微波测量技术实验报告

1 / 32微波测量技术实验报告北 京 邮 电 大 学微波技术基础实验实验名称：微波射频测量技术基础课程实验姓名： 刘梦颉班级： 2016211203学号： 2016210960班内序号：11日期：2016 年 12 月 20 日实验一 微波同轴测量系统的熟悉一、实验目的2 / 321、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。 注意在实验报告中需画出微波同轴测量系统图，并说明各元件和仪器在系统中作用2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。注意在实验报告中给出仪器使用报告包括下列内容：a)b)c)3 / 32d)e)f)g)矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能 S 参数测量步骤 如何看开路校准件的电容值设定(校准系数) 如何看短路校准件的电感值设定(校准系数) 如何用 Smith 圆图显示所测结果以及如何与直角坐标转换 如何保存所测数据，以及可存的数据格式 了解仪器提供的校准方法三、实验过程常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。1、 微波测试系统微波测试系统常用的有同轴和波导两种系统。同轴系统频4 / 32带宽，一般用在较低 的微波频段；波导系统损耗低、功率容量大， 一般用在较高频段。微波测试系统通常由三部分组成，如下图所示：等效电源部分这部分包括微波信号源，隔离器，功率、频率监视单元。信号源是微波测试系统的心脏。测量技术要求具有足够功率电平和一定频率的 微波信号，同时要求一定的功率和频率稳定度。功率和频率监视单元是由定向耦合 器取出一小部分微波能量，经过检测指示来观察源的稳定情况，以便及时调整。为 了减小负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。测量装置部分包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件，以及 电磁能量检测器。指示器部分5 / 32指示器是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、数字频率计等。同轴测量系统图：各元件和仪器在系统中的作用：矢量网络分析仪：测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，还能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据，可以很好地完成诸如滤波器、放大器、混频器以及系统中有源和无源微波组合等的各种参数的调试。 同轴线：同轴线是常见的信号传输线，中心的铜芯是传送高电平的，被绝缘材料包覆，绝缘材料外面是与铜芯共轴的筒状金属薄层，传输低电平，同时起到屏蔽作用，这里用来连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。 测量元件：待测量的原件，可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来，可以测量其端口的 S 矩6 / 32阵等各种参数值，从而了解元件的性能。2、微波信号源通常，微波信号源有电真空和固态的两种。3、测量指示器常用指示器有指示等幅波的直流微安表、光点检流计、微瓦功率计，有指示调 制波的测量放大器、选频放大器。此外，还可用示波器、数字电压表等作指示器。 实验室常用测量放大器和选频放大器作指示器，因为这类仪表灵敏度高，能对 微弱信号进行宽带或选频放大，接在测量线、晶体检波器、热敏电阻架及其它测试 设备的输出端可进行各类测量。掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。1、矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能前面板：7 / 32课题：微波射频测量技术基础姓名：学号：班级：学院：北京邮电大学 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8 / 321、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。微波同轴测量系统包括三个主要部分：矢量网络分析仪、同轴线和校准元件或测量元件。各部分功能如下：1）矢量网络分析仪：对 RF 领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔离器、环形器等 RF 器件进行幅频特性、反射特性和相频特性测量。2）同轴线：连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。3）校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。测量元件：待测量的原件，可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。1）矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能9 / 32面板组成图如下所示：1各部分功能如下：9 8 13 7 142）S 参数测量步骤a)将一个待测的二端口网络通过同轴线接入矢量网络分析仪，组成一个微波同轴测量系统，如下图所示：b)然后经过 SOLT 校准,消除系统误差；c)在矢量网络分析仪上调处 S 参数测量曲线，读出相应的二端口网络的 S 参量，保存为 s2p 数据格式和 cst 数据格式的文件。三、思考题10 / 321、是否可以直接进行电路参数的测量，为什么？如何从测量的 S 参数导出电路参数。答：不可以，因为微波同轴测量系统只能对于微波的入射和反射的电压电流关系进行分析。 