《微波技术实验》word版

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S11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S11及S21的测量，了解微带线的特性。二、实验原理 S参量 网络参量有多种，如阻抗参量Z，导纳参量Y，散射参量S等。微波频段通常采用S参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量，例如Y、Z，电压驻波比及反射损耗等。 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，a1,a2分别为网络端口“”和端口“”的向内的入射波；1，2分别为端口“”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。 b1=S11a1+S12a2 (1-1) b2=S21a1+S22a2写成矩阵形式： (1-2)式中S11，S12，S21，S22组成S参量，它们的物理意义分别为 S11= “2”端口外接匹配负载时， “1”端口的反射系数 S21= “2”端口外接匹配负载时， “1”端口至“2”端口的传输系数 S12= “1”端口外接匹配负载时， “2”端口至“1”端口的传输系数 S22= “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-1AOPEN开路传输线50-500MHzRuturn Loss-1dbMOD-1BSHORT短路传输线50-500MHzRuturn Loss-1dbMOD-1CTHRU50微带线50-500MHzRuturn Loss-15dbIntretion Loss-0.5db3 RF2000测量主机：一台4 PC机一台，BNC连接线若干四、实验结果 （一）开路线（MOD-1A）的S11测量 （二）短路线（MOD-1B）的S11测量 （三）匹配负载（MOD-1C）的S11及S22的测量 注：在测试过程中，DOD-1A,MOD-1B的S11范围为05db，MOD-1C的S11-8db，S21=02db实验二 定向耦合器特性的测量一、实验目的 1、通过对MOD-5A：叉路型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解叉路型定向耦合器的特性。 2、通过对MOD-5B：平行线型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解平行线型定向耦合器电路的特性。二、实验原理 1、定向耦合器是微波测量和其他微波系统中的常用元件，更是近代扫频反射计的核心部件，因此，熟悉定向耦合器的特性，掌握其测量方法很重要。定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线几种类型，定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传播的微波功率通过小孔或间隙等耦合元件，将一部分功率耦合到副线中的一个方向传输（称“耦合输出”），而在另一个方向几乎没有（或极小）功率传输（称“隔离输出”）。 2、在本实验中，定向耦合器是个四端口网络结构（4port network），如图31所示。若信号输入端（Port-1，Input Port）的功率为P1，信号传输端（Port-2，Transmission Port）的功率为P2，信号耦合端（Port-3，Coupling Port）的功率为P3，而信号隔离端（Port-4，Isolation Port）的功率为P4。若P1、P2、P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示，定向耦合器的四大参数，则可定义为：传输系数： (2.1)耦合系数： (2.2)隔离度： (2.3)方向性： (2.4)3、主要技术参数：（1）隔离度 定向耦合器的隔离度定义为输入功率P入与隔离臂输出功率P隔之比的分贝数，记以KI，即KI=10lg=10lg=20lg 3-4式中S14=S41为网络的互易性，S14代表波由1口向4口的传输系数。本实验中的功率的单位为dBm，所以隔离度的值为输入端（或传输端）与隔离端测得的功率的差值。（2）方向性 方向性的定义是副通道中耦合臂和隔离臂输出功率之比的分贝数，记以KD，即 KD=10lg（dB）=20lg -20lg 3-5本实验中测功率的单位均dBm，所以方向性的值为耦合端与隔离端测得的功率的差值。由定义知道，耦合到副通道中隔离臂的功率愈小，则方向性愈高。通常希望定向耦合器的方向性愈高愈好。理想定向耦合器的方向性和隔离度均为无穷大（因P隔=0）。三、实验仪器及装置1、模组编号：RF2KM5-1A （L-C BRANCH LINE COUPLER） RF2KM5-2A （PARALLEL LINE COUPLER）2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5AL-C BRANCH LINE COUPLER叉路型定向耦合器40050MHzReturn Loss-13dBTransmission-2dBCoupling-11dBIsolation-13dB代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5BPARALLEL LINE COUPLER平行线型定向耦合器75050MHzReturn Loss-12dBTransmission-1.5dBCoupling-10dBIsolation-14dB 3、RF2000测量主机：一台4、PC机：一台5、连接线若干，50匹配端子2个四、实验结果 注：在以下实验中，信号从P1端输入，P2为传输端，P3为耦合端，P4为隔离端（一）MOD-5A的P1端子的S11的测量 （二）MOD-5A的P1及P2端子的S21的测量 。