微波基本参数测量

实验八微波二端口网络参数的测量、分析和计算一、实验目的(1)理解可变短路器实现开路的原理；(2)学会不同负载下的反射系数的测量、分析和计算；(3)学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的[S]参数。

二、实验原理[S] 参数是微波网络中重要的物理量，其中[S]参数的三点测量法是基本测量方法，其测量原理如下：对于互易双口网络有S12=S21，故只要测量求得S11、S12 及S21三个量就可以了。

被测网络连接如图8-1 所示。

图8-1 [S] 参数的测量设终端接负载阻抗Z l，令终端反射系数为Γl，则有: a2 = Γl b2, 代入[S]参数定义式得：于是输入端（参考面T1）处的反射系数为将待测网络依次换接终端短路负载(既有Γl = -1)、终端开路负载(即Γl = 1)和终端匹配负载(即Γl = 0)时，测得的输入端反射系数分别为Γs、Γo 和Γm，代入式（8-1）并解出：由此得到[S]参数，这就是三点测量法原理。

在实际测量中，由于波导开口并不是真正的开路，故一般用精密可移动短路器实现终端等效开路l0位置（或用波导开口近视等效为开路），如图8-2 所示。

图8-2 用可变短路器测量[S]参数实验步骤三、实验内容和步骤(1)将匹配负载接在测量线终端，并将测量线测试系统调整到最佳工作状态；(2)将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针座位置（测量线前的大旋钮），使选频放大器指示为零(或最小)，此时的位置即为等效短路面，记作zmin0 ；(3)在终端将短路片取下，换接上可变短路器，在探针位置zmin0 处，调节可变短路器使选频放大器指示为零(或最小)，记录此时可变短路器的位置l1 ；(4)继续调节可变短路器，使选频放大器指示再变为零，再记录此时可变短路器的位置l2 ；(5)在终端将可变短路器取下，换接上待测网络，并在待测网络的终端再接上匹配负载，按照实验五的方法测量和计算得到此时的反射系数Γm ；(6)在待测网络的终端取下匹配负载，换接上可变短路器，并将可变短路器调到位置l1 ，按照实验五的方法测量和计算得到此时的反射系数Γs；(7)将可变短路器调到终端等效开路位置，即l0=(l1+l2)/2 的位置，按实验五的方法测量和计算得到此时的反射系数Γo；(8)要求反复测量三次，并处理数据(即参考实验五方法，将根据测量得到的Imin 、Imax 、zmin1 等数据计算相应的反射系数) ；(9)再根据式（8-3）计算得到[S]参数。

微波测量方法本文来自: 微网论坛作者: huangfeihong88日期: 前天 22:52阅读: 25人打印收藏微波测量微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、功率测量和频率测量是微波中最常测量的三个基本参量，而其他的二级参量（如Q值、衰减、介电常数、铁磁共振线宽△H、阻抗等等）的测量都可以归结到这三种基本参量的测量加以解决。

应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中必不可少的概念和调整步骤，任何微波系统正式工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配状态。

匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态：此时微波功率由信号向负载传输而不出现反射波（驻波比ρ＝1）。

为什么通常总要把微波系统调到良好的匹配状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不好的。

驻波的存在表示信号源与负载未匹配好，能量不能有效地传到负载去，使损耗增大；在大功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处可能发生击穿现象；驻波的存在还会影响信号源的频率稳定，从而影响微波测量的精确度。

1．驻波测量驻波测量是微波测量中最基本、最重要的项目之一。

驻波测量可以判断微波传输系统是否处于良好的匹配状态，还可以测量波导波长、衰减、阻抗、谐振腔Q值、介电常数等等。

下面介绍测量驻波的设备和方法。

驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器，其简单原理是：使探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶体二极管检波后再由指示器指示，从而看出在开槽线中电场的分布情况（相对强度）。

使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先，使探针在开槽波导管内有适当的穿伸度。

显然，探针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而产生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。

探针穿伸度一般取波导窄壁高度b的5—10%。

其次，通过调谐装置使测量线调谐。

调谐的目的是消除探针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功率有效地送至检波晶体管。

其次，注意检波晶体管的检波律。

检波晶体管的检波电流I与管端电压V有关，而V与探针所在处的电场E成正比，I，E满足关系式：,其中κ1，n为常数。

微波基本参数的测量引言一 实验目的1 熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构原理及使用方法；2 掌握微波系统中频率、驻波比、功率等基本参数的测量方法；3 按要求测出测量线中的驻波分布；二 实验原理微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。

要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。

(1) 导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。

导行波的电场E 或磁 场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。

导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0=Z E ,0=Z H 。

电场E 和磁场H ，都是纯横向的。

TEM 波沿传输方向的分量为零。

所以，这种波是无法在波导中传播的。

(B) 横电波（TE 波）：TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。

亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。

(C) 横磁波（TM 波）：TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。

亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。

TE 波和TM 波均为“色散波”。

矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。

(2) 色散波的特点：由于TE 波及TM 波与TEM 波的性质不同。

色散波就有其自身的特点： (a) 临界波长cλ ：矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。

只有当自由空间的波长λ小于临界波长λc 时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。

mm TE 波或mm TM 波的临界波长公式为：22)()(2bn a m c +=λ （1）(b)波导波长gλ和相速V 、群速Vc ：色散波在波导中的波长用gλ表示。