S 参数到 Z 参数的转换公式如下：1+?11?12?11?121?11?12 =z0 ?211+?22?211?22?21?22实验二 微波同轴测量系统校准方法一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的校准方法以及精度。2、熟悉矢量网络分析仪的 SOLT 校准步骤以及校准精度验证方法。二、实验内容1、总结常用微波同轴测量系统的校准方法，比如 TRL 和11 / 32SOLT，了解其校准原理和优缺点。 a)SOLT 校准OLT 校准能够提供优异的精度和可重复性。这种校准方法要求使用短路、开路和负载标准校准件。如果被测件上有雌雄连接器，还需要分别为雌雄连接提供对应的标准件，连接两个测量平面，形成直通连接。SOLT 校准方法使用 12 项误差修正模型，其中被测件的正向有 6 项，反向有 6 项。图正向误差项：ED、ES、EL、ERF、ETF 和 EX。操作正确的话，SOLT 可以测量百分之一分贝数量级的功率和毫度级相位。常用的校准套件中都包含 SOLT 标准校准件。? EDF，EDR：反射参数，衡量 VNA 耦合器分离前向波和反射波程度，数值越大越好。小的反射参数会导致信号的耦合泄漏。 ERR，ERF：传输参数，误差与反射测量相关，可以用短路和屏蔽开路校准件进行测量。 EXF，EXR：隔离，串12 / 32扰，误差与串扰相关，可以通过测量接匹配负载的 1 口和2 口来确定。 ESF，ESR 以及 ELF，ELR：信号源匹配和负载匹配，指信号源与 50 欧姆负载的匹配程度以及负载的质量，这些误差可以通过测量 S11 和 S22 确定。 ETF，ETR：传输参数，误差与传输测量相关，通过测量 1、2 口互连时的传输确定。 网络分析仪的校准即是通过数学的方法消除以上误差项，得到被测器件真实参量(Sa11，Sa12，Sa21，Sa22)的过程。北京邮电大学微波测量实验报告姓名：学号：班级：院系：13 / 32微波射频测量技术基础课程实验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。微波同轴测量系统实物图如图所示：微波同轴测量系统包括三个主要部分：矢量网络分析仪、同轴线和校准元件或测量元件。各部分功能如下：1）矢量网络分析仪：对 RF 领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔离14 / 32器、环形器等 RF 器件进行幅频特性、反射特性和相频特性测量。2）同轴线：连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。3）校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。 测量元件：待测量的原件，可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。1）矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能a) 矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能前面板说明:图 2-1 前面板电源开关按钮 ( Power )仪器的电源开关，插好后面板电源线，连接到市电电源，15 / 32按下电源开关，液晶屏会点亮，表明仪器内部电源已接通。液晶显示器显示网络测试特性的波形和参数。选配的辅助 DC 输出插座。激励源输出端口 S ( RF Output )此端口既可以根据设置的频段输出连续的扫频信号，也可以输出某一固定频率的点频信号，输出信号的最大幅度为+7dBm，端口的接头类型为 BNC 型，默认输出阻抗为 50。测试端口 A( Input )测试输入端口用作测试的输入端，接头类型为 BNC 型。测试端口 B测试输入端口用作测试的输入端，接头类型为 BNC 型。16 / 32前面板按键及功能菜单：数据操作区数字输入键：这些键用于输入相应的数值、数字。在数据输入状态下，按这些键即可顺序输入数字。退格键：在用数字键输入任何数值、数字时，如果上一步按键操作输入的数字有误，按此键后即可将输入光标退回原位置并将上一步输入的数字删除。确认键：确认键的作用是对用数字键输入的数字进行最终确认。按下确认键表示数字输入完成。但有些数字输入不能靠确认键确认，需要按下液晶屏显示区域相应的单位键方为有效，如频率的输入。17 / 32旋钮：用旋钮可以按照一定步距连续改变频标位置等需要改变的测量状态数值。连续改变的大小取决于测量范围的大小。旋钮的转动速度不影响量值的改变速率。频率键起始频率键的功能是设置网络仪输出信号的起始频率。当设置的起始频率小于网络仪最小起始频率值时，网络仪自动设置为最小起始频率值。(转 载于: 海达 范文 网:微波测量技术实验报告) 终止频率键的功能是设置网络仪输出信号的终止频率。当设置的终止频率大于网络仪最大终止频率值时，网络仪自动设置为最大终止频率值。中心频率键的功能是设置网络仪输出信号在屏幕中心的频率值。当输入的中心频率值大于网络仪的最大频率值时，网络仪自动将中心频率设置为最大频率值。并同时设置扫频带宽为 0；当输入的中心频率值小于网络仪的最小频率值18 / 32时，网络仪自动将中心频率设置为最小频率值，并同时设置扫频带宽为 0。扫频宽度键的功能是设置网络仪的扫频带宽，设置范围从50KHz 到 300MHz。并可以任意设置，没有任何限制。需要说明的是当中心频率设置为最大值或最小值时，扫频带宽自动设置为 0Hz。当扫频带宽的设置值超出网络仪频率范围的下限时，仪器将自动将中心频率到最小频率的范围向高端扩大一倍作为当前的扫频带宽，而不是所输入的扫频带宽值。反之，当扫频带宽的设置值超出网络仪频率范围的上限时，仪器将自动将中心频率到最大频率的范围向低端扩大一倍作为当前的扫频带宽，而不是所输入的扫频带宽值。点频软键用来设置单一输出频率，不进行频率扫描。该软键用来设置源输出信号电平的大小，单位为 dBm，范围从-73dBm 到+7dBm。缺省输出为 0dBm。数字键可用来对输出信号电平进行设定，设定时最后需按下确认键方可生效。