波长的1/2 ，所以只要测量出两个驻波波节点之间的距离，就可以得到信号源工作频率所对应的波导波长。

方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置d min 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。

根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置d1，d2，d3，d4… 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，这样便可通过下式算出波导波长。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-+-=0min 10min 20min 30min 423421d d d d d d d d g λ(3-1)方法二：交叉读数法测量波导波长，如图 3-1 所示。

图 3-1 交叉读数法测量波节点位置为了使测量波导波长的精度较高(接近实际的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。

在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I 0 (可选取最大值的 20%)所对应的两个位置 d 1、d 2，则取 d 1、d 2 之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置 d min1 。

用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置 d min2 ，如图 3-1 所示，则 d min1 、 d mi n2 与系统中波导波长之间的关系为：)(21);(21432min 211min d d d d d d +=+= (3-2)1min 2min 2d d g -=λ(3-3)在波导中，还可利用下面公式计算波导波长： ()a g 2100λλλ-= (3-4) 式中，λ0为真空中自由空间的波长。

电磁场与微波测量实验报告微波实验单元项目实验三定向耦合器的特性测量一、实验目的1.了解频谱分析仪的使用方法。

2.学会使用频谱分析仪对信号源提供的信号进行分析。

3.学会定向耦合器。

二、实验原理定向耦合器：定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。

主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。

定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。

定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。

但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。

在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe 小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。

随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。

随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。

这样就出现了各种传输线定向耦合器。

第一个真正意义上的定向耦合器由H. A. Wheeler在1944年设计实现，Wheeler使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。

主线中传输的功率通过多种途径耦合到副线,并互相干涉而在副线中只沿一个方向传输。

三、实验步骤1.耦合度测量(1)按照图中所示连接所使用的仪器。

(2)设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz.-20dBm）。

(3)将输入输出电缆短接。

用频谱分析仪定向耦合器输入端口1的输入信号电平，测试数据记录到表格中。

第一部分微波技术与天线实验实验一微波功率与频率的测量一、实验目的1．了解微波测量系统的组成、测试仪器的工作原理及测试方法。

2．学会用波长计谐振吸收法测频率，掌握吸收式波长计测取频率值的原理和方法。

3．学会用微瓦功率计测功率。

二、实验要求1．充分作好实验前的预习和准备工作，写出预习报告。

2．实验应严格按照仪器使用说明、测量方法和实验步骤进行操作。

三、预习报告要求1．画出实验仪器和器件连接框图。

2．简述实验目的、实验原理和方法。

3．写出实验步骤，画出数据表格。

四、实验注意事项1．开机前必须将信号源的衰减器置于较大衰减量，否则易烧坏器件。

（注意：面板标注“功率”，则向左旋，衰减增大；面板标注“衰减”，则向右旋，衰减增大。

）2．拆接器件时，将信号源工作方式置“外调制”，不要随意关电源。

3．连接器件时，注意波导口方向。

五、实验原理微波信号发生器是由高频部分、调制部分、功率指示器部分、频率显示及衰减显示部分组成。

高频部分是由体效应振荡器、截止式衰减器二个单元组成。

体效应振荡器采用砷化镓体效应二极管作为振荡管，在外加直流偏压的瞬时，所产生的尖峰脉冲电流能量，被不断用来激发谐振腔。

当高频电源送来高频电压加到体效应管上，在谐振腔产生相应射频电压，腔体的输出耦合孔直接耦合输出，经过环流器送到调制器与脉冲形成电路进行调制，从而完成对微波信号的脉冲调幅，工作状态选择电路控制输出状态。

当工作状态选择按键置“等幅”时，信号源输出微波信号，输出功率可直接用微瓦功率计测得，输出信号频率可用外接的波长计测得，也可校对信号源频率显示是否准确。

当工作状态选择按键置“方波”或“脉冲”时，则输出微波调幅信号。

仪器采用PIN调制器来实现微波信号的脉冲幅度调制，整个调制部分是由一套脉冲形成电路及一个PIN调制器构成，由脉冲形成电路产生一系列的脉冲信号，驱动PIN 调制器，从而完成对微波信号的脉冲调制。

