三厘米微波测量
三厘米微波测量
实验参考书
一、实验仪器介绍
二、实验系统的安装和调试
三、测量方法
一、实验仪器介绍
（一） YS1123标准信号发生器
YS1123信号发生器采用砷化镓体效应二极管作为振荡器，YS1123的外形图如图一所示。
图一YS1123信号发生器外形图
其技术指标如下：
1、频率范围：7.5GHz～12.4GHz
⑴显示误差：±1.5%（输出功率为不大于5mW时）。
⑵频率稳定度：±5×10-4/15分钟（在等幅状态下，仪器预热30分钟后）。
2、输出功率：
⑴毫瓦输出：在电压驻波比不大于1.7的50Ω负载时不小于5mW。
⑵微瓦输出：-10dBm～-100dBm（在电压驻波比不大于1.7的50Ω负载时）。
a、衰减读数误差±1.5dB。
b、剩余信号不大于-100dBm。
3、寄生频偏：不大于5×10-6，谐波含量不大于-20dB。
4、仪器的工作方式：
⑴等幅：连续波输出。
⑵内方波调制（）
a、重复频率范围：40～4000Hz；精度：±1%±1Hz
b、分辨率：≤100Hz时，1Hz；>100Hz时，10Hz
c、前后沿均不大于0.5μS
⑶内脉冲调制（）
a、重复频率范围和分辨率：同内方波调制
b、脉冲宽度范围：1～30μS；精度：±1%±1μS
c、前后沿均不大于0.2μS
⑷延迟时间范围：3～300μS；精度：±1%±1μS
⑸外整步可接受重复频率为40Hz～10kHz的正或负极性，幅度为4～18V的脉冲信号（其输出高频调制脉冲宽度、延迟与内调制时相同）。
⑹外调制可接受重复频率为40Hz～10kHz，宽度为0.5μS～300μS，幅度为4～18V的正或负极性的脉冲信号。
⑺整步脉冲输出，无论内或外调制、内方波调制时（负载阻抗不小于10k Ω，负载电容不小于20PF），仪器均能给出前沿优于0.5μS及不小于2V的整步脉冲信号输出。
（二） GX2C-1功率计
GX2C-1功率计是微波功率测量仪器。它是由GX2C-1功率指示器和YS11801功率传感器所组成。并可由用户选购RS232接口或GPIB接口。可供工厂和实验室使用。GX2C-1功率计的外形图如图二所示。
图二GX2C-1功率计外形图
其技术指标如下：
1、频率范围：50MHz～12.4GHz
2、功率测量范围：0.1uW～100mW
3、测量精度: 工作误差±8%
4、电压驻波比： S≤1.4
5、可承受平均功率为：1分钟的超额功率试验。
6、功率基准：50MHz；1.00mW±1.5%
7、噪声漂移: 在任一分钟间隔内±(0.1uW+1字)
8、记录器输出： 0～1V电压，输出阻抗1KΩ。
9、显示方式： W方式，dBm方式及dB方式。
（三） YS3892选频放大器
YS3892选频放大器是一种能检测微弱信号的精密测量放大器。它与信号源和测量线配套使用，可以测量驻波比等。本仪器是微波测量系统中不可或缺的设备。YS3892选频放大器外形图如图三所示。
图三YS3892选频放大器外形图
其技术指标如下：
1、工作频率：1000Hz，可调范围不小于40Hz。
2、通频带： 16Hz～40Hz连续可调。
3、灵敏度：在阻抗为200kΩ，电表满度偏转的情况下，16Hz通带时，不低
于0.5微伏。
4、表头刻度：刻度 0～1000mV；分贝 0～10dB；驻波比1～4，3～10
非线性误差：小于满度的5%。
5、放大器量程： 0～60dB，每10dB±0.5dB步进
0～5dB±0.2dB
0～5dB连续可调。
6、输入阻抗：200kΩ。
（四） BD20A 三厘米波导系统
BD20A 三厘米波导系统包括同轴/波导转换器、E-H 阻抗调配器、定向耦合器、可变衰减器、匹配负载、PX16直读式频率计、可变短路器和晶体检波器等十几种产品，该系统的外形图如图四所示
图四 BD20A 三厘米波导系统外形图
其主要波导器件的技术指标如下： 1、定向耦合器
中心频率耦合度：22dB ±2dB 方向性：≥15dB
电压驻波系数：主、副线均＜1.25 2、可变衰减器 最大衰减：≥30dB 起始衰减：＜0.5 dB 定标误差：±5%（±0.5 dB ） 电压驻波系数：＜1.2 3、晶体检波器
可调电压驻波系数：＜1.05 4、E-H 阻抗调配器
可调电压驻波系数范围：20～1.05 5、匹配负载
电压驻波系数：≤
1.05
6、可变短路器
行程：≥35mm
定位精度：0.01mm
7、PX16直读式频率计
频率测量范围：8.2GHz～12.4GHz
定标误差: ≤0.3%
（五） TC26A三厘米波导测量线
TC26A三厘米波导测量线，改变了以往的调谐状况，采用了先进的不调谐探头。同轴检波管经过加工后，其内导体作为探针直接伸入到开槽波导中，因此，探针与检波晶体之间的长度最短，从而可以不经调谐达到电抗小，效率高，输出响应平坦。三厘米波导测量线的外形图如图五所示。
图五TC26A三厘米测量线外形
其主要技术指标如下：
1、工作频率范围：8.2GHz～12.4GHz
2、合成电压驻波系数：≤1.03
3、探针插入波导深度：1.5mm
4、探头行程：95mm
（六） TS7三厘米波导精密衰减器
其主要技术指标如下：
1、频率范围：8.4GHz～12.4GHz
2、衰减范围：0～50dB
3、测量精度：±0.2dB（附角度—衰减对照表）
4、电压驻波系数：≤1.25
5、起始衰减：≤1 dB
二、实验系统的安装和调试
三厘米波导实验系统的连接图如图六所示。
（一）安装注意事项
1、每一部件连接时必须接触可靠，不能有松动情况，信号源与功率计的外壳均要保持同电位。
2、TS7精密衰减器与TC26A测量线的波导端口要保持平稳，可通过TS7精密衰减器与TC26A测量线机座上的平衡调节螺钉来调到一致。
3、TS7精密衰减器与TC26A测量线的平稳调好后，其余波导接口均向其保持一致，用波导支架来固定高低。
4、为了直接观察PX16频率计的读数的方便，所以在其前面加了一个直波导和
一个90°弯波导，PX16频率计的频率读数是观察两根红条间与竖线重合的标尺读数。在测量频率时，要在频率点附近仔细寻找吸收点。有时PX16频率计对于较小的信号其吸收情况不很明显，这时可适当加大信号源的输出功率。
（二）三厘米波导系统的调试
1、将YS1123标准信号发生器（下称信号源）调到所需要的输出频率，在测量线的输出端用功率计监视信号源的输出功率，一般约5mW。
2、仔细调节E、H阻抗调配器，使指示功率达到最大。
3、将信号源的工作方式置于“方波”，重复频率置于1000Hz，YS3892选频放大器的放大选择置于50dB档，TC26A测量线的输出端接上短路片（测量线附件）。然后来回移动测量线探头的位置，观察选频放大器的指示情况。一旦选频放大器有指示，则再微调信号源的重复频率或在选频放大器上进行频率微调，使选频放大器的指示为最大。
4、在完成信号源的重复频率和选频放大器频率保持一致的调节后，将选频放大器接到晶体检波器的输出端，调节晶体检波器上三个调谐螺钉，使之指示最大。然后用PX16频率计就可测出信号源的输出频率。
5、TC26A三厘米测量线的测量端口接上匹配负载，适当减小信号源的输出功率，以保证在平方律检波的正确测量。仔细调节E、H阻抗调配器，使之驻波系数最小，一般在1.03左右，这样整个三厘米波导系统就调试好了。
三、测量方法
（七） 频率和波长的测量
1、电磁波的频率和波长可由它在媒质中的传播速度联系起来。
这关系是： 式中： 是频率， 是波长，而V 是电磁波的传播速度。电磁波在空气中的传播速度近似地等于自由空间内的速度。
通常取 V=3×1010厘米/秒
沿Z 轴方向传播TE 10波的各个分量为
其中，相位常数
波导波长
临界波长
所以 为了使波导内只传播TE 10波，波导截面尺寸应满足
一般取 目前，我国通常取
其主模频率范围为8.20～12.50GHz ，截止频率为6.557GHz 。