当所设定的输出信号电平大于仪器的最大输出电平时仪器会自动将输出信号电平设置为最大输出电平，而当所设定的输出信号电平小于仪器的最小输出电平时仪器会自动将19 / 32输出电平设置为最小输出电平。测量键按下该键后在屏幕的菜单区将出现一级选择菜单，根据其中的功能选项可以设置不同的测试方式。它有五个功能选项，介绍如下：A/B）功能选项选中该功能选项设置当前逻辑通道为传输测量通道和反射测量通道交互进行。A/R）功能选项选中该功能选项设置当前逻辑通道为反射测量通道。此时屏幕顶部显示当前的测量通道为“REFL” 。进入下一级子菜单：微波射频测量技术基础20 / 32实验报告题目：微波射频测量技术基础 学院：电子工程学院班级：姓名：学号：2016xxxxxx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。 21 / 32微波同轴测量系统实物图如下图所示：微波同轴测量系统包括三个主要部分：矢量网络分析仪、同轴线和校准元件或测量元件。各部分功能如下：矢量网络分析仪：对 RF 领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔离器、环形器等 RF 器件进行幅频特性、反射特性和相频特性测量。同轴线：连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。a.校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。b.测量元件：待测量的原件，可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。注意在实验报告中给出仪器使用报告包括下列内容：矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能。实验中涉及的面板组成及功能：22 / 32 显示器：用于向用户显示仪器当前的工作状态及输出测试结果； “激励”区：“起始”和“终止”按钮用来设定仪器的起始频率和终止频率，默认频率范围为300KHz3GHz；“中心”按钮点击后显示出当前频率范围的中间值；“跨度”按钮点击后显示出当前频率范围的差值大小。 “响应”区：点击“测量”按钮进行实际测量；“格式”按钮点击后可用于更改输出格式，实验中选择的是 Smith圆图和直角坐标；“校准”键用于对仪器进行校准，消除一定误差。 “光标/分析”区：点击“光标”按钮后可以给输出曲线添加光标，得到一些点的精确坐标值，可添加多个光标并进行移动。 “调解”按钮：可用于调解光标的位置使之在曲线上移动。 “输入”区：用于对仪器的的一些参数进行输入，如开始和截止频率的值可在此处进行设置。23 / 32 端口：此处接入同轴线，从而实现与外部元件的衔接，共两个插口。 USB 插口：可用于插入外部设备读取、存储实验结果，也可接入鼠标、键盘对仪器进行操作。a) S 参数测量步骤： 经过 SOLT 校准，消除系统误差； 将待测元件通过同轴线接入矢量网络分析仪； 在矢量网络分析仪上选择 S 参数进行测量，得到曲线，可以通过加光标得到一些点的坐标值； 保存数据，选择 S2P 格式；保存曲线图像可选择.jpg 格式。b) 如何用 Smith 圆图显示所测结果以及如何与直角坐标转换； 点击“格式”按钮，选择“史密斯圆图” ，就可以用 Smith 圆图显示所测结果；24 / 32 点击“格式”按钮，选择“对数幅度” ，就可以转换为直角坐标形式。c) 如何保存所测数据，以及可存的数据格式；点击“文件”按钮，选择“另存为” ，为文件命名后选择保存方式为 S2P，就可以保存所测数据；若数据为 S11 或S22，可选择 S1P 数据格式。若需要保存曲线图像，则保存为.jpg 格式。保存成功后可导入 U 盘，也可直接在桌面进行查看。d) 开路校准件的电容值设定(校准系数)；C(f)=C0+C1f+C2f2+C3f3e) 短路校准件的电感值设定(校准系数)；L(f)=L0+L1f+L2f2+L3f3f) 仪器提供什么样的校准方法。25 / 32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。三、思考题是否可以直接进行电路参数的测量，为什么？如何从测量的 S 参数导出电路参数？答：不可以；测量需要完成校准后才能进行，但是仍然不能直接测量得到电路参数，因为微波同轴测量系统只能对于微波的入射和反射的电压电流关系进行分析。S 参数到 Z参数的转换公式如下：?z11?z?21z12?s12?1?s11?s12?1?s11?z 0?z22?s211?s22?s211?s22?-1实验二 微波同轴测量系统校准方法一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的校准方法以及精度。26 / 322、熟悉矢量网络分析仪的 SOLT 校准步骤以及校准精度验证方法。二、实验内容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 _ 2 实验二 测量线的调整与晶体检波器校准 _ 5 实验三 微波驻波、阻抗特性测量 _ 8实验一 微波测量仪器认识及功率测量实验目的熟悉基本微波测量仪器；了解各种常用微波元器件；27 / 32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和传输参量。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。28 / 32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：检波器 E-T 接头 H-T 接头 双 T 接头波导弯曲 波导开关 可变短路器 匹配负载吸收式衰减器 定向耦合器 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。29 / 32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