微波技术实验报告

1 / 28微波技术实验报告微波技术与计算机仿真实验报告实验一 史密斯圆图与传输线理论的关系不同负载阻抗所对应的传输线工作状态及其在史密斯圆图上对应的区域； 实验步骤：1.连接负载、传输线和微波端口,传输线长度电路连接如图所示：2.进一步将负载阻抗设置为 50 欧姆，传输线阻抗设置为 50欧姆，传输线长度为 0，衰减为 0，微波端口阻抗也设置为50 欧姆。 3.分析计算后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；4. 将负载阻抗实部设置为小于 50 欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入2 / 28实验记录；5.将负载阻抗实部设置为大于 50 欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 6.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为大于 0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；7.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为小于 0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；8.将负载阻抗的实部设置为 0，虚部为分别设置为 0、大于0，小于 0 和 10000，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上的轨迹的观察研究1.如图 1 示连接负载、传输线和微波端口，将频率设置为固定频率。 2.将负载阻抗设置为复数，其余参数不变；3.改变传输线的长度，从 0 到 /2 变化，观察反射系数随传输线长度改变在阻抗圆图上位置的变化，填入实验报告3 / 284.将传输线的衰减值设置为有限值，其余参数不变，重复步骤 3，观察反射系数随传输线长度改变在圆图上的变化，将结果填入实验报告。5.对步骤和的结果进行分析和比较，总结反射系数幅度和相位随参考面变化的规律并写入实验报告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4 / 28一、 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 5 / 28(1-1) b2=S21a1+S22a2写成矩阵形式：?b1?S11S12?a1? ? (1-2)?b2?S21S22?a2?式中 S11，S12，S21，S22 组成S参量，它们的物理意义分别为 S11=b1“2”端口外接匹配负载时，a1a2?0“1”端口的反射系数 S21=b26 / 28“2”端口外接匹配负载时，a1a2?0“1”端口至“2”端口的传输系数 S12=b1“1”端口外接匹配负载时，a2a1?0“2”端口至“1”端口的传输系数 S22=b2“2”端口外接匹配负载时，a2a1?0“1”端口的反射系数7 / 28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：4 PC 机一台，BNC 连接线若干四、实验内容及步骤开路线的 S11 测量 将 RF2000 与 PC 机通过 RS232 连接，接好 RF2000 电源，开机。启动 SCOPE2000软件。将模块 RF2KM1-1A 的开路端口，即 P1 端口，与 RF2000 主机的 SWEEP/CW18 / 28按“BAND”把频段选到 299-540MHz 的频段，按 REM 键进行连接，当 RF2000 的 LCD 画面第一行显示为“SWEEP ! MHz”，第二行显示为“-db 299-540”时，此时软件界面显示的为开路状态下 300MHz-500MHz 时的 S11 曲线图。在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的 S11 的 dB 值， 短路线的 S11 测量将 RF2KM1-1A 模块的短路端口，即 P2 通过 BNC 连接线与RF2000 的SWEEP/CW1 OUT 端子相连，频率的频段选择不变。此时软件界面显示的为短路状态下 300MHz-500MHz 时 S11的曲线图。在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的 S11 的 dB 值。匹配负载的 S11 及 S22 的测量 将模块 RF2KM1-1A的 P3 端子通过 BNC 连接线与 RF2000 主机的 SWEEP/CW19 / 28OUT 端子连接，将模块的 P4 端子与 RF2000 主机的 RF-IN 端子连接，频段仍为 BAND3。此时软件界面显示的是匹配负载状态下 300MHz-500MHz 时的 S11 的曲线图。 在 S11 和 S21 曲线图中分别任意选取九个点，分别记录下每个点的频率和它所对应的 S11 和 S21 的 db 值。五、实验结果开路状态下 300MHz-500MHz 时的 S11 曲线图短路状态下 300MHz-500MHz 时 S11 的曲线图匹配负载状态下 300MHz-500MHz 时的 S11 的曲线图匹配负10 / 28载状态下300MHz-500MHz时的S21曲线的11 / 28图Harbin Institute of Technology微波技术实验报告院 系：班 级：姓 名：学 号：同组成员：指导老师：实验时间：哈尔滨工业大学目录12 / 28实验一 短路线、开路线、匹配负载 S 参量的测量-3实验二 定向耦合器特性的测量-6实验三 功率衰减器特性的测量-11实验四 功率分配器特性的测量-14附录一 RF2000 操作指南-19附录二 射频电路基本常用单位-23实验总结-2413 / 28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、Z14 / 28图 1-1一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+S12a2b2=S21a1+S22a2 (1-1)写成矩阵形式：?b1?S11S12?a1?b2?S21S22?a2? (1-2) ?15 / 28式中 S11，S12，S21，S22 组成S参量，它们的物理意义分别为b1S11=a1a2?0 “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数b2S21=a1a2?0 “2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数b1S12=a2a1?0 “1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“1”端口的传输系数b216 / 28S22=a2a1?0 “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)4 PC 机一台，BNC 连接线若干四、实验内容及步骤开路线的 S11 测量将 RF2000 与 PC 机通过 RS232 连接，接好 RF2000 电源，开机。