微波测量实验报告

1、实验微波同轴测量系统的熟悉北京邮电大学3北玄年富氏摩"T ml POKHi 4k0 ElitiECOMMU-tAfimtPOSTS§课题 姓名 学号 班级 学院微波测量实验报告微波射频测量技术基础、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。、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。3民軽_ I .fc -_.-.L-r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

2、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（如天线、滤波器等），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 面板组成图如下所示：72IH各部分功能如下:（1）CRT显示器显示仪器当前工作状态和测试结果。（2）BEGIN（开始）在测量放大器、滤波器、宽带无源器件、电缆等被测时能快速、 简便的配置仪器，可引导

3、用户完成初始步骤，根据用户的选择自 动配置仪器。（3）ENTRY（数据输入）数字键、旋轮和上下键，用于数据输入。（4）SYSTEM（系统功能）SAVERECALL存储或调用数据。HARD COPY打印或者存储测量曲线、数据。SYSTEM OP TIONS 系统选项。（5）PRESET（复位）复位仪器。（6）CONFIGURE（配置）SCALE设置垂直方向的分辨率和参考位置等。DIS PLAY显示设置。CAL:校准菜单。MARKER频标功能键。FORMAT:数据显示格式。AVG:平均功能设置和中频带宽设置。（7）SOURSE（源）FREQ频率设置。SWEEP设置扫描方式、扫描时间。POWER R

4、F信号输出开关或者设置 RF信号输出功率。 MENU :设置扫描点数及单次扫描、连续扫描或保持等。（8）MEAS（测量通道）MEAS1 :设置通道1的测量方式。MEAS2 :设置通道2的测量方式。（9）软键对应的功能显示在左边显示屏上。（10）亮度调节旋钮调节显示器亮度。（11）电源开关打开或关闭整机电源。（12） U盘接口Usb盘接口（13） RF OUT（射频输出）射频信号输出口， N型K头。（14）RF IN（射频输入）射频信号输入口， N型K头。2）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：;:r ; AI II-匚b

5、）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。、思考题1、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。（给出S参数到Z参数的转换公式，以及如何在 ADS中应用。）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：?12 1 - ?11 -?1 + ?22 -?21 1 -?11 ?12= 1 + ?11?21 ?22=Z0 ?21实验微波同轴测量系统校准方法、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的校

6、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。、实验内容TRL和SOLT 了解其校准原理和优缺点。1、总结常用微波同轴测量系统的校准方法，比如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（方向）、ES （源匹配）、EL （负载匹配）、ERF（反射跟踪）、ETF（发射跟踪）和 EX （串扰）。操作正确的话，SOL

7、T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。湍11忌.12I Err 台三«t" 尊11111Hr j 焉if1111I114(1虹IEsr EdiiIfE'ih%12? EDE 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。1 口和 2 口? EXE EXR隔离，串扰，误差与串扰相关，可以通过测量接匹配负载的 来确定。? ESF ESR以及ELF ELR信号源匹配和负载

8、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（Sail， Sa12， Sa21， Sa22）的过程。TRL校准极为精确，在大多数情况下，精确度甚至超过SOLT校准。然而绝大多数校准套件中都不包含TRL标准件。在要求高精度并且可用的标准校准件与被测件的连接类型不同的情况下，一般采用TRL校准。使用测试夹具进行测量或使用探头进行晶圆上的测量，通常都属于这种情况。因此，某些情况下需要构建和表征

9、与被测件配置介质类型相同的标准件。制造和表征三个 TRL标准件比制造和表征四个 SOLT标准件更容易。TRL校准还有另一 个重要优势：标准件不需要像 SOLT标准件那样进行完整或精确的定义。虽然SOLT标准件是完全按照标准的定义进行表征和储存，而TRL标准件只建 立模型而不进行完整表征，但是网第分折二端口器件的框圏井幡口）Sfi*iU2 的*才平®=Mnp 幻LATRL校准的精度与TRL标准件的质量和可重复性成正比。物理中断（例如传输线路弯曲和同 轴结构中的焊缝）将会降低 TRL校准的精度。接口必须保持清洁并允许可重复的连接。增口士的«列】的摘 平面和【7'、人和门