)cos()sin(0
)sin()
(0
2)
(0)
(02
2
2==-
====---y t j z t j x z x t j y H e X a E a
j H e X a E H E E e X a
E E β
ωβωβωπωμππ
ωμβ
π
g
λπ
β2=
200
200)2(1)(1a c g λλλλλλ-=
-=f
c
a c ==02λλ0
λλ>g 20,2λλλ<<<
b mm a 16.10,86.22==V
f =λf λ
2、实验系统的连接如图二所示，是用吸收式频率计作频率测量的实验。
图 二
测量方法：
系统中的PX16频率计为吸收式频率计，其结构如图三所示。当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去，在谐振时，腔中场很强，反射回去也强。使之频率计的输出在谐振时明显减小，如图四所示。
图 三 吸收式频率计结构 图 四
例如，将信号源的频率调节到10GHz 左右。如果用GX2C-1功率计来测的话，信号源的工作状态为“等幅”或“方波”都可以。如果用YS3892选频放大器或示波器来测量的话，信号源需要放在内方波，并且方波的重复频率必须是1000Hz 左右。当有指示时，慢慢旋动频率计在10GHz 附近转动。当转动到输出幅度明显降低，在降低到最低的频率时，就是所测信号源的频率。由于频率计的测量精度是小于0.3%，所以这种测量的精度是很高的。
f f
3、用测量线来测量波长和频率 （1）实验连接如图五所示
图 五
（2）测试方法
a 、按图五接好实验系统
b 、打开信号源，调节输出电平及频率、方波内调制、重复频率为1000Hz 左右。
c 、移动测量线探针，同时适当调整放大器的增益避免在最大输出位置时使选频放大器的表头指针打表。来回移动测量线的探针，观传输在终端短路情况下全反射的驻波分布情况。
d 、用“平均法”找出两个相邻的最小点位置D 1和D 2，即：移动探针在驻波最小点左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的位置d 1和d 2，然后取其平均值、即为所需的最小点位置D 1，用相同的方法找出相邻的最小点D 2，如图六所示
图 六
e 、求出最小点位置D 1和D 2
相邻两个最小点的距离即为半个波导波长
2
(243)
22
11d d D d d D +=+=
2
12D D g -=λ
D 1和D 2的位置在测量线上通过标尺读出，如要精确测量的话，同轴测量线可通过附件微测器，波导测量线可通过附件千分表读出。另一种较精确而又直观的方法就是从可变短路器上读出。
f 、用可变短路器找出最小点位置D 1和D 2
首先找出第一个最小点D 1时，将选频放大器的增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时在可变短路器上的刻度位置，然后改变短路器，找出另一个相邻的最小点D 2，再记下可变短路器上的刻度位置，两个刻度数据之差即为1/2λg 。
通过测量出的波导波长，也就可计算出频率和波长，它们之间有一一对应的关系，如图七所示。
图 七 波导由频率换算到波长
（3）这几组测试要注意以下几点
a 、合适调节信号源的功率输出，如果输出调节得太大有时会处于过耦状态。输出的大小会牵引到频率的偏移，这是正常的。
b 、每次改变信号源频率时，都需要重新调整E-H 面阻抗调配器、晶体检波器、测量线等使之处于谐振输出最大状态。
c 、在测量最小点D 1和D 2位置时，选频放大器的增益要随时调整以防止输出太大而打坏表头。
d 、波长测量实验记录。
在波导系统中测量的波长为波导波长，前面已经讲到波导波长
α取22.86mm 当λ0= 30mm 时
2
00
)2(1a
g
λλλ-=735
.39)86
.22230
(
1302
=?-=
g λ
可见λg要大于λ
。
波导波长有好几种测量方法，比较直观的有两种。
⑴用测量线来测量（接短路板）
用平均法测两个相邻波长之间的距离。
第一点波长为98.989mm和100.70mm，两数相加并除2得99.8mm（刻度）第二点波长为118.90mm和120.40mm，两数相加并除2得119.65mm
119.65 - 99.80 = 19.85mm 再×2 = 39.70mm
测出λg = 39.70mm
⑵用可变短路器来测量
改变短路器的位置，也用平均法测出两个相邻波长之间的距离。
第一点波长为34.65和33.67，两数相加并除2得34.16
第二点波长为14.83和13.80，两数相加并除2得14.31
所以34.16 - 14.31 = 19.85 再×2 = 39.70mm
同样λg = 39.70mm
（八）电压驻波比的测量
1、实验目的
通过对电压驻波比的测量实验，让学生掌握驻波测量线的正确使用以及掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。
2、实验原理
测量电压驻波比、阻抗、匹配情况等等，是微波测量的重要工作。驻波测量线就是测量的基本仪器。
测量线由开槽波导，不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以探测微波传输系统中电磁场分布情况。
测量线波导是一段精密加工的开槽直波导，此槽位于波导宽边的正中央，平行于波导轴线，不切割高频电流，因此对波导内的电磁场分布影响很小。此外，槽端还有阶梯匹配段，两端法兰具有尺寸精确的定位和连接孔，而且保证开槽波导有很低的剩余驻波系数。
三厘米波导测量线的外形图见实验仪器介绍部分所示。
滑架是用来安装开槽波导和不调谐探头的。把不调谐探头放入滑架的探头插孔中，拧紧锁紧螺钉，即可把不调谐探头紧固。探针插入波导中的深度，用户可根据情况适当调整。出厂时，探针插入波导的深度为1.5mm ，约为波导窄边尺寸的15%。
电压驻波比的测量方法有未调制的频率法和调制的频率法种。这里只讲述调制的频率法，它的测量连接如图八所示。
图 八
驻波测量是微波测量中最基本和重要内容之一，通过驻波的测量可以测出阻抗、波长、相位等其它参量。在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值1最先值之比，
即
⑴ 小驻波比（1.05 这时,驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值再进行计算。 若驻波波腹点和节点处读数分别为Imax ，Imin 则电压驻波系数为 ⑵ 中驻波比（1.5 此时，只须测一个驻波波腹和一个驻波波节，即直接读出Imax ，Imin ⑶ 大驻波比（S>5） m in m ax E E S =E I I I I I I E E E E E E E S n n n n min 2min 1min max 2max 1max min 2min 1min max 2max 1max ???++???++=???++???++= αmin max min max I I E E S α== 当S>5时，如果直接测量大驻波的最大值，就会引入误差，驻波的最大值超出了指示器量程。此时可用“双倍最小值法”来测量假定晶体工作在平方律检波，则只须测出读数为最小点二倍的两点间距离及波导波长，便可以由下式计算出驻波比，如图九所示。 d 为二倍最小点幅度处 d = X1-X2 对于波导 图 九 当驻波比很大S ≥10时，d 很小 有 必须指出：d 与λg 的测量精度对测量结果的影响很大，因此必须用高精度 的探针位置指示装置（如百分表）进行读数。 （九） 衰减的测量 在传输线的工作中，某一指定器件的介入损失一般也同样随着信号源和负载的阻抗而改变，对于部件的衰减可规定为在两个方向都匹配的传输线中的插入时的介质损失，通常称为插入损耗。 