微波技术基础实验ppt课件

1、微波技术实验重庆大学通讯工程学院重庆大学通讯工程学院前 言 本实验主要针对高等院校的微波技术课程教学而编写，内容涉及现行微波技术课程教学中的各个实验环节，对微波技术实验提出恰当的指点，使学生能经过实验对微波技术课程有更深层次的了解。 实验内容涵盖微波技术各种无源与有源器件实验以及小型微波系统实验，在重庆大学进展了一年的实验性教学，效果良好。本实验指点书是以微波技术实际为根底，微波软硬件为工具编写的，并进展了内容扩展，具有通用性。微波实验所需软件的简介1)电路设计所需求的软件(microwave office、ADS 、ansoft Designer)2)ADS根本功能的简介(包括：S参数仿真、

2、smith圆图工具、Linecalc工具)实验一、传输线实际一、实验目的一、实验目的 1、了解根本传输线、微带线的特性。 2、利用实验模组实践丈量以了解微带线的特性。 3、利用ADS软件进展根本传输线和微带线的电路设计和仿真。二、实验设备项目设备名称数量备注1M O T E C H RF2000 测量仪一台亦可用网络分析仪2微带线 模组一套RF2KM1-1A,3MICROWAVE软件1套微波电路设计软件41M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）550 BNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色)三、实际分析见书上无耗传输线输入阻抗公式四、软件仿真得到反射系数、输入阻抗(1)负载短

3、路情况下的特性(在理想微带线库中选元件)(2)负载开路情况下的特性(3)负载为复阻抗下的特性(3)负载为纯电抗下的特性软件仿真义务：(1)仿真负载为不同阻抗(开路、短路、复阻抗、纯电抗条件下的传输线的反射系数、输入阻抗)四、硬件丈量 丈量步骤： 1 MOD-1A的S11丈量：设定频段BAND-3;针对模组P1端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表(1-1)。 2 MOD-1B的S11丈量：设定频段BAND-3;针对模组P2端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表(1-2)。 3 MOD-1C的S11丈量：设定频段BAND-3;针对模组P3端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表(1-3)。 4 M

4、OD-1C的S21丈量：设定频段BAND-3;针对模组P3及P4端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表(1-4)。实验二、匹配实际一、实验目的、了解根本的阻抗匹配实际及阻抗变换器的设计方法。 2、利用实验模组实践丈量以了解匹配电路的特性。 3、学会运用软件进展相关电路的设计和仿真，分析结果。二、实验设备项目设备名称数量备注1M O T E C H RF2000 测量仪一台亦可用网络分析仪2阻抗交换器模组一套RF2KM2-1A (mod-2A,mod-3MICROWAVE软件1套微波电路设计软件41M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）550 BNC 连接线 2条CA-1、CA-2 (

5、粉红色)三、实际分析见书上(1)集总元件实现的L型匹配网络(2)分布参数实现的L型匹配网络(3)双枝节线匹配四、软件的运用(1)翻开软件的Smith圆图工具(2)确定任务频率、负载的归一化阻抗值(3)利用LC网络实现匹配(4)同一个负载阻抗值采用分布参数实现匹配(5)对匹配网络进展S参数仿真LC网络实现匹配S参数仿真分布参数实现匹配S参数仿真软件仿真义务：(1)采用集总参数匹配负载(2)采用单枝节分布参数匹配负载(3)采用双枝节分布参数匹配负载五、硬件丈量 1、MOD-2A的S11丈量：设定频段BAND-3.针对模组P1端子做S11丈量，并讲丈量结果纪录于表2-1中。 2、MOD-2A的S21

6、丈量：设定频段:BAND-3.针对模组P1及P2端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表2-2中。 3、MOD-2B的S11丈量：设定频段：BAND-3.针对模组P3端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表2-3中。 4、MOD-2B的S21丈量：设定频段：BAND-3.针对模组P3及P4端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表2-4中。实验三、功率衰减器一、实验目的 1、了解功率衰减器的原理及根本 设计方法。 2、利用实验模组实践丈量以了解功率衰减器的特性。 3、学会运用微波软件进展功率衰减器的设计和仿真，并分析结果。 二、实验设备项目设备名称数量备注1MOTECH RF2000 测量仪一台亦可用