（三）MOD-5A的P1及P3端子的S21的测量（四）MOD-5A的P1及P4端子的S21的测量（五）MOD-5B的S11的测量（六）MOD-5B的P1及P2端子的S21的测量（七）MOD-5B的P1及P3端子的S21的测量（八）MOD-5B的P1及P4端子的S21的测量五、 数据处理根据公式3-4和3-5以及所测得的S参量计算隔离度和方向性。传输系数： 耦合系数： 隔离度： 方向性： 传输系数耦合系数隔离度方向性叉路型（dB）016716-7=9平行线型（dB）013913-9=4实验三 功率衰减器特性的测量 一 实验目的 1、了解“功率衰减器”的原理。 2、通过对MOD-3A：型功率衰减器的S11及S21的测量，以了解型功率衰减电路的特性。 3、通过对 MOD-3B：T性功率衰减器的S11及S21的测量，以了解T型功率衰减电路的特性。二 实验原理 1、功率衰减器原理功率衰减器是双端口网络结构，如图2-1所示。其信号输入端的功率为P1，而其输出端的功率为P2。若P1、P2以毫瓦分贝（dBm）来表示，且衰减器之功率衰减量为AdB，则两端功率间的关系，可写成： P2(dBm) = P1(dBm) AdB 2-1亦即 2-2 功率衰减器 Port-1P1Port-2P2图2-1 2、固定型功率衰减器 这种电路仅由电阻构成，按结构可分成T形 及形,如图2-2所示：RSRp2pRp1pZ1Z2Z1Z2RS1RS2Rpp 图2-2（a） T型功率衰减器 (b) 型功率衰减器其中Z1、Z2即是电路输入/ 输出端的特性阻抗。根据电路两端使用的阻抗不同，可分为同阻抗式、异阻抗式。A、 同阻抗式 三 实验仪器及装置 1、模组编号：RF2KM3-1A（ATTENUATOR） 2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-3A-TYPE 10db ATTENUATOR型功率衰减器50-1000MHz回波损耗：-12db插入损耗：-100.5dbMOD-3BT-TYPE 10db ATTENUATORT型功率衰减器50-1000MHz回波损耗：-12db插入损耗：-100.5db 3、RF2000测量主机：一台 4、PC机：一台，连接线若干四 实验结果 （一）MOD-3A的S11的测量 （二）MOD-3A的S21的测量 （三）MOD-3B的S11的测量 （四）MOD-3B的S21的测量 五 实验数据处理 （一） 型功率衰减器的S11及S21：在曲线上取9个点，每个点的频率值和与其相对应的S11和S21如下表所示：序号123456789频率（MHz）323.06348.80372.20395.60419.00440.06465.80489.20512.60S11(dB)-16-23-17-16-16-16-25-14-11S21(dB)-9-9-9-9-9-9-9-10-11 （二）T性功率衰减器的S11及S21：在曲线上取9个点，每个点的频率值和与其相对应的S11和S21如下表所示：序号123456789频率（MHz）323.06348.80372.20395.60419.00440.06465.80489.20512.60S11(dB)-20-20-15-16-17-19-25-12-11S21(dB)-10-9-9-9-10-10-10-10-11记录完每个点的频率和对应的S参量后，在坐标纸上分别大概画出S参量的曲线图（图略）。图中的S21曲线即为所衰减量A。实验四 功率分配器特性的测量一、实验目的 1、了解功率分配器的原理。 2、通过对MOD-4A的输出端的功率的测量，了解简单的功率分配电路的特性。二、实验原理 1、功率分配器是三端口网络结构（3-port network），如图4-1所示。其信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。理论上，由能量守恒定律可知P1=P2+P3。 若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成： P2(dBm) = P3(dBm) = Pin(dBm) 3dB 2、当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际中经常使用。因此，功率分配器在大致上可分为等分型（P2=P3）和比例型（P2=kP3）等两种类型：(1) 等分型根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。A 电阻式B L-C式C 传输线式 （2）比例型此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型 1、模组编号： 威尔金森型等功率分配 2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-4A威尔金森型等功率分配)75050MHz Return Loss-15dBInsertion Loss:=-61dB四、实验结果 （一）MOD-4A的P1端子的S11的测量（二）MOD-4A的P1及P2端子的S21的测量（三）MOD-4A的P1及P3端子的S21的测量