这样规定的衰减和介入损失，包含被测件中有耗材料吸收功率而引起的损耗和在其两端失配而反射功率所引起的损耗，前者为损害性衰减，后者为反射性衰减。 衰减的定义为 式中，A 是衰减或介入损失（dB ）P 1是在线路中未加入指定器件时负载所吸收的功率，P 2是在信号源和负载之间加入指定器件时负载所吸收的功率。 衰减的测量方法很多，在这里介绍两种，用功率比法测量衰减和替代法测量衰减。 d S T πλ= )( sin 112g d S T λπ+=d S g π λ =dB P P A 2 1 log 10= 1、用功率比法测量衰减 ⑴ 按图十接好测量系统 12图 十 ⑵ 先不接被测件，用小功率计测出（A ）点也即被测件的输入功率P 1。 ⑶ 接入被测件，测出被测件的输出功率（B ）点的功率P 2。 ⑷ 被测件的衰减量为 2、用替代法测量衰减 ⑴ 测量所用的信号源输出频率不变，功率输出幅度不变，按图十一接好测量系统。 图 十一 ⑵ 先不接被测件，将TS7精密衰减器调到衰减较大的位置（A ）dB ，改变YS3892选频增益，使之有较大的指示，并确定一指示值记下TS7精密衰减器的读数，并查表得到（A ）的dB 数。 ⑶ 接上被测件，将TS7精密衰减器的衰减调小，调到原定的YS3892选频的指示值，要注意的是，两次转动TS7的衰减调节旋钮方向要一致，要消除机械回差所引起的误差，再一次记下TS7精密衰减器的读数，查表得到（B ）的dB 数。 于是就求得衰减量为 A = |（A ）-（B ）|dB （十） 功率的测量 dB P P A 2 1log 10 GX2C-1功率计是由GX2C-1功率指示器和YS11801功率传感器组成。 GX2C-1是晶体二极管型的功率计，所以有较大的动态范围（50dB ），并在整个动态范围内完全自动调节至合适的测量量程。在一般情况下≤100mW 的输入功率是安全的。 测量步骤： ⑴ 在进行测量前应根据当时被测源的频率来设置功率指示器。 ⑵ 并在探头不接入功率前进行调零操作，然后将探头接在仪器自带的1mW/50MHz 基准源上进行校正操作。然后就可以进行实际测量了。 ⑶ 若要测量波导输出端口的功率时，则需要加一个波导/同轴转换器。 ⑷ 慢慢地调节信号源的输出功率，GX2C-1功率计上将直接显示出当前功率的读数。 （十一） 阻抗的测量（二端口网络） 在各种微波网络中，二端口微波网络是最基本的。例如：衰减器、移相器、阻抗网络变换器等均属于二端口微波网络。 图 十二 驻波图案 如果采用TC26A 测量线，应测量电压驻波比以及电压最小值到输入端平面的距离，然后根据公式利用阻抗圆图求得阻抗值。 1、测量连接图 图 十三 2、测量步骤 ⑴按图十三连接好设备，用PX16频率计和GX2C-1功率计监视信号源输出的频率和功率。 ⑵测量两个相邻的电压最小值之间的距离，以测出传输线的半波长λg/2。 ⑶确定输入参考平面的位置，把短路片（TC26A测量线中配置）安置在测量线的输出端上，并记下探针指示标尺上定出的输入参考平面的位置。 ⑷从测量线的终端移去短路片，并把被测器接在它的位置上。 ⑸测量电压驻波比S和测量线标尺上对应于电压最小值的位置读数D 1 。 ⑹计算输入参考平面T 1到电压最小值的距离d = D 1 -D R 。 ⑺应用电压驻波比S和d的数值，根据公式就可以求出阻抗值，在测出S及d的情况下，即可利用阻抗圆图方便地求出得阻抗值，如图十四所示。 图十四 （十二）定向耦合器和隔离器指标的测量 1、定向耦合器的测量 定向耦合器的主线是一段传输线，带着可“取样”的功率辅线也是一段传输线，它在向前方向上带着功率“试样”，在辅线输出端的对面末端接有终端，用以吸收在反向或在不需方向上行进的功率，并防止其被反射至输出端，其表示法如图十五所示。 图十五定向耦合器表示法 定向耦合器有三个技术指标：耦合度C、方向性D和驻波S，耦合度是主线 输入端的输入功率和辅线输出端的输出功率之比，由于功率流入主线的输入端，当然这是前行方向波的耦合，常用正的分贝数表示耦合度C 。 方向性是定向耦合器对于主线中两个方向上行动的波的鉴别力的量度，当把一定量的功率顺序地输入主线的每一端时，在辅线输出端所测得两输出功率之比，称为定向耦合器的方向性，而在这测量中，定向耦合器的不用端都接有匹配负载，方向性D 用E 的分贝表示。 定向耦合器的主线驻波比的测量在辅线上必须接有S<1.15的匹配负载。 ⑴ 耦合度C 的测量 测量连接图如图十六所示 图 十六 调整YS1123信号源的输出频率和输出电平。 由于定向耦合器的主线损耗很小，可以认定Pi = 。将辅线上的功率读数和主线上的功率读数计算一下，即可算出耦合度C 的值。 耦合度 ⑵ 方向性D 的测量 测量连接图如图十七所示 先按图十七（a ）的方式连接，调节晶体检波器上的调节螺钉使之指示最大，并记好它的指示值。然后将定向耦合器的主线方向反一下，再接上TS7精密衰减器，调节衰减量，使YS3892选频放大器的指示固定在原确定值，这时TS7的读数查表就得到它的方向性D 的值了。 α 2log 10P P C i =α P P D i log 10=)(log 10dB P P C i α = 图 十七（a ） 图 十七（b ） 2、隔离器的测量 隔离器的作用主要是防止信号源的后级系统中由于种种不稳定的因素影响信号源的输出所设置的。 隔离器主要有两个特性指标：插入损耗和隔离度。 测量连接图按图十八所示。 图 十八 插入损耗按图连接。 ⑴ 先不接隔离器测出YS1123信号源A 点的输出功率。 ⑵ 接上三公分隔离器后，在测B 点的输出功率 插入损耗 ⑶ 反向接入隔离器，测量其输出功率Po （反） 隔离度 （十三） 相位常数的测量 )(log 10dB P P B A =) (log 10)(dB P P K B O P 反= 微波电路S参数测量实验报告 一、实验目的 掌握微波电路S参数的基本概念、测试的原理和方法。 二、实验内容 用矢量网络分析仪测试微波滤波器的二端口S参数。 三、基本原理 网络分析仪中最常用的应用是矢量网络分析仪，它是用来测量、分析各种微波器件和组件S参数的高精度仪器，在整个行业中使用率极高，作为重要仪器很多从事产品研发和测试的电子工程师都有可能需要使用。矢量网络分析仪的原理如图1所示。 图1 矢量网络分析仪的原理图 上图中各部分的功能如下： A、信号源：提供被测件激励输入信号，被测器件通过传输和反射对激励波作出响应，被测器件的频率响应可以通过信号源扫频来获取，由于测试结构需要考虑多种不同的信号源参数对系统造成的影响，故一般我们采用合成扫频信号源。 B、信号分离装置：含功分器和定向耦合器，分别提取被测件输入和反射信号，从而测量出它们各自的相位和幅度大小，测试装置可以单独也可以集成到分析仪的内部。 C、接收机：对被测件的反射、传输和输入信号进行测试；采用调谐接收机可以提供最好的灵敏度和动态范围，还能抑制谐波和寄生信号。 D、处理显示单元：对测试结果进行处理和显示，它作为多通道一起，需要有基准通道和测试通道，通过二者的比较才能知道测试的精准度，它的显示功能很强大并且灵活，如多种标记功能、极限线功能等，给系统和元器件的性能和参数测试带来很大的便利性。 矢量网络分析仪本身自带了一个信号发生器，可以对一个频段进行频率扫描. 如果是单端口测量的话，将激励信号加在端口上，通过测量反射回来信号的幅度和相位，就可以判断出阻抗或者反射情况。而对于双端口测量，则还可以测量传输参数。 图2 利用网络分析仪测微波电路的S参数 微波滤波器可看作是一个二端口网络，具有选频的功能，可以分离阻隔频率，使得信号在规定的频带内通过或被抑制。 