实验五微波的传输特性和基本测量0 前言在微波测量技术中,微波测量的主要内容是频率、驻波比、功率等基本参数。

在微波工程设计中，多数情况下由于边界条件的复杂性，理论分析往往只能获得近似解，最终要通过微波测量来解决，因此，掌握微波测量技术对今后实际科研工作是非常有用的。

1 实验目的(1)初步了解微波测量系统，了解微波器件的使用和特性。

(2)了解微波测量技术，微波的传输特性。

(3)熟悉测量微波的基本参数：频率、驻波比。

(4)了解微波波导波长以及自由空间波长之间的关系。

2 原理2.1 频率的测定由于波长与频率满足关系λ=c/f,因此波长的测量和频率的测量是等效的。

在分米波和厘米波波段，频率的测量常采用谐振腔式波长计，而谐振腔波长计又可分两种：即是传输型谐振腔波长计和吸收型谐振腔波长计。

传输型谐振腔有两个耦合元件，一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。

当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大。

吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路衔接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出。

本实验所用的是吸收式波长计：如图（5—1）所示。

此波长计由传输波导与圆柱形谐振腔构成。

连接处利用长方形孔作磁耦合，螺旋测微计（读数结构）在旋转时与腔内活塞同步。

利用波长表可以测量微波信号源的频率。

当构成波长计的空腔与传输的电磁波失谐时，它既不吸收微波功率，也基本不影响电磁波的传输。

这种当谐振腔内活塞移动到一定位置，腔的体积正好使腔谐振于待测信号的频率，就有一部分电磁波耦合到腔内并损耗在腔壁上，从而使通过波导的信号减弱，即旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。

反映在检波指示器上是一跌落点，此时读出波长表测微头的读数，再从波长表频率对照表上查出对应的频率。

如图（5—2）为不同谐振腔波长计的谐振曲线。

图5—１ 吸收式波长计图5—2 谐振腔波长计谐振曲线(a)为传输型谐振腔波长计谐振曲线 (b)为吸收型谐振腔波长计谐振曲线2.2 波导波长以及驻波比的测量：关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。

（完整）微波基本参数测量实验报告微波基本参数测量实验报告【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。

微波技术的形成以波导管的实际应用为其标志，若干形式的微波电子管(速调管、磁控管、行波管等)的发明，是另一标志。

在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃发展。

因战争需要，微波研究的焦点集中在雷达方面，由此而带动了微波元件和器件、高功率微波管、微波电路和微波测量等技术的研究和发展。

至今，微波技术已成为一门无论在理论和技术上都相当成熟的学科，又是不断向纵深发展的学科。

【实验设计】一、实验原理1、微波微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。

对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，微波炉就是利用这一特点制成的，而对金属类东西，则会反射微波。

2、微波的似声似光性微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多。

使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。

因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小，使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。

由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。

3、波导管波导管是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子。

现代微波与天线测量技术第5 讲：微波网络散射参数测量方法彭宏利博士2008.11微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系第7节微波网络散射参数测量方法主要内容• 7. 1网络分析的基本概念• 7. 2网络分析系统• 7. 3反射参数测量• 7. 4传输参数测量• 7. 5S参数的全面测量及误差修正7.2. 现代网络分析系统设备：网络分析仪网络分析仪是通过测定线性网络的反射参数和传输参数，获得该网络参数频域、时域特性等几乎所有网络特性的测量仪器，S 参数是其中最基本的特性参数。

网络分析仪分为2 类：(1)标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息；(2)矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。

系统组成原理基本的网络分析仪：主要由信号源、S 参量测量装置及矢量电压表组成。

图7.2-1信号源：向被测网络提供入射信号或激励；S 参量测量装置：是反射测量电路与传输测量电路的组合，首先将入射、反射及传输信号分离开，然后通过转换开关分别进行测量；矢量电压表：测量入射、反射和传输信号的幅值及它们之间的相位差，也可以通过幅相接收机实现此功能。

标量网络分析仪组成图图7.2-2a1 为入射波、b1 为反射波、b2 为传输波，它们的测量通道分别为R（参考）、A、B。

通过这些信号可确定正向S 参数|S11|、|S21|。

将被测网络的激励端与测试端反接，同理可测得|S22|、|S12|。

外差式矢量网络分析仪组成图上图中PFD 为相频检波器，H(s)为环形滤波器，BPF 为带通滤波器。

基本结构与外差式接收机类似：扫频源一方面为DUT 提供激励，一方面可以作为单独的扫频源输出通道S。

参考信号即入射波，通过R 通道进行测量。

反射波、传输波所在的测试通道分别为A、B。

为获得复S 参数而进行的复数除法可用硬件完成，现在多采用对混频所得的中频信号采样和数字化，然后通过数字处理的方法来实现。

网络分析仪与频谱分析仪比较在电路结构方面，矢量网络分析仪与外差式频谱分析仪相似：在预定频率范围内自动测量电路幅度增益与相位，使用内部扫频源或可程控的外部信号源作激励，测量被激励电路的幅度增益与相位。

