微波技术基础实验报告

1 / 24微波技术基础实验报告实验报告实验报告交付邮箱地址：lhg1012Z02 为 /4 传输线特性阻抗。101202 为枝节特性阻抗。微波技术基础实验指导书郭伟 陈柯 编华中科技大学电信系前 言与更早时期定位在波导与场论相比，现代微波工程中占支配地位的内容是分布电路分析。当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析。当今微波工程师所使用的基本工具是微波 CAD 软件2 / 24和网络分析仪，而微波技术的教学必须对此给出回应，把重点转移到网络分析、平面电路和元器件以及有源电路设计方面。微波技术仍总离不开电磁学，而学生仍将从揭示事物的本质中受益，但是把重点改变到微波电路分析和设计上这一点是不容置疑的。微波与射频技术已蔓延到了各个方面。在商业等领域，更是如此，其现代应用包括蜂窝电话、个人通信系统、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、用于广播和电视的直播卫星、全球定位系统、射频识别标识、超宽频带无线通信和雷达系统以及微波环境遥感系统。防卫系统继续大量地依靠微波技术用于无源和有源测向、通信以及武器操控系统。这样的业务发展态势意味着，在可预见的将来，在射频和微波工程方面不存在缺少挑战性的课题；同时对于工程师们，显然需要领悟微波技术的基本原理，同样需要把这些知识应用于实际感兴趣问题的创造能力。本微波技术基础教学实验的设置，就是为了使学生通过实验更多地获得有关微波器件的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能方面的理性和感性认识，真正掌握时域和频域、传输线、微波电路等基本的概念，并学会使用重要的微波测试仪3 / 24器。实验一 矢量网络分析仪的使用及传输线的测量一 实验目的1学习矢量网络分析仪的基本工作原理；2初步掌握 AV3620 矢量网络分析仪的操作使用方法；3掌握使用矢量网络分析仪测量微带传输线不同工作状态下的 S 参数；4通过测量认知 1/4 波长传输线阻抗变换特性。二 实验原理1. 矢量网络分析仪的工作原理现代微波工程中占支配地位的是应用网络分析方法将微波电路看作是微波网络，用散射参数来描述微波电路的性能。S 参数表达的是功率波，是用入射功率波和反射功率波的方4 / 24式定义微波网络的输入输出关系，因此两端口网络 S 参数的测量需要涉及功率波在两个端口的反射和传输。而现代微波工程中测量微波电路 S 参数最常用的设备就是矢量网络分析仪，它是一种可以测量微波信号幅度和相位的仪器。通过测量 S 参数，矢量网络分析仪可测得微波电路和器件的反射特性和传输特性，其主要组成部分包括合成信号源、S 参数测试装置、幅相接收机和显示部分。矢量网络分析仪的信号源产生一测试信号，当测试信号通过待测件时，一部分信号被反射，另一部分则被传输。图1-1 说明了测试信号通过待测器件后的响应。图 1-1 DUT 对信号的响应以我们现在使用的 AV3620 矢量网络分析仪为例，其原理框图如图 1-2 所示：合成信号源产生 30k3GHz 的信号，此信号与幅相接收机中心频率实现同步扫描；S 参数测试装置用于分离被测件的入射信号 R、反射信号 A 和传输信号 B；幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号，为了真实测量出被测网络的幅度特性、相位特性，要求在频率5 / 24变换过程中，被测信号幅度信息和相位信息都不能丢失，因此必须采用系统锁相技术；显示部分将测量结果以各种形式显示出来。图 1-2 AV3620 型矢网整机原理框图AV3620 矢网的工作原理如下，由内置合成信号源产生30k3GHz 的信号，经过 S 参数测试装置分成两路，一路作为参考信号 R，另一路作为激励信号，激励信号经过被测件后产生反射信号 A 和传输信号 B，由 S 参数测试装置进行分离，R、A、B 三路射频信号在幅相接收机中进行下变频，产生 4kHz 的中频信号，由于采用系统锁相技术，合成扫频信号源和锁相接收机同在一个锁相环路中，共用同一时基，因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在 4kHz 的中频信号中，此中频信号经 A/D 变换器转换为数字信号，嵌入式计算机和数字信号处理器从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出被测网络的 S 参数，最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。图 1-3 AV3620 型矢网整机内部结构框图 合成信号源：由 30k3GHz YI-G 振荡器、介质振荡器、6 / 24源模块组件、时钟参考和小数环组成。 测试装置： 由定向耦合器和开关构成，用于分离反射信号和入射信号。 接收机： 由取样/混频器、中频处理和数字信号处理等部分组成，用于信号的下变频及中频数字信号处理。 显示： 由图形处理器、高亮度 LCD 显示器、逆变器组成，用于字符和图形的高亮度、高速显示。2. AV3620 矢量网络分析仪简介结构特征我们实验使用的是四十一所生产的一体化矢量网络分析仪AV3620，本节将介绍 AV3620 的前面板和后面板的基本按键与接口的设置说明。7 / 24实验一：T 型波导分支内部场分析实验目的:理解和分析 T 型波导分支内部电磁场分布实验内容：建立一个 T 型波导模型，利用 HSFF 软件求解，分析，观察T 型导波的场分布情况。 实验步骤及结果:1)、创建工程第 1 步：打开 HFSS 并保存新工程第 2 步：插入 HFSS 设计第 3 步：选择求解类型第 4 步： 设置单位8 / 242)、创建模型第 1 步：创建长方形第 2 步：复制长方形第 3 步：组合长方形第 4 步：创建间隔最终图形如图3)、建立并求解第 1 步：添加求解设置第 2 步：确认设计第 3 步：分析第 4 步：移动间隔的距离9 / 24第 5 步：重新分析4)、比较结果第 1 步：创建一个 S 参数的矩形曲线图第 2 步：创建一个场覆盖图第 3 步：动态演示场覆盖图第 4 步：保存并退出 HFSS结果分析:通过实验结果可以看出，在 T 型波导分支中，如果间隔位置在中间，可以看到能量均分到两边的波导中，如果间隔位置不在中间，那么能量不均分，且分支偏向哪一侧，那一侧将得到更多的能量。