滤波器按其插入衰减的频率特征来分有四种类型：（1）低通滤波器：使直流与某一上限角频率ωC（截至频率）之间的信号通过，而抑制频率高于截至频率ωC的所有信号；（2）高通滤波器：使下限频率ωC以上的所有信号通过，抑制频率在ωC以下的所有信号；（3）带通滤波器：使ω1至ω2频率范围内的信号通过，而抑制这个频率范围外的所有信号。（4）带阻滤波器：抑制ω1至ω2频率范围内的信号，而此频率范围外的信号可以通过。 测试前需要特别注意的一点是，如果待测件是有源器件，连接待测件前一定先将网络分析仪的两个端口的输出功率降到-25dBm以下。否则不但不会得到正确的测试结果，而且还有可能将网络分析仪损坏。这一点是测量有源器件时需要特别注意的一点。 四、微波滤波器技术指标 工作频率：9.36GHz； 电压驻波比：<1.3； 插入损耗：< 1dB。 五、实验步骤 1、矢量网络分析仪开机； 2、矢量网络分析仪校准； 3、连接矢量网络分析仪与被测器件； 4、按下“PRESET”键，准备进行设置，并设置监视的频率范围：按下“FREQ”键，按下“CENTER”软键，使用数字键输入扫频段的中心频率，例如9360，然后按下“MHz”软键。同时按下“SPAN”软键，输入测量带宽，使用数字键输入“500”，然后按下“MHz”软键。 北京邮电大学信息与通信工程学院 微波实验报告 班级：20112111xx 姓名：xxx 学号：20112103xx 指导老师：徐林娟 2014年6月 目录 实验二分支线匹配器 (1) 实验目的 (1) 实验原理 (1) 实验内容 (1) 实验步骤 (1) 单支节 (2) 双支节 (7) 实验三四分之一波长阻抗变换器 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容 (13) 实验步骤 (13) 纯电阻负载 (14) 复数负载 (19) 实验四功分器 (23) 实验目的 (23) 实验原理 (23) 实验内容 (24) 实验步骤 (24) 公分比为1.5 (25) 公分比为1（等功分器） (29) 心得体会 (32) 201121111x 班-xx 号-xx ——电磁场与微波技术实验报告 实验二 分支线匹配器 实验目的 1．熟悉支节匹配器的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络 实验原理 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），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。 单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0+jB 形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB ，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 微带线是有介质εr (εr >1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr ，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 εe ，介于1和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W 。而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。 实验内容 已知：输入阻抗Z 75in ，负载阻抗Z (6435)l j ，特性阻抗0Z 75 ，介质基片 2.55r ，1H mm 。 假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离114d ，两分支线之间的距离为21 8 d 。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。 实验步骤 1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。 2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Smith 圆上。 3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。 4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带 分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz 。 6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。 7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。 电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院 班级：2011211204 执笔人： 学号：2011210986 组员： 实验目的 1. 掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法； 2. 研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律； 3. 掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念; 4. 通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系； 5. 研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。 实验原理 1. 电磁波的传播方式 无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等 于接收机的灵敏度。因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落，接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。 电磁场在空间中的传输方式主要有反射、绕射、散射三种模式。当电磁波传播遇到比波长大 很多的物体时，发生反射。当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。当 电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体、且这些物体的分布较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体、树叶、街道、标志、灯柱。 2. 尺度路径损耗 在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。大尺度平均路径损耗： 用于测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接受功率之间 的（dB）差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接受信号功 率随距离对数衰减，这种模型已被广泛的使用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗 表示为： PL d dB PL dO 10nlog d/d0 即平均接收功率为： Pr d dBm Pt dBm PL dO 10nlog d/dO Pr dO dBm 10nlog d /dO 其中，定义n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度，dO为近地参考距离， d为发射机与接收机之间的距离。