7、网络分析仪2功率衰减器模组一套RF2KM3-1A (mod-3A,mod-3B)3MICROWAVE软件1套微波电路设计软件41M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）550 BNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色)1、熟习功率衰减器的原理。2、了解和掌握两种类型的衰减器的原理熟习两种类型的衰减器的类似点和不同点，以及他们的作用4、详细请参见实验指点书。三、实际分析功率衰减器的目的包含任务频率范围，衰减量、功率容量、回波损耗等等。普通低频的才采用电阻的方式实现。例如衰减10dB，输入、输出阻抗为50欧，代入上面的公式有R371.15欧，R296.25欧，R1=96.25欧。表示

8、需要的衰减其中型同阻式计算公式：AZRRZRPi1121100120310A6 .8121121*50114 .141121212*5012211001203103ZRRZRT型同阻式计算公式：例如衰减3dB，输入、输出阻抗为50欧，代入上面的公式有R3141.2欧，R28.6欧，R1=8.6欧。表示需要的衰减其中型同阻式计算公式：AZRRZRT1112100120310A阻抗表示端口的输入、输出分别表示需要的衰减其中型异阻式计算公式：outinoutinoutinZZARZRRZRZZRPi,)1111()1111(2110132131310A例如衰减3dB，输入阻抗为50、输出阻抗为75欧

9、，代入上面的公式有:7 .166)65.2115 . 023751()1111(42.72)65.2115 . 023501()1111(65.212127550*5 . 02121101011321131310310ARZRRZRZZRoutinoutin阻抗表示端口的输入、输出分别表示需要的衰减其中型异阻式计算公式：outinoutinoutinZZARZRRZRZZRT,111112103231310A例如衰减6dB，输入阻抗为50、输出阻抗为75欧，代入上面的公式有:36.4364.815 . 05 . 17569. 164.8175. 025. 150,64.8175. 07550*

10、25. 0*21241101021310610ARRZZRoutin例如衰减3dB，输入阻抗为50、输出阻抗为75欧，代入上面的公式有:8 .512 .1735 . 05 . 1752 .232 .1735 . 05 . 150,2 .1735 . 07550*5 . 0*21221101021310610ARRZZRoutin设计义务：设计T型，PI型同阻和异阻构造的衰减器四、硬件丈量 1、MOD-3A的S11丈量：设定频段：BAND-3;针对模组P1端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表3-1中。 2、MOD-3A的S21丈量：设定频段：BAND-3;针对模组P1及P2端子做S21丈量，并

11、将丈量结果纪录于表3-2中。 3、MOD-3B的S11丈量：设定频段：BAND-3;针对模组P3端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表3-3中。 4、MOD-3B的S21丈量：设定频段:BAND-3;针对模组P3及P4端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表3-4中。实验四、功率分配器 1、了解功率分配器的原理及根本设计方法。 2、利用实验模组实践丈量以了解功率分配器的特性。 3、学会运用ADS软件对功分器设计及仿真，并分析结果。一、实验目的二、实验设备项目设备名称数量备注1MOTECH RF2000 测量仪一台亦可用网络分析仪2功率分接器模组1A、2A一套RF2KM4-1A RF2KM4-2A

12、350终端负载1个LOAD4THRU端子1个THRU（RF2KM）5MICROWAVE软件1套微波电路设计软件61M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）750 BNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色)三、实际分析功率分配器的技术目的：频率范围、接受功率、插入损耗，支路隔离度、端口驻波比等等。2、各类型等功率分配器： 根据功率分配器的组成方式可以分为三种类型功率分配器，即集总参数构成的型电阻式功率分配，Y型电阻式功率分配器；分布参数构成微带功率分配器。电阻式功率分配器的特点：频带宽、布线面积小、设计简单，缺陷是功率损耗较大(6dB) Power divider Power di