启动 SCOPE2000 软件，软件界面如图所示。17 / 28将模块 RF2KM1-1A 的开路端口，即 P1 端口，与 RF2000 主机的 SWEEP/CW1 OUT 端口通过连接线连在一起。模块接好以后，在 RF2000 主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到 299-540MHz 的频段，按 REM 键进行连接，当 RF2000 的 LCD 画面第一行显示为“SWEEP ! MHz”，第二行显示为“-db 299-540”时，此时软件界面显示的为开路状态下 300MHz-500MHz 时的 S11 曲线图软件显示如图：在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的 S11 的 dB 值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11 曲线图。短路线的 S11 测量将 RF2KM1-1A 模块的短路端口，即 P2 通过 BNC 连接线与RF2000 的 SWEEP/CW1 OUT 端子相连，频率的频段选择不变。此时软件界面显示的为短路状态下 300MHz-500MHz 时 S11的曲线图同样，若此时软件显示为 S21,可通过 S11/S21 进18 / 28行选择。在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的 S11 的 dB 值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11 曲线图。匹配负载的 S11 及 S22 的测量微波技术实验报告姓名：徐寿俊学院：电光学院班级：09042102学号：0904210252二 0 一二年六月实验一 传输线的工作状态及驻波比测量19 / 281 实验目的了解无耗传输线在终端接不同负载时的工作状态。2 实验内容 a)测量传输线终端接不同负载时传输线中的电场幅度沿传播方向的分布，判定传输线的工作状态 b)3 实验原理 a)所使用的实验仪器及元器件 求出波导波长和驻波比信号源 同轴-波导变换 铁氧体隔离器 频率计 衰减器 波导测量线 选频放大器负载b)20 / 28原理传输线的工作状态在无耗传输线的终端连接不同的负载时，传输线将呈现不同的工作状态。当终端接与传输线特性阻抗相等的匹配负载时，只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。行波状态下传输线上的电压幅度沿传输方向的分布如图 1所示。?分布测量传输线的工作状态是采用测量线技术。测量线的主体是一段在波导宽边中间开槽的矩形波导，有一根探针通过波导的槽缝伸进波导内，并可以沿传输线移动。当探针位于某一个位置时，与所在位置的电场发生耦合，在探针上产生感应电动势，由检波二极管转换为检波电流，并通过选频放大器指示出来。当探针沿波导移动时，放大器读数就间接地反映了波导内电场大小的分布。将探针位置 D 与检波电流 I 的测量值绘制成曲线，即为传输线上的电场幅21 / 28度分布曲线，由此也就知道了传输线的工作状态。两个相邻波节点的间距等于?g，因此有测出的波节点的位置可以求得矩形波导的波导波长?g。电压驻波比计算电压驻波比描述了负载的匹配特性，是反映传输线上不匹配情况的量，驻波比的定义为：?Emax(1) Emin即传输线中的电场幅度的最大值与最小值之比。因为测得22 / 28的是检波电流，而检波电流与电场的关系是 I?KEn，n 为检波二极管的检波律。在实验中一般为小信号检波，可以取n=2，即平方律检波，则上式可表示为12?Imax? (2) I?min?式中 Imax 和 Imin 分别为波腹点和波节点的检波电流值。4. 实验步骤和结果实验所用原理框图如图 3 所示。信号源 选频放大器同轴-波导 隔离器 波长计23 / 28变换衰减器 波导测量线待测负载图 3 实验框图首先将测量线终端接短路负载，这时在传输线上形成全驻波，然后将探针移到测量线左端的一个波节点，记下探针位置 D 和检波电流 I 值，以后每向右移动探针 2mm，记录一个 D 和 I 值，直到测出三个完整的驻波，即出现四次波节点。再将其分布用曲线表示出来。一、设计要求设计一个切比雪夫式微波低通滤波器，技术指标为：截止频率fc=，在通带内最大波纹 LAr=，S1124 / 28小于-16dB；在阻带频率 fs=4GHz 处，阻带衰减 LAs 不小于 30dB。输入、输出端特性阻抗Zo?50?。用同轴线实现，其外导体直径为 D0?16mm；高阻抗特性阻抗Zoh?138?；低阻抗线内、外导体间相对介电常数?r?，低阻抗线特性阻抗 Zol?10?。确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S11、S1225 / 28，进行适当调整，使之达到最佳。记录滤波器的最终结构尺寸，总结设计、调节经验。二、实验仪器硬件：PC 机软件：Microwave Office 软件三、设计步骤 1.确定原型滤波器启动软件中 Wizard 模块的 AWR Filter Synthesis Wizard功能，输入各项技术指标，即自动生成原型滤波器的原理图。具体电路如下所示：图 1原型滤波器电路图由于默认的优化目标与实验要求指标不同，必须自行重新设置，即 f-；f4GHz 时，S21 优化结束后，即得到原26 / 28型滤波器的各个已优化的参数值。2.计算滤波器的实际尺寸微带线结构 高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。已知条件：H=800um，?r?，fo?，T=10um，阻抗 Zoh?106?，计算得W,?re；再计算高阻抗线的长度： lL1?lL2低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。已知条件：H=800um，?r?，fo?，T=10um，阻抗 Zoh?10?，计算得W,?re；再计算低阻抗线的长度： lC1?lC3?ZolvplCa?10*