公式中的横杠表示给定值d的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对数-对数时，平均路径损耗或平均接收功率可以表示为斜率1OndB /1O倍程的 直线。n依赖于特定的传播环境，例如在自由空间，n为2;当有阻挡物时，n比2大。 决定路径损耗大小的首要因素是距离，此外，它与接受点的电波传播条件密切相关。为此，我们引进路径损耗中值的概念，中值是使实验数据中一半大于它而另一半小于它的一个数值 （对于正态分布中值就是均值）。 人们根据不同放入地形地貌条件，归纳总结出各种电波传播模型。下边介绍几种常用的 描述大尺度衰落的模型。常用的电波传播模型： 微波基本参数的测量 一、实验目的 1、了解各种微波器件； 2、了解微波工作状态及传输特性； 3、了解微波传输线场型特性； 4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量； 5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。 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、波导管： 波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。 矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到： ()sin()j t z o y x E j e ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x x H j e ωβμαππα -= 北京邮电大学 微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验 姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。 三、实验过程及结果 第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线 宽度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数 （b）根据实验要求设置相应参数 实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置2、相关截图： 打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。 3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。 实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线 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=9.3735GHz a=2.286cm， 带入公式可求得，λg=44.7mm 2 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。但是，由于ρ很小，驻波场最大值和最小值区别不大，且变化不尖锐，导致不易测 北京邮电大学 微波仿真实验报告 实验名称：微波仿真实验 姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。 三、实验过程及结果 第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽 度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数 （b）根据实验要求设置相应参数 实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置 2、相关截图： 打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。 3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。 实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线 近代微波测量实验报告一 姓名：学号： 学院：时间：年月 一实验名称 频谱仪的使用及VCO测量 二实验目的 了解频谱仪原理，熟悉频谱仪的参数设置及使用方法；掌握信号频率、功率、相位噪声和谐波的测试方法。 三实验内容 1、点频信号测试 测试信号源输出点频信号1GHz的二次和三次谐波抑制比（输出功率分别为-20dBm和20dBm），测试信号的相噪（@10KHz、@100KHz、@1MHz），考察仪器分辨力带宽、视频带宽等设置对测试结果的影响； 2、VCO测试 测试VCO的输出频率范围、输出功率（包括对应的控制电压），测试某频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 四实验器材 RS公司SMBV信号源、FSL6频谱仪、APS3005S直流稳压电源、VCO、微波同轴电缆、微波转接头。 五实验原理及实验步骤 相位噪声：在频域内，一个理想正弦波信号的表现是一个单谱线；实际信号除了主信号之外还包括一些离散的谱线，它们是随机的幅度和相位的抖动，在正常信号的左右两边以边带调制的形式出现。在频域内信号的所有不稳定度总和表现为载波两侧的噪声边带，边带噪声是一个间接的测量与射频信号功率频谱相关噪声功率的指标。边带噪声可以表述为调频边带噪声和调幅边带噪声。大多数的被相位噪声测试系统测量信号的调幅边带功率相对调频边带功率来说都很小，所以对大多数信号来说测量的边带噪声就是调频边带噪声（即相位噪声也称单边带相位噪声）。它的定义为1Hz带宽内相位调制边带的功率和信号总功率的比值， 单位为dBc/Hz。在信号频谱分析仪上，边带噪声是相位噪声和幅度噪声的总和，通常当已知调幅噪声远小于相位噪声时(小于10dB以上)，在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。 实验步骤 a)设置矢量信号源，分别产生产生频率为1GHz，功率为20dBm和-20dBm 的正弦信号； b)连接信号源与频谱仪； c)设置频谱分析仪，设置中心频率为1GHz，通过调整Res BW和Video BW， 显示被测信号； d)测试在偏离信号10KHz、100KHz、1MHz时的相位噪声； e)调整频谱仪起始、终止频率或带宽使得屏幕足够显示频率为1GHz信号 的二次和三次谐波； f)通过Mkr键选择Delta设置，测量并标示出二次谐波和三次谐波抑制比； g)关闭矢量信号源，连接直流稳压电源、VCO及频谱分析仪； h)通过调节直流稳压电源的电压大小，在频谱仪上观察信号的频率和输出 功率的变化，记录下最大和最小功率，可得VCO的输出频率范围； i)选定频率点：控制电压7.4V，输出功率14.38dBm，频率1.502817GHz， 测试该频率点的相噪（@1MHz）和二次、三次谐波抑制比。 六实验结果 1、点频信号测试数据及图片 数据图片： a)输入功率为20dBm时 二次、三次谐波抑制比 实验一一般微波测试系统的调试 一、实验目的 1．了解一般微波测试系统的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法。 2．掌握频率、波导波长和驻波比的测量方法。 3．掌握晶体校正曲线的绘制方法。 