13、viderPort2 ,P2Port3,p3 Port1 P11、功率分配器的原理功率分配器是一个三端口元件，如下图，根据能量守恒有型电阻式功率分配器如下图由于电路的对称型，因此端口2和端口3的输出电压是相等的。其端口2的电压等于：Y型电阻式功率分配器如下图由上面的电路分析可以知道，电阻功率分配器，输出端口总的功率为输入端口功率的0.5倍，因此有一半的功率被耗费在电阻网络中。设计义务：设计两种集总参数电阻等功率分配器； 微带wilkinson等功率分配器微带wilkinson等功率分配器微带wilkinson功率分配器设计公式四、硬件丈量 1、MOD-4A之P1端子的S11丈量：设定频段：BA

14、ND-3;将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子；针对模组P1端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表4-1中 2、MOD-4A之P1及P2端子的S21丈量：设定频段：BAND-3; 将LAOD-1接在P3端子上；针对模组P1及P2端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表4-2中。 3、MOD-4A之P1及P3端子的S21丈量：设定频段：BAND-3; 将LOAD-1接在模组P2端子上； 针对模组P1及P3端子做S21丈量，并将结果纪录于表4-3中。 4、MOD-4B之P1端子的S11丈量：设定频段：BAND-4;将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子上。针对模组P

15、1端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表5-1中。 5、MOD-4B之P1及P2端子的S21丈量：设定频段：BAND-4; 将LOAD-1接在P3端子上；针对模组P1及P2端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表5-2中。 6、MOD-4B之P1及P3端子的S21丈量：设定频段：BAND-4;将LOAD-1接在模组P2端子上； 针对模组P1及P3端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表5-3中。实验五、定向耦合器一、实验目的 1、了解方向耦合器的原理及根本设计方法。 2、利用实验模组实践丈量以了解方向耦合器的特性。 3、学会运用微波软件对方向耦合器进展设计和仿真，并分析结果。 二、实验设备项目设备

16、名称数量备注1MOTECH RF2000 测量仪一台亦可用网络分析仪2方向耦合器模组2组RF2KM5-1A RF2KM5-2A350终端负载1个LOAD-1、LOAD-2450负载端子2个550 BNC 接头2个THRU6MICROWAVE软件1套微波电路设计软件71M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）850 BNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色)三、实际分析 定向耦合器的技术目的包括频率范围、插入损耗、耦合度、隔离度、方向性性等。如下图输入端口的功率为P1,信号传输端口的功率为P2,信号耦合端口的功率为P3,信号隔离端口的功率为P4。 1、集总参数定向耦合器的设计集总参

17、数构成的定向耦合器有低通L-C,和高通L-C两种方式。如下图 1、确定耦合器的目的，包括耦合系数C(dB)、端口的等效阻抗Z0、电路的任务频率f。 2、利用下面的公式进展计算：3、分别对构成定向耦合器的不同构造计算元件值a.低通构造b.高通构造例子:设计一个任务频率为1GHz,-10dB低通L-C支路耦合器，端口阻抗为50欧。2微带3dB定向耦合器的设计，其支线阻抗如下图微带3dB定向耦合器的分析：1奇、偶模鼓励(等效观念,将特性阻抗进展归一化分析)2偶模鼓励3奇模鼓励040302012121212121212121eeeeBBBB对于偶模鼓励对应的ABCD矩阵可以表示为参见书上(表6.6-1

18、)：10121101022/0101jjjjjDCBAe各个端口的归一化出射波的电压幅度：根据ABCD矩阵和传输，反射系数的关系有(见公式6.5-5)：)1 (21112201111jjjDCBAjjjjDCBADCBAee对于奇模鼓励对应的ABCD矩阵可以表示为：11212/12/2/2/11012/122/0101022/0101jjjjjjjjjjjDCBAo)1 (2112) 11 (212201111jjjjDCBAjjjjDCBADCBAeo度相移），具有到端口（半功率，从端口是匹配的端口90212)1 (221)1 (2212121)1(021210201jjjBBee综上所述：