图1－1 简单的微波测量系统框图六、实验系统简介一般常用的微波测量系统如图1－1所示。

实验题目：电磁场与微波实验仿真部分班级：姓名：学号：日期：目录实验一微带分支线匹配器 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)1.支节匹配器 (1)2. 微带线 (1)三、实验内容 (2)四、实验步骤 (2)五、仿真过程 (2)1、单支节匹配 (2)2、双支节匹配 (5)3.思考题 (9)五、结论与思考 (10)实验二微带多节阻抗变换器 (12)一、实验目的 (12)二、实验原理 (12)三、实验内容 (13)四、实验步骤 (13)五、实验过程 (14)1、纯电阻负载 (14)五、结论与思考 (24)实验三微带功分器 (26)一、实验目的 (26)二、实验原理 (26)1、散射矩阵 (26)2、功分器 (27)三、实验内容 (28)四、实验步骤 (28)五、实验过程 (28)1、计算功分器参数 (28)2、确定微带线尺寸 (29)3、绘制原理图 (29)4、仿真输出 (30)五、结论与思考 (34)附录：心得体会 (35)实验一 微带分支线匹配器一、实验目的1. 熟悉支节匹配器的匹配原理；2. 了解微带线的基本概念和元件模型；3. 掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络。

二、实验原理1.支节匹配器随着工作频率的提高及响应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。

因此，在频率高达一定数值以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。

常用的匹配电路有：支节匹配器，四分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。

支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。

这类匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的，此电纳（或）电抗元件常用一终端短路或开路段构成。

图1.1 支节匹配器原理单支节匹配的基本思想是选择支节到阻抗的距离d ，使其在距负载d 处向主线看去的导纳Y 是0Y jB +形式。

实验三复反射系数（复阻抗）测量121180166 赵琛一、实验目的1、了解测量线的基本结构和调谐方法，掌握微波晶体检波律的校准方法2、了解驻波测量与阻抗测量的意义与相互关系，熟练掌握用测量线测量反射系数，即复阻抗的基本方法。

3、熟悉Smith阻抗圆图的应用4、了解阻抗调配器作用及阻抗调配方法二、实验原理参看序言 1.3有关部分，1.5.2谐振式波长计，讲义第四部分YM1124单频点信号发生器，YM3892/YM3892A选频放大器使用说明。

测试框图：三、实验要求与步骤1 在测量线后接短路片。

按仪器使用说明正确调试微波信号源，放大器等。

在调试中，一般测量线的探针调节旋钮无需调动，将信号调至最大，并用波长计测出信号源工作频率f，由此计算导波长λg。

2 在测量线后接短路片，用交叉读数法测出各最小点位置Dmin，求导波长λg，并与上面计算得到λg做比较。

3 在测量线后接匹配负载，用直接法测出其驻波系数。

4 在测量线后接膜片+匹配负载，用直接法、二倍最小法、功率衰减法测量其驻波系数，并测出最小点位置，计算该负载的输入阻抗及输入导纳。

功率衰减器的刻度通过查表得到衰减量。

5 取下负载，测量线开口，测一下此时驻波系数ρ及Dmin，计算终端开口时的等效阻抗值。

6 在测量线后接短路片，测量晶体检波律。

四、实验数据与实验分析1 用频率计算λg。

波长计示数为8.45，波长计型号为9507，查表可得，此时f=9.3735GHza=2.286cm，带入公式可求得，λg=44.7mm2 短路法测导波长λg最小读数法读数：（单位：mm）与计算得到λg对比：由数据可见，最小读数法测得的λg稍大于计算频率得到的λg，这个是符合预期的，因为这是由于测量线上开槽线的影响，使得在测量线中测得的导波长比不开槽的相同截面举行波导中的导波长要稍微长一点。

因此，测量线测得的波长稍高于波长计测得的波长。

3 用直接法测阻抗匹配时的驻波系数：分析：可以看出，由于此时阻抗匹配，ρ近似等于1。

微波技术实验报告姓名：陈志成同组人：邢晓芸，宋浩，张明洋学号：1080510113班级：0805101班院系：电子与信息工程学院实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量一、 实验目的1、通过对短路线、开路线的S 参量S 11的测量，了解传输线开路、短路的特性。

2、通过对匹配负载的S 参量S 11及S 21的测量，了解微带线的特性。

二、实验原理S 参量一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。

图中，a 1,a 2分别为网络端口“１”和端口“２”的向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”和端口“2”向外的反射波。

对于线性网络，可用线性代数方程表示。

b 1=S 11a 1+S 12a 2 (1-1) b 2=S 21a 1+S 22a 2写成矩阵形式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡a a S S S S b b 212212211121 (1-2)式中S 11，S 12，S 21，S 22组成[S]参量，它们的物理意义分别为 S 11=11a b 02=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数 S 21=12a b 02=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数 S 12=21a b 01=a “1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“1”端口的传输系数 S 22=22a b 01=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数对于多端口网络，[S]参量可按上述方法同样定义，对于互易二端口网络，S12=S21,则仅有三个独立参量。