二、实验装置与实验原理 常用的一般微波测试系统如1-1所示（示意图）。 微波 信号源 隔离 器 可变衰减器 频率计精密 衰减 器 测量线终端 负载 测量放大器图1-1 本实验是由矩形波导（3厘米波段， 10 TE模）组成的微波测试系统。其中，微波信号源（固态源或反射式速调管振荡器）产生一个受到（方波）调制的微波高频振荡，其可调频率范围约为7.5~12.4GHz。隔离器的构成是：在一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向（终端负载方向）传播的波衰减很小，而反向（向信号源）传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。频率计实际上就是一个可调的圆柱形谐振腔，其底部有孔（或缝隙）与波导相通。在失谐状态下它从波导内吸收的能量很小，对系统影响不大；当调到与微波信号源地频率一致（谐振）时，腔中的场最强，从波导（主传输线）内吸收的能量也较多，从而使测量放大器的指示数从某一值突然降到某一最低值，如图1－2(a)所示。此时即可从频率计的刻度上读出信号源的频率。从图1-1可知，腔与波导（主传输线）只有一个耦合元件（孔），形成主传输线的分路，这种连接方式称为吸收式（或称反应式）连接方法。另一种是，腔与主传输线有两个耦合器件，并把腔串接于主传输线中，谐振时腔中的场最强，输出的能量也较多，因而测量放大器的指示也最大，如 内蒙古工业大学信息工程学院 实验报告 课程名称：电磁场与电磁波实验名称：反射实验和极化波的产生 与检测实验类型：验证性■综合性□设计性□实验室名称：电磁场与电磁波实 验室班级：电子10-1班学号：201010203008 姓名：苏宝组别： 同组人：成绩：实验日期： 2013年5月21 电磁场与电磁波实验 实验一：反射实验 实验目的 熟悉dh926ad型数据采集仪、dh926b型微波分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波 反射定律的方法 实验设备与仪器 dh926ad型数据采集仪 dh926b型微波分光仪 dh1121b型三厘米固态信号源金属板 实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍 物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和 通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 如图所示，平行极化的均匀平面波以角度? 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折 射波可用下列式子表示为 平行极化波的斜入射示意图 实验内容与步骤 系统构建时，如图1，开启dh1121b型三厘米固态信号源。dh926b型微波分光仪的两喇 叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作 平台的0-180刻度处。将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉 起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。反射全属板放到支座上时，应 使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 将dh926ad型数据采集仪提供的usb电缆线的两端根据具体尺寸分别连接 图1 反射实验 到数据采集仪的usb口和计算机的usb口，此时，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯 亮（蓝色），表示已连接好。然后打开dh926ad型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红 色），将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到dh926b型微波分光仪分度转台底部的光栅 通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道1）。最后，察看dh1121b 型三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将dh926ad型数据采集仪的“等幅/ 方波”设置按钮等同于dh1121b型三厘米固态信号源的设置。 转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数， 然后转动活动臂在dh926ad型数据采集仪的表头上找到一最大指示，此时微波分光仪的活动 臂上的指针所指的刻度就是反射角度数。如果此时表头指示太大或太小，应调整微波分光仪 微波系统中的可变衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程做此项实验。入射角最好取 30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应 注意系统的调整和周围环境的影响。 采集过程中，dh926ad型数据采集仪的usb指示灯连续闪动（蓝色），表示采集过程正在 继续。应用软件屏幕上的信号灯颜色也随着实验的继续进行红色、绿色切换。您需要顺时针 微波工程基础仿真 实验报告 学院：电子工程学院 班级：2012211xxx 学号：201221xxxx 姓名：xxxx 班内序号：xx 一、实验题目 实验一 1．了解ADS Schematic的使用和设置 2．在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。 3．Linecalc的使用 a)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω微带线的宽度 b)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω共面波导（CPW）的横截面 尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离） 4．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith 圆图变化，分析原因。 5．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith 圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。6．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变 化原因。 7．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 8．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 9．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 实验二 10．用一段理想四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz。 11．用一段FR4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz，比较分析题1和题2的结果。 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 【实验目的】 1．