19、)4(00021211803121)1 (221)1 (22121210403无功率输出，即隔离端端口度相移），具有到端口（半功率，从端口eeBjjB*设计义务设计一个集总参数的定向耦合器和一个微带的3dB定向耦合器四、硬件丈量1、MOD-5A之P1端子的S11丈量：设定频段：BAND-3;将LOAD-1及LAOD-2分别接在模组P2及P4端子上；将于RF2000 RF-IN 端子衔接的CA-1接在模组P3端子上；针对模组P1端子做S11丈量，并将丈量结果纪录于表6-1中。2、MOD-5A之P1及P2端子的S21丈量：设定频段：BAND-3; 将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P3及P4

20、端子上；针对模组P1及P2端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表6-2中。3、MOD-51之P1及P3端子的S21丈量：设定频段：BAND-3;将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P4端子上；针对模组P1及P3端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表6-3中。4、MOD-5A之P1及P4端子的S21丈量：设定频段：BAND-3;将LAOD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子上；针对模组P1及P4端子做S21丈量，并将丈量结果纪录于表6-4中。实验六、滤波器设计一、实验目的 1、了解根本低通及带通滤波器之设计方法。 2、利用实验模组实践丈量以了解滤波器的特性。 3、学会运用微波软

21、件对低通和高通滤波器的设计和仿真，并分析结果。二、实验设备项目设备名称数量备注1MOTECH RF2000 测量仪一台亦可用网络分析仪2低通滤波器模组1组RF2KM6-1A，（mod-6A）350终端负载1个LOAD-1、LOAD-24带通滤波器模组1个RF2KM6-1A，（mod-6B）6MICROWAVE软件1套微波电路设计软件71M BNC 连接线2条CA-3、CA-4（黑色）850 BNC 连接线2条CA-1、CA-2 (粉红色)三、实际分析1、滤波器的类型a)低通滤波器b)高通滤波器c)带通滤波器d) 带阻滤波器2技术参数a)插入损耗：定量描画功率呼应幅度和0dB基准的差值b)波纹：

22、描画通带内信号呼应的平坦度c)3dB带宽：定义为通带内衰减3dB处上边带频率和下边带频率之间的差值(分数带宽)d)带外抑制阻带抑制):在理想的情况下，希望滤波器在阻带中具有无穷大的衰减量，但实践中只能运用有限的元件数目来实现滤波器，因此通常将60dB作为阻带计算的设计值两种归一化低通滤波器的实现方式如以下图所示，其中串联电感和并联电容交替出现。g0为电路的源电阻或电导，gi为串联电感或并联电容，gN+1为负载电阻或电导等波纹切比雪夫低通原型的值可以经过下面的公式来求取为了满足需求的通带波纹大小LAr，以及在频率S处的阻带衰减量LAS， Chebyshev滤波器低通原型的阶数可以经过下式确定(a

23、)低通滤波器原型(b)低通滤波器呼应的频率定标如下图为了将低通原型的截止频率从1变换到C，需求乘以因子1/ C来定标滤波器的频率，这是经过用/ C来替代得到的.对于低通原型中的串联电感jXL, 并联电容jXC,变换为低通滤波器中的感抗、容抗为：由上面的式子可以知道由低通原型变换为低通滤波器，其元件的性质不变，只是元件的值进展一定比例的变化，其变化的大小关系由上式确定.即频率变换得到了低通实践低通滤波器的电容、电感值，需求将其变换为实践源、负载阻抗条件下的电容、电感值。即阻抗变换由低通原型到低通滤波器实践元件值的计算的公式为：例子：设计一个最平坦的低通滤波器，其截止频率为2GHz,源阻抗为50欧，在3GHz频率处至少具有15dB的衰减，计算和画出频率为0到4GHz范围内的频率呼应。 C为中心角频率首先找出在频率为3GHz处满足插入损耗特性要求的最大平坦呼应的滤波器阶数。|/ C|-1= | 3/2|-1=0.5,即元件数n=5可以满足，对应的低通原型值为：g1=0.618,g2=1.618,g3=2.000,g4=1.618,g5=0.618以