微波实验报告

1 / 29微波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 / 29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 / 294.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内蒙古工业大学信息工程学院实 验 报 告课程名称：微波技术实验名称：阻抗匹配网络的设计实验类型： 验证性 综合性设计性实验室名称：通信与控制基础实验室成绩：4 / 29实验日期：2016 年月日实验三、阻抗匹配网络的设计一、 实验目的1. 理解阻抗匹配原理，重点掌握单支节阻抗匹配器的应用；2. 熟悉阻抗圆图在阻抗测量中的应用；3. 学会用阻抗匹配器对失配元件进行调配。二、 设计要求1. 在给定负载情况下，利用单支节匹配器法设计阻抗匹配网络，实现无反射匹配；2. 结合阻抗圆图，验证设计结果，并得出结论。三、 实验原理5 / 291. 阻抗测量在微波测量技术中，阻抗测量占有很重要的地位。微波元件的阻抗是微波系统匹配设计的依据, 也是研究复杂微波结构的微波网络中确定等效电路参数的依据。阻抗测量不仅应用于微波器件特性阻抗的研究及微波系统的阻抗匹配，同时也是一些复杂测量的基础。因而微波阻抗测量是一项非常重要的测量。由波导理论可知波导中的电磁场不是均匀分布的，因而不可能像双线传输线那样用行波电压对行波电流之比，来规定出一个只决定于传输线本身尺寸的特性阻抗。波导的等效阻抗值因定义方法不同而不同，因而一般并不进行阻抗绝对值的测量。经常遇到的实际问题是电磁波在负载与传输线不匹配的传输系统上传播而产生的问题，在这一类问题中仅需知道被测元件的归一化阻抗。阻抗测量的方法很多，但应用较为广泛的方法是测量线法。根据传输线理论，传输线上任一点的归一化阻抗为：在电压最小点，即 L=Lmin 时，有?16 / 29?，代入上式可解得归一化负载阻抗为：即阻抗测量就归结为对上述三个参量的测量。2. 确定驻波最小点位置 Lmin 的测量原理由于测量线标尺的两端点不是延伸到线体的两端口，直接测量输入端口到第一个电压最小点的距离 L min 是不可能的，但根据阻抗分布的?g/2 重复性原理，在传输线上每隔n?g/2处的阻抗相等，所以只要找到与待测阻抗相等的面作为等效参考面即可，这就是在测量中常采用的方法“等效截面法” 。实际测量过程如图 3-1 所示。首先将待测元件接在测量线的输出端，其驻波分布图形如图 3-1 中所示，元件的输入参考面与第一个驻波最小点 D1 的距离为 Dmin，用测量线测出其输入驻波系数 ，记录波节点在测量线上的位置 D min(D min= n?g/2+Lmin) ，然后取下待测元件，将测量线短接，这时在测量线中测得与 Dmin 相邻的驻7 / 29波节位置 DT，如图 3-1(b) 所示。从图中可以看出，因为 DT 是测量线终端短路时的驻波波节位置，所以它离终端的距离必为 n?g/2，根据 n?g/2 阻抗变换原理。DT 点的输入阻抗应等于终端所接的待测器件的阻抗。DT 参考面则被称为测量线终端的“等效参考面” 。这样在测量线上的 Dmin 和 DT 之间的距离即为所要求的输入参考面到第一最小点的距离 Lmin。如图所示， 。图 3-1 等效面法测量 Lmin 的原理图负载阻抗可由 Smith 圆图进行求解。在查 Smith 圆图时必须注意，如果 DT 在 Dmin 的右边，查图时要按逆时针方向转，反之如 DT 在 Dmin 的左边，则按顺时针方向转。利用圆图求输入阻抗的具体过程如图所示。我们知道无耗传输线接任意负载时，沿线输入阻抗的变化轨迹是一个圆，称为等 圆。而波节点的输入阻抗是一个纯电阻，其轨迹为图中“0-1 轴线” 。因此，等 线圆与“0-1”轴线交点 A 即为驻波节点阻抗值，所以，当驻波节点与等效参考面 DT 的距离 Lmin 已知时，就可以按已知输入阻抗求负载阻抗的方法，求出被测器件的阻抗。这时只需从 A 点出发，沿着等 圆逆时针方向转过 Lmin/ 8 / 29抗 L。 g 的距离到达 B 点，则 B 点所代表的阻抗就是被测器件的归一化阻图 3-2 用阻抗圆图计算负载阻抗3. 匹配负载法测定膜片的电纳图 3-3 膜片在波导中放置如图 3-3 所示的开有窗口的全金属片称为膜片，当膜片的厚度满足 精度取决于匹配负载的匹配性能。实验一 卫星数字电视接收一、实验目的1、了解接收卫星电视的具体方法。2、学会使用天线接收机，并掌握接收天线的调整。3、接收“中星 6B 卫星电视” ，出稳定的节目。9 / 29二、实验器材天线、高频头、卫星接收机、电视、馈线三、实验过程与原理1、接收天线的组成与工作原理天线是收集和处理远处的卫星发出的高频电磁波信号的装置。它的通信器件主要包括反射器、馈源、高频头和馈线。天线是无线电波的输入端口。机械部件主要包括馈机械部件主要包括馈机械部件主要包括馈机械部件主要包括馈源支撑杆、俯仰角调整机构、方位转动机构和底座等。2、方位角的计算从接收点到卫星的视线在接收点的水平面上有一条正投影线，从接收点的正北方向开始，顺时针方向至这条正投影线的角度就是方位角，顺时针方向至这条正投影线的角度就是方位角，实际使用时应考虑当地磁偏角数值。计算结果方位角负值为南偏角。计算结果方位角负值为南偏西，10 / 29正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为西，正值为南偏东，方位角以正南为 0o 角边。即实际方位角为：3、仰角的计算从接收点仰望卫星的视线于水平线构成的夹角就是仰角。即仰角为：在计算方位角、仰角之前先从地图上查出本地站址的经度和纬度4、影响天线效率的主要因素? 天空噪声：这是由星体中的能量变换和某些大气层活动造成的宽带辐射大宽带辐射。这种噪声主要通过主瓣输入，与仰角的大小无关。? 大地噪声：温暖的地面中分子的激发造成的大带宽噪声称为大大地噪声。在高纬度的低仰角中，它对天线噪声的作用最大。11 / 29? 人为噪声：机器和设备发出的噪声也会增大天线噪声。例如汽例如汽例如汽例如汽车的打火系统、剪草机以及萤光灯的开和关。天空噪声和人为噪声比起噪声的主要成份大地噪声的作用更小。一般来说，在噪声比起噪声的主要成份大地噪声的作用更小。