三、实验仪器及装置图1模组编号：RF2KM1-1A (OPTN/SHORT/THRU CAL KIT)2模组内容：代号名称说明适用频率范围主要特性MOD-1A OPEN 开路传输线50-500MHz Ruturn Loss≥-1db MOD-1B SHORT 短路传输线50-500MHz Ruturn Loss≥-1db MOD-1C THRU 50Ω微带线50-500MHz Ruturn Loss≥-15dbIntretion Loss≥-0.5db3 RF2000测量主机：一台4 PC机一台，BNC连接线若干四、实验内容及步骤（一）开路线（MOD-1A）的S11测量（1）将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000电源，开机。

微波工程基础实验报告实验一微波同轴测量系统的熟悉一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，熟悉其操作和特性。

2、熟悉矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

二、实验内容1、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。

微波测量系统常用的有同轴和波导两种系统。

同轴系统频带宽,一般用在较低的微波频段。

波导系统损耗低，功率大，一般用在较高频段。

一个完整的微波测量系统通常有信号源，测量装置和指示器三部分组成。

（1）微波信号源部份：它包括微波信号发生器，隔离器和功率、频率监视单元，信号发生器提供测量所需的微波信号，它具有一定频率和足够功率。

功率、频率监视单元是由定向耦合器取出一部分微波能量，经过检测指示来观察信号的稳定情况，以便及时调整，为了减少负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。

（2）测量装置（即测量电路）：包括测量线，调配元件，待测元件和辅助元件（如短路器，匹配负载），以及电磁能量检测器（如晶体检波器，功率计探头等）。

（3）指示部分（即测量接收器）：指示器是显示测量信号与特性的仪表，如直流电流表，测量放大器，功率计，示波器，数字功率计等。

在本学期的实验中我们使用的是AV36580A矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer）作为测量仪器。

2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

a)矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能①提供入射信号的信号源:信号源为激励被测器件，信号源必须在整个感兴趣的频率范围内提供入射波。

被测器件通过传输和反射对激励波做出响应。

被测器件的频率响应通过信号源扫频确定。

测量结果受到多种信号源参数的影响，包括频率范围、功率范围、频率稳定度和信号纯度等。

在矢量网络分析仪中广泛采用合成扫频信号源。

②信号分离器分离入射、反射和传输:信号分离网络分析仪的下一项任务是分离入射、反射和传输信号，从而测量它们各自的幅度和相位。

矢量网络分析仪均采用定向耦合器方法分离信号。

微波测量实验报告实验一微波同轴测量系统的熟悉一.实验目的：1、了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，熟悉其操作和特性。

2、熟悉矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

二.实验内容：1、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。

2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

三.实验步骤及结果：首先介绍实验仪器：AV36589A型矢量网络分析仪：AV36580A矢量网络分析仪采用业界领先的射频实现技术和灵活的操作设计，具有强大的测量功能，能够在无线通信，有线电视，教育及汽车电子等领域完成矢量网络分析。

极快的测试速度和高可靠性有力提高了用户的测试效率和生产能力。

AV36580A矢量网络分析仪可广泛应用于射频产品研发、生产制造及测试计量等多种领域，对滤波器，放大器，天线，电缆，有线电视分接头等射频元件的性能进行多参数测量，并具备对数幅度、线性幅度、驻波、相位、群延时、Smith圆图、极坐标等多种显示格式；提供频响、单端口、响应隔离、增强型响应、全双二端口校准等多种校准方式。

多种外设接口-USB接口、LAN网口、GPIB接口、标准并口和VGA接口提供了强大的系统互联能力。

下面介绍实验任务：a) 矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能：试验中用到的主要为游标添加以及游标移动旋钮，其他功能用鼠标即可完成。

b) S 参数测量步骤：实验中测量S参数使用dB图和史密斯原图两种显示方式测量。

预制参数模式为S11参数模式，并接上器件后直接读取S11矩阵。

c) 如何用Smith圆图显示所测结果以及如何与直角坐标转换：TOOLS工具栏下，下拉选项中可得到simth圆图的显示以及转换直角坐标。

d) 如何保存所测数据，以及可存的数据格式：文件菜单下保存功能，将画面保存为jpeg图片格式方便后续分析。

e) 开路校准件的电容值设定(校准系数)f) 短路校准件的电感值设定(校准系数)g) 仪器提供什么样的校准方法：仪器提供SOLT校准方法，TRL校准方法等集中校准方法，实验中使用SOLT校准方法。