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。 2．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。 3．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。 4．学会用谐振腔波长表测量微波频率。 【实验原理】 一．微波测量系统 微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。微波等效电源部分即微波发送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。测量装置部分也称测量电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率插头等）。测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。 二．反射速调管微波信号源 微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管信号源 1．反射速调管的工作原理 反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电 极，结构原理如图2所示。阴极发射电子；阳极利用耦合环和同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。由阴极发出电子束，受直流电场加速后，进入谐振腔。电子以不同的速度从谐振腔飞出来而进入反射极空间。在谐振腔和反射极间的直流排斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。 2．反射式速调管的工作特性和工作状态 在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图3所示。 （1）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模，用n 表示震荡模的序号。 （2）对于振荡模，当反射极电压V R 变化时，速调管的输出功率P 和振荡频率f 都随之变化。 （3）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图3中n ＝3的振荡模）。 （4）各个振荡模的中心频率f 0相同通常称为速调管的工作频率。 通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。可利用反射极电压的变化无惯性的进行频率调节，这种方法称为“电子调谐”。如果要在比较大的范围内改变速调管的振荡频率，采用“机械调谐”的方法，改变腔体的固有谐振频率。 反射式速调管的工作状态一般有三种：连续振荡状态、方波调幅状态、锯齿波调频状态。 图2 反射式速调管的结构原理 北邮电磁场与微波测量实验报告 实验五极化实验 学院：电子工程学院 班号：2011211204 组员： 执笔人： 学号：2011210986 一、实验目的 1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力 2．验证电磁波的马吕斯定理 二、实验设备 S426型分光仪 三、实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E 和波长的传播方向垂直。如果E 在垂直于传播方向的平面沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。这就是光学中的马吕斯定律： 2 0cos I I θ = 式中I 为偏振波的强度，θ为I 与I0间的夹角。 DH926B 型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到。 四、实验步骤 1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案； 根据实验原理，可得设计方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取θ（以10度为步长），继而进行验证。 2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。 实验仪器布置 通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。 然后，再利用前面推导出的θ，将仪器按下图布置。 五、实验数据 I（uA） θ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 理论值90 87. 3 79. 5 67. 5 52. 8 37. 2 22. 5 10. 5 2.7 0 实验值90 88 82 69 54 37 20 8 2 0.2 相对误差% 0 0.8 0.6 2.2 2.3 0.5 11. 1 14. 3 25. 9 - 1、数据分析： 由数据可看出，实验值跟理论值是接近的，相对误差基本都很小，在误差允许围，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。 2、误差分析： 实验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。 六、思考题 1、垂直极化波是否能够发生折射？为什么？给出推导过程。 答：不能。 A1 北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一最新 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 信息与通信工程学院 电磁场与微波实验报告 实验题目：网络分析仪测量振子天线输入阻抗 班级：2011211106 姓名：吴淳 学号：2011210180 日期：2014年3月 实验一网络分析仪测量阵子天线 输入阻抗 一、实验目的 1. 掌握网络分析仪校正方法； 2. 学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法； 3. 研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况。 注：重点观察谐振点与天线电径的关系。 二、实验原理 当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。 图1 实验原理图 由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一 半。当h<<λ时，可认为R≈40 。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为=60[ln(2h/a)-1]。 三、实验步骤： 1. 设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪； 2. 设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗； 3. 调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据； 4. 更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗 变化情况； 5. 设置参数如下： BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81. 