一般来说，在仰角低于 30左右时，天线噪声温度会迅速增加。5、卫星数据接收机及其主要性能? 卫星数据接收机，俗称机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是“置于电视机顶上的盒子置” 。它是利用卫星通信网络或有线电视网络作为传输平台，利用电视机作为用户终端，提高现有电视机的性能或增加其功能。? 接收机基本上可划分为数字电视接收机、网络电视接收机和多媒体接收机三类。? 数字电视接数字电视接数字电视接数字电视接收机的主要功能是：将接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，12 / 29使用户不用更换电视机就能收看数字电视节目，图像质量接近 500 线水平。6、卫星数据接收机的工作原理四、实验中出现的问题和数据分析贵州卫视 下行频率 3796 极化水平 符号率 6930湖南卫视 下行频率 3750 极化水平 符号率 10490CCTV-1 下行频率 12275 极化垂直 符号率 27500贵州卫视信号质量最强 72%，CCTV-1 信号质量居中 65%，湖南卫视信号质量较低 59% 问题：地球站天线对准卫星的调整最主要是什么？答：方位角和仰角最关键，只有方位角和仰角都准确对准卫星后才能接收到有效信号，极化角则其次，在方位角和仰角都对准后，调整极化角可略微增加信号的强度和稳定。13 / 29五、心得体会通过对这次的卫星数字电视接收实验的学习，我知道了其基本的方法，以前在家的时候也经常玩这个，但那只是简单的玩一下，不知道怎么摇才最有效率，那只是凭感觉摇。而通过这次的学习我知道了很多，比如说怎么样做才能快速的找到合适的位置，怎么样才能有效的找到我们所需要的频道，怎么样才能有利于接收，这一切的一切都是我之前所没有体会的，但通过这次的实验这一系列的迷惑我都明白了。而且在这次的实验中我也知道了那些基本的用语，也可以说是专业用语，这些在我以前的脑海里是不复存在的，我也因这些基本的用语多次被老师批评，但也正因为有了老师的指导，我对这些专业术语记得更加清楚。在这次实验中我们学到的是最基本的东西，也是我一直以来不注意的重要的东西，所以在这次实验中我收获很大，同时我也很感谢老师同学们，有了我们共同的努力，我们才完成了这次的实验。还有就是我轻松愉快的完成了这个实验，在这次实验中我也特别开心。实验二 CATV 前端组建14 / 29一、实验目的1、了解和认识 CATV 前端的类型和组成。2、学习 CATV 的转换。3、掌握 CATV 的组成。二、实验器材电视机、VCD、抛物面天线、场强仪、接收机、分支器、连接线 三、 实验过程和原理卫星电视接收系统主要由二部分组成， ，即卫星信号接收和前端信号处理。卫星信号接收部分主要有卫星天线、馈源和高频头组成。卫星天线是接收卫星转发器的电磁波信号，并把该信号反射给馈源。通过馈源把收集到的信号传给高频头，由高频头把变频信号传给前端设备进行信号处理。经低噪声放大，混频以及第一次频放大后高频头输出，3020dBW 的中频信号，第一次变频的目的将的较高频率信号下变频为的的较低频率信号，以便于实现稳定的高增益放大，而且在较低频率上将信号用电缆馈送到前端设15 / 29备进行再次信号处理，信号衰减相对较低。前端信号处理有五部分组成，第一是功率分配器，第二是卫星前端信号处理有五部分组成，第三是制式转换器，第四是调制器，第五是混合器。、功率分配器是把输入信号功率等分或不等分成几路信号功率输出，以达到卫星传送同频段内的多套电视节目。卫星接收机是把输入信号解调还原成为具有标准接口电平的电视视频和伴音信号。制式转换器是将各种制式转换 PAL 为制，以适应我国接收设备的信号接收。调制器的主要作用是把卫星接收机还原的音频信号和视频信号调制成为射频信号。混合器的主要作用是把调制以后的各路信号混合成一路信号，采用频分复用共缆传输技术一根电缆传输包含不同频率的信号，其目的在于使用户通过调节电视机频率就可以收到卫星电视节目。16 / 29四、实验中出现的问题和数据分析、功率分配器是把输入信号功率等分或不等分成几路信号功率输出，以达到卫星传送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(转 载 于: 海达范文网:微波实验报告) 实验一 短路线、开路线、匹配负载 S 参量的测量一、 实验目的17 / 291、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 (1-1) b2=S21a1+S22a218 / 29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=b2“2”端口外接匹配负载时，19 / 29a1a2?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20 / 29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/CW1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 ! 21 / 29MHz”，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/CW1OUT 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。22 / 29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 的曲线图匹配负载23 / 29状态下300MHz-500MHz时的S21曲线的图24 / 29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 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25 / 291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26 / 29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。