微波功率测量及误差分析1 引言功率测量是微波测量的重要参数之一。

确定振荡源的输出功率、接收机的测试准确度和接收灵敏度、放大器的增益、无源器件的衰减损耗等都离不开功率的测量。

因此在科研与实际工作中微波功率的准确测量就显得尤为重要，本文试图简述一些基本的微波功率测量方法，然后分析几种常见的误差来源和减小误差的方法。

2 微波功率标准近年来随着微波理论技术的完善和硬件技术的进步，微波设备与测量仪器数量和型式日益繁多。

相应地建立起微波功率、阻抗、频率(波长)及其二次电参量(如衰诚、介质损耗、品质因数等)的标准与基准装置，以使实用和生产中如微波仪器标准化，成为国际上一个普遍重视的问题。

以下就微波小功率标准情况概略介绍一下。

微波功率是微波测量中一个重要的项目,不论研究微波线路或微波管,都需进行功率测量，因而功率测量获得飞速发展。

目前，其侧量范围约从18-10瓦到710瓦，功率频谱到100千兆赫，精度从百分之几十提高到0.1%左右。

测量方法很多，低频时测定电压和电流来确定功率的方法到高频就行不通了，大多数是将电磁能转换成光、力、热等量再进行测量。

近年各国普遍展开了微波功率标准的研究。

但至今尚未完全解决。

它远不像在频率标准上早已确定了以地球的自转周期(平均太阳日)作为频率终极标准或近年来发展起来的利用某些物质分子光谱中的吸收线、发射线以及某些原子跃迁过程来作为频标。

微波功率标准从1954年在荷兰海牙召开的第11届国际电波科学联合大会(U 、R 、S 、I)以来,加强了微波小功率标准的研究和国际比较工作。

看来，微波小功率标准沿着两个方向发展，即基于电磁波辐射压力的“有质”效应法和电磁波热效应的焦耳热法。

它们是建立在质量、时间、长度或直流电量基础上的，因而具有很高的精确度，可作为功率标准或基准。

基于电磁波力效应的“有质”功率计是利用电磁波作用在置于波导或谐振腔内反射元件上的压力。

双片扭刀式瓦特计已成功地在X 带10至200瓦范围内达到士1%精度。

微波基本参数的测量一、实验原理微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。

要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。

(1) 导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。

导行波的电场E 或磁 场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。

导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即： 0=Z E ,0=Z H 。

电场E 和 磁场H ，都是纯横向的。

TEM 波沿传输方向的分量为零。

所以，这种波是无法在波导中传播的。

(B) 横电波（TE 波）：TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。

亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。

(C) 横磁波（TM 波）：TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。

亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。

TE 波和TM 波均为“色散波”。

矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mmTM波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。

(2) 色散波的特点：由于TE 波及TM 波与TEM 波的性质不同。

色散波就有其自身的特点： (a) 临界波长c λ ：矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。

只有当自由空间的波长λ小于临界波长λc 时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。

mm TE 波或mm TM 波的临界波长公式为：22)()(2bn a mc +=λ （1）(b)波导波长g λ和相速V 、群速Vc ：色散波在波导中的波长用g λ表示。

波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速V 。

群速V c 是表示能量沿波导纵向传播的速度，其关系为2*c V V c =。

（实验报告）微波基本参量测量【摘要】微波技术是一门独特的现代科学技术, 我们应掌握它的基本知识和测量的方法。

对微波测试系统的工作原理的分析研究与基本参量的测量, 能使我们掌握微波的基本知识, 了解其传播的特点, 并且我们还能学会对功率、驻波比和频率等量的测量方法。

另外, 在实验过程中我们还能熟悉功率计等实验器材的工作原理和物理学中对有关物理量的测量的思想方法。

【关键词】微波、功率、驻波比、频率、测量【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波, 是无线电波中一个有限频带的简称, 即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波, 是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高, 通常也称为“超高频电磁波”。

微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

对于玻璃、塑料和瓷器, 微波几乎是穿越而不被吸收。

对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。

而对金属类东西, 则会反射微波。

微波的特点有以下几点:第一.微波波长很短。

具有直线传播的性质, 能在微波波段制成方向性极强的无线系统, 也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波, 从而确定物体的方向和距离。

这使微波技术广泛的应用于雷达中。

第二.微波的频率很高, 电磁振荡周期很短。

比电子管中电子在电极经历的时间还要小。

普通电子管不能用作微波振荡器、放大器和检波器, 而必须用原理上完全不同的微波电子管来代替。

第三.许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长正好处在微波波内。

用这特点研究分子和原子的结构, 发展了微波波谱学和量子无线电物理学等尖端学科, 还研制了低噪音的量子放大器和极为准确的分子钟与原子钟。

第四.微波可以畅通无阻的穿过地球上空的电离层。

微波波段为宇宙通讯、导航、定位及射电天文学的研究和发展提供了广阔的前景。

【正文】本实验中, 我们首先要引入两个基本概念: 反射系数与驻波比。