6. 记录数据：在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部 为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。 四、实验数据： 1. 直径=1mm时： 第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1250MHz，电阻R=41.88ohm, SWR=1.193, RL=-20.0dB。 第二谐振点处频率约为（取最接近点）F=2450MHz，电阻R=626.8ohm, SWR=12.54, 实验一、微波测量基础知识 班级：核32 姓名：杨新宇学号：2013011806 同组成员：杨宗谕一、实验目的 （1）了解和掌握信号发生器使用及校准。 （2）了解微波测量系统的基本组成和工作原理。 （3）掌握常用微波测量系统各器件的调整和使用方法。 （4）频率计（波长表）校准。 （5）了解和掌握测量线使用方法 二、实验原理及系统组成 1、微波信号源 图1是微波信号源的基本框图。通常由微波信号源、微波测量装置和指示器三部分组成。 它负责提供一定频率和功率的微波信号。同低频信号源一样，其信号可以是连续波也可以是调制波，工作方式有点频、扫频两种状态工作。微波信号源被广泛应用的类型主要有以下两种： （1）标准信号发生器 标准信号发生器其输出信号的频率、功率和调制系数可在一定范围内调节（有时调制系数可以固定不变），并能准确读数且屏蔽良好。它能做到输出微波信号准确已知，并能精细调节，特别是能将信号功率连续衰减到毫瓦、微瓦级电平，根据不同用途可具有不同的调制方式。 （2）扫频信号发生器 扫频信号发生器是能产生扫频信号的微波信号源，它能从所需频率范围的一端连续地“扫变”到另一端，所以能直接得到各个频率上的测量结果，在示波器或者记录仪上立即显示出所需要的频率特性曲线。 本实验采用的微波源是YM1123 标准信号发生器，工作在等幅模式下。 2、微波测量装置 微波测量装置如图2 所示。主要包括驻波测量线、调配元件、待测元件和辅助元件（如短路器、衰减器、匹配负载、移相器等）。 3、指示器部分 指示器是用于显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计、频率计（波长表）等。 4、元件基本原理及作用 信号源：本次实验采用YM1123标准信号发生器作为信号源，测量时工作在等幅模式，非测量时工作在其他模式，具体原理见本节第一部分。 数字频率计：由于信号源显示的频率不准，所以要用一个数字频率计来进行频率校准。后面的频率值均为数字频率计的示数。 同轴波导转换：将同轴线和后面的矩形波导连接起来，将同轴线中的TEM波转变成要测量的微波信号。 隔离器：隔离器是单向通过的，可以屏蔽反射波，保护信号源。 可变衰减器：用一个薄片插入波导，可以吸收微波的能量，衰减微波的功率，通过调节薄片插入深度来调整吸收能量的大小，在实验开始时将其调至最大值，保护后面的元件。实验过程中用来将微波功率衰减到适合测量的值（大约10-20mV）。 波长表：用来测量微波信号频率，本次实验用的波长表是吸收式波长表，当波长表的谐振腔与信号源谐振时，主波导中一部分能量被耦合到波长表谐振腔内，因此电表指示明显下降。电表指示最小时，波长表所对应的频率为信号源工作频率。 波导型晶体检波器：将波导中的微波信号转变成电流信号或电压信号，方便测量，本次实验中将信号转变成电压信号，再用万用表进行测量。 万用表：测量波导型晶体检波器输出的电压信号，从而得到微波功率。 微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 （1）熟悉基本微波测量仪器； （2）了解各种常用微波元器件； （3）学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。 测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件： （1）检波器（2）E-T接头（3）H-T接头（4）双T接头 （5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载 （9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。 微波元器件的认识 螺钉调配器 E-T分支与匹配双T 波导扭转 匹配负载 波导扭转 实验总结：在实验中我们认识了各种的微波元器件，让我们更好的理解课本上的知识，更是为了以后的实验做了准备。 实验二测量线的调整与晶体检波器校准 实验目的 之前网上下的学长学姐的报告有很多不靠谱,但是调谐都要调到中心频率上,否则都不对, 还有老师验收的时候如果自己心情很不好,只要她发现一点错误就会坚定的认为不是自己 做的,所以一定要确保没有错误,原理一定要弄清楚.愿后来人好运~~~ 实验2 微带分支线匹配器 一．实验目的： 1．熟悉支节匹配的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 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相应波长的减小，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GHz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。 本次实验主要是研究了微带分支线匹配器中的单支节匹配器和双支节匹配器，我都采用了短路模型，这类匹配器主要是在主传输线上并联上适当的电纳，用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波。 单支节调谐时，其中有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+JB形式。然后，此短截线的电纳选择为-JB，然后利用Smith圆图和Txline，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，比单支节匹配器增加了一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配，但需要注意的是，由于双支节匹配器不是对任意负载阻抗都能匹配，所以不能在匹配禁区内。 2.微带线 从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。 W为微带线导体带条的宽度；εr为介质的相对介电常数；T为导体带条厚度；H 为介质层厚度，通常H远大于T。L为微带线的长度。微带线的严格场解是由混合TM-TE 波组成，然而，在绝大多数实际应用中，介质基片非常薄（H<<λ），其场是准TEM波，因此可以用传输线理论分析微带线。 微带线的特性阻抗与其等效介电常数εr、基片厚度H和导体宽度W有关，计算公式较为复杂，故利用txline来计算。 3.微带线的模型微波电路S参数测量实验报告
北邮微波实验报告整理版
北邮电磁场与微波测量实验实验七无线信号场强特性
微波基本参数的测量原理
微波仿真实验报告(北邮)
微波测量实验 实验三
微波仿真实验报告(北邮)
微波测量实验报告一
北理工微波实验报告总结
极化波实验报告
北邮微波工程基础ADS仿真实验报告
微波测量系统调试与频率测量
北邮电磁场与微波测量实验报告实验五极化实验
北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一
实验一、微波测量基础知识实验报告
微波技术实验报告
微波实验报告