10、矩阵来表示在TliniRertecJ和口ne连接下测#出的S参划:Thru1T«112J11屁23 务 T(a)口a =0按对称性有 % = r，按互易性有為二r,2Reflect.I枷 Tfirl1i彊昆盒一AW1勺lilaA 51 -' <pj町平面jqjiitTUPi4|<b)/?22 二尺11rt：=O'LineDUT募尋平®Sjzf-PJ, 3TUji 年1 bj£_：小,T,.y-T*（CJ22 H【“订和 f-2l L2ill«2ai=0=V I应小淞即"M + ! 一矗5_ 张咕I - SgfF=0T

11、nba =0V?_ CI $22 sf?"U= 昭2 一昭vSil Ti2 1 s22J十£|£11口 I =0T12 5 p c 即"f+B韦_ 险F _ 1 -曲fFS广切 _ s昭=T/W _ 7%F严丹（7i 一屉丁12）- TiiSfm = S （广切-懸）-忌卩门_ Lfm +（打I biF 土 /昭十片；（鞋1 -S）叩 -4几冷t 2E"e2八1 = Sh + $2202bl = Sii + S22乙2&一"C丁11 F S22 Tn - Em一"Sll = TII S22|2 弟=T|2（1隠）珂1

12、乩7】2、掌握矢量网络分析仪的 SOLT校准步骤以及校准精度验证方法。 方法如下：（1）（2）（3）（4）+ 5竝（&1 = Sji）* |» 1-4B/V As'-1C叩CDcC£）A'旷'AB-1 ,胪歹-' AB'C DCDcmCD按CAL键激活校准菜单按Start Cal'键进入下一级校准菜单按 Two-Port P1 P2'键选择2端口校准，并进入下一级菜单的接头指的是测试电缆的接头形式， Kit ）的型号。点击“ Next”键，进入校准菜单，SOLT校准共有7个步骤：端口接开路校准件，端口接短路校准

13、件，端口接负载校准件，按TOSM'键选择TOSM校准方式，选择正确的接头形式（Conn ector），注意这里不是标准件的接头形式，以及正确的校准件 （Calibration（5）用鼠标点击“开路open”；用鼠标点击“短路Short” ；用鼠标点击负载Load”；用鼠标点击“开路Open” ；用鼠标点击“短路Short” ；用鼠标点击“负载Load”； 在 在 在 在2端口接开路校准件， 在2端口接短路校准件， 在2端口接负载校准件， 在1端口和2端口之间接直通校准件，用鼠标点击“直通 Through”，同时下方的” Apply” 键也生效。点击“ Apply”，使校准数据生效。、实

14、验步骤及结果注意在实验报告中包括下列内容：S参数，并保存数据a） 校准前测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）1）开路S11丈件就迪适CD耶迪即"6试/幷桁血 杞®齒 功罷川Lulj?ll；14 L4 bL- PG l1l ELli期 Ld-PKJErtl QoKCldE<0 ZDOzU. _UIJ -;n 'no -JD .flo-JU. 2130也：00 -m -ni> .oxst绰止 .OJDDXili圉啾盘<50 ：0DzU. _UIJ -:n -no JD RDn -fl审-JU. 2130oxst*eo .ranH ；5!i=i 起.偽

15、：300.优01±=2）短路S11丈件劇 張垃/主适CD耶迪即"6屁分桁血 曲® 功罷Li昶舫（1）_Q -远 llOt 玺 1_ L势 Ln OK J5M QCiQCtidE也:oo-m TiQeo .ranB ：5i=ic.Ca：3B.-EOl±z 纬止 ?.OJDD?G?£i圉门试謹3）匹配S11丈件劇 和血迪适討 站曲如 吒板/分桁如 杞® 功罷川?i5t I1JzU. _UU -罚'HDJD RDn -no-JU. JJU5 -nn -叩:oo -三D .TaoB ：5!i=i lE.rB：JKi.'KUl&