实验中遇到的问题及感想:这是第一次实验所以对 HFSS 这个软件不太了解做的过程中10 / 24出现了一些错误随着对 HFSS 这个软件深入的了解并熟练地掌握消失了也都改正了。通过本次实验我了解了 HFSS 这个软件，并能运用它绘制一些简单的图形，并且也能知道这个图形的覆盖面上的场强分布情况，更有意思的事，还能以动画的形式生动的表现出来，这让我意识到这个软件的强大，还有它的分析功能也很便捷，我希望在以后的学习中能够更深入的了解并熟练地掌握。实验二：魔 T 内部场分析实验目的理解和分析魔 T 波导内部场结构及网络参数实验步骤及结果:1)、建立新工程2)、设置求解类型11 / 243)、设置模型单位4)、设置模型的默认材料5)、创建魔 T第 1 步：创建 arm_1第 2 步：设置激励端口第 3 步：创建 arm_2第 4 步：创建 arm_3 和 arm_4第 5 步：组合模型6)、求解设置第 1 步：设置求解频率第 2 步：设置扫频12 / 247)、保存工程8)、求解该工程9)、后处理操作第 1 步：S 参数第 2 步：S 参数相位微波技术及线路 实验指导书学院名： 姓名： 班级： 学号：实验一 微波测量系统的了解与使用实验性质：验证性 实验级别：选做 开课单位：信息与通信工程学院 学 时：2 学时 一、实验目的：1了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。 2学会测量设备的使用。 二、实验器材：13 / 2413 厘米固态信号源 2隔离器 3可变衰减器 4测量线 5选频放大器 6各种微波器件 三、实验内容：1了解微波测试系统 2学习使用测量线 四、基本原理：图 1。1 微波测试系统组成1信号源信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。本实验采用 DH1121A 型 3cm 固态信号源。2选频放大器当信号源加有 1000Hz 左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方14 / 24波经选频放大器选出 1000Hz 基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。 3测量线3 厘米波导测量线由开槽波导、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，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4可变衰减器为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在 0 到 30-50 分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出，或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤： 1了解微波测试系统11 观看如图装置的的微波测试系统。15 / 2412 观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如：铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。 2了解测量线结构，掌握各部分功能及使用方法。 21 按图检查本实验仪器及装置。22 将微波衰减器置于衰减量较大的位置，指示器灵敏度置于较低位置，以防止指示电表偶然过载而损坏。23 调节信号源频率，观察指示器的变化。 24 调节衰减器，观察指示器的变化。 25 调节滑动架，观察指示器的变化。 六、预习与思考：总体复习微波系统的知识，熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。实验二 驻波系数的测量实验性质：综合性 实验级别：必做 开课单位：信息与通信工程学院 学时：2 学时 一、实验目的：16 / 241理解测量大、中电压驻波比的原理和常用方法。 2掌握用直接法测量小驻波比的方法。 二、实验器材：13 厘米固态信号源 2隔离器 3可变衰减器 4测量线 5选频放大器 6各种微波器件 三、实验内容：测量无耗小驻波比微波元件的电压驻波比。 四、基本原理：图 直接法测电压驻波比方框图微波元件的电压驻波比是传输线中电场最大值与最小值之比，表示为?EmaxEmin1 直接法该方法适用于测量中小电压驻波比。当驻波系数不大于 6时，可直接沿测量线测量驻波最大点17 / 24和最小点的场强得到，故称为直接法。直接法测电压驻波比方框图如图所示。被测器件接在测量线的终端，这时测量线中电场的纵向分布如图所示。图 测量线电场分布图当测量线的探针沿纵向移动时，波腹点和节点指示电表读数分别为 Umax 和 Umin。 晶体二极管为平方律检波时，则有：?/Umaxmin当驻波比 ?Umax1?Umax2?Umaxn18 / 24Umin1?Umin2?Uminn当驻波比 表 2。1 波腹波节处的电压值匹配负载是失配负载北 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：1119 / 24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。 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：20 / 24a)b)c)d)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21 / 24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。22 / 24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