16、#177;z4）直通S11如;oo HMD：Q SCIin -noSJA?球止.f.OJjOXHj轼垃/主懂討 响世如 七板/分忻血 衆® 功罷0 昶舫皿u. _uu-JD 40-10. ZflDSA”:” -to錨舌岡亘113B Sil Lt LD.<«：/0 aODCOdEA7 V埠27tn -fiD七 LI. 一UttL4 bLoxst酚状佥tu门丿1打14 £ UL保存oxst另存为”B通迄丄 起炸:JOO.IEUM:纬止.?.03jD?Gl£i用户状忠S参数，并保存数据b） 校准后测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）1）开路S112）短

17、路S11丈件叱 输&血迺（D】姻£J *1和分肝dJ 翊 3 礙期 帮斷ChJ:dUL：iLt；L4 LS L13)匹配S11丈件（£轨唾血道即 昭座卸 *1各師 B 般QJJ flfUiii沁JJDID '：O0in -no创；tlO弐 FD iZB sir W la XOa/D. IXOQdtU. JJU科k-兀 U. JJUai保存iin.csiH HQ-It). ZflD:fl "Cl-s -nn咖存鞋4)直通S11丈件贬乩唾皿道即 昭座血 *晞汕（1 师心 般QJJ帮斷®in -no祁;oo5 t L剖 10 mflan/o.

18、ocoOdDJUl：ilt.'l4 L4 bl(JXstzU.-WlU. jUUin -nnfl.匚0叶:<10另荐沖“tnno-zQTnn咖存翻H 适适 1 走.斗:sm. moidtz 审pttE.C） 比较校准前后校准件（开路、短路、匹配和直通）的S参数，解释说明各条曲线，并指出所做校准的精度情况分析比较校准前后的数据可以发现， 经过校准后有效的减少了原来的误差， 带宽的微弱 变化虽然很小， 但是对于误差来说还是足够证明每次连接测量器件之前校准步骤都是必要的， 而且在校准过程中，有校准之后的图形可分析：在 Smith 圆图上，开路和短路不再是一圈圈 缠绕的线， 已经减少到靠

19、近开路和短路点的一段线， 匹配点经过校准后已经非常接近理论上 的一个点而不是一个区域。 所以， 校准之后的测量才是符合实际的近乎标准值， 在未校准时 进行的测量只能大概估计下元件的类型及带宽， 对于精确的参数测量未校准时是完全不符合 标准的。实验三 利用微波同轴测量系统进行实际器件测量、实验目的1、利用SOLT校准方法进行微波同轴测量系统的校准2、测量天线和滤波器的实际性能、实验内容1 、存储测量结果，并通过测量结果了解天线和滤波器的工作原理以及性能a）天线和滤波器的S参数测量曲线b）通过分析其S参数，了解天线和滤波器所组成的网络的特性。a)b)2、在分别经过校准和没有校准的情况下测量天线和滤

20、波器的性能，比较两类测量结果 未校准和校准后天线和滤波器测量曲线比较结合实验二指出对于三个器件，十二项误差模型中哪个误差项的影响比较大，原 因是什么？c)通过测量结果分析三个器件的工作原理。三、实验结果及分析1）校准后天线 S11丈件It输SAS道ID J缠（U *诒分忻dJ 師® 礙on帮斷（hJJUL另吐；14 Li ISlW.c$1定Si咖存欝审产秋急天线是单端口器件，故只有 S11的结果，在工作频率点处，即2.22GHz, S11 （回波损耗）很小，即全部能量发射出去。2）校准后滤波器S21JUL另吐；14 Li旧丈件It触皿道ID J缠111 *诒分忻dJ 師® 躺on帮斷