南昌大学微波技术与天线所有实验报告数据完整处理教材

1、实验报告实验课程： 微波技术与天线学生姓名：学 号：专业班级：年月日实验一 微波测量系统的认识及功率测量一、实验目的1. 熟悉基本微波测量仪器；2. 了解各种常用微波元器件；3. 学会功率的测量。二、实验原理1. 基本微波测量仪器(1) 微波测量技术 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 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(如反射系数、驻波比)和传输参量(如 S 参数)。(2) 微波测量方法 包括点频测量、扫频测量和时域测量三大类： 点频测量：信号只能工作在单一频点逐一进行测量； 扫频测量：在较宽的频带内测得被测量的频响特

2、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：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。(3) 微波测量系统 由微波信号源、 调配器/ 衰减器/隔离器、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 微波测量系统2. 常用微波元器件实验室里常见的几种元器件：(1)检波器(5) 波导弯曲(9) 吸收式衰减器(2)E-T 接头(6) 波导开关(10)定向耦合器(3)H-T 接头(7) 可变短路器(11)隔离器(4)双 T 接头(8) 匹配负载3. 功率测量按图 1 所示连接微波测量系统，在终端处接

3、上微波小功率计探头，接通电源 开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。三、实验数据及处理表格 1衰减器位置 /mm1.01.52.02.53.03.54.04.5功率计读数 /mW6.406.336.256.125.845.194.433.39衰减器位置 /mm5.05.56.06.57.07.58.08.5功率计读数 /mW2.241.641.040.610.340.140.050.01衰减器指示与功率指示关系曲线图 2 衰减器指示与功率指示关系曲线实验二 微波波导波长、频率的测量、分析和计算一、实验目的1. 学会微波测量线的使用；2. 学会测量微波波导波长和信号源频率；3. 分析

4、和计算波导波长及微波频率。二、实验原理1. 系统调整 主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准：(1) 信号源的调整 包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调 整和晶体检波器的校准。(2) 测量线的调整 测量线组成 由一段开槽传输线、探头、传动装置三部分组成； 实验中测量线的调整 一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配(即调谐探头) 。2. 晶体检波器的工作原理 在微波测量系统中，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波 后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。(1) 晶体二极管特性二极管的电流 I 与检波电压 U 的一般关系为： I=CUn。式中

5、， C 为常 数， n 为检波律， U 为检波电压。检波电压 U 与探针的耦合电场成正比。 晶体管的检波律 n 随检波电压 U 改变。弱信号工作情况下，近似为平方律检波，即 n=2；在大信号范围， n 近似等于 1，即直线律。(2) 测量晶体检波器校准曲线 最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相 对电压按正弦律分布，即：(d 为离波节点的距离， Umax 为波腹点电压， g 为传输线上波长。 ) 传输线上晶体检波电流的表达式为：根据上式得到晶体检波器的校准曲线：图 3 晶体检波器的校准曲线3. 波导波长的测量原理(测量线的基本测量原理)(1) 原理 当负载与测量线匹配时测

6、量线内是行波； 当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。 因此通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置 zmin 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、 网络特性等。(2) 测量 测得一组驻波最小点位置 z1， z2，z3，z4 计算波导波长：z3zmin 0z2zmin 02 计算工作波长：gcgcc 为截止波长。一般波导工作在主模状态，其 c =2a 。（波导型号为 BJ-100，其宽边为 a =22.86 mm。） 信号源工作频率：3 108三、实验步骤1. 开通测试系统 连接微波测量系统，终端接上短路负载； 打开信号源、选频放大器的电源，将信号

7、源设置方波）状态，将衰减 器调整到合适位置； 调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大） 。2. 波导波长测量 从负载端开始旋转测量线上整个探头位置，使选频放大器指示最小， 此时即为测量线等效短路面，记录 zmin0； 继续旋转探头，得到一组指示最小点位置 z1，z2，z3， z4 ，反复测 3 次，记入表 1； 计算出波导波长 g， ，f ； 用频率计测量信号源工作频率； 对比工作频率的实际测量结果和计算值。四、数据记录及处理探针初始位置 zmin0 =78.10mm表格 2位置读数测量次数Z1(mm)Z2(mm)Z3(mm)1101.30123.80146.102101.1

8、0123.70146.003101.20123.60145.90Z1= 101.20mm Z2 =123.70mmZ3 =146.00mm表格 3测量频率f1f2f3(GHz)9.399.409.39g =48.15mm=33.15mm f=9.05GHzf1 f2 f 3f3 =9.423GHzf=0.37GHz实验三 微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算、实验目的1. 学会驻波比的测量、分析和计算；2. 学会反射系数的测量、分析和计算；3. 学会输入阻抗的测量、分析和计算。、实验原理在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大 功率击穿，必须实现阻抗的匹配。描述

9、系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。1. 驻波比及反射系数的测量(1) 驻波比U maxU minmin在平方律检波，即 n = 2 时U max maxUminmax1max2max nI min1min1I min 2I min n在 n2 时maxminI max1max2min 2(2) 终端复反射系数 模值 | l| 相位 lzmin n42n 1 g4（3）终端负载阻抗：Zl ZTE101 j tan zmin1 j tan zmin1其中，1201 2a 2ZTE10三、实验步骤1. 等效参考面的选取与波导波长的测量 连接微波测量系统，终端接上短路负载； 打开信号源、选频

10、放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减 器调整到合适位置； 调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大） ； 终端接短路片，从负载开始，旋转测量线上的探针位置，使选频放大 器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录 zmin0 ； 测出波导波长。2. 驻波比测量 终端接待测负载，探针从 zmin0 开始向信号源方向旋转，依次得到指 示最大值和最小值三次，记录相应的读数，即得相应的 Imin 和 Imax；3. 反射系数的测量 终端接上待测负载，探针从 zmin0 开始向信号源方向旋转，记录波节 点的位置 zmin。四、实验数据及分析zmin0 = 79.10mm10表格 4

11、位置读数 /mm测量次数Z1Z2Z31101.00124.00145.702101.00124.01145.603101.00123.09145.80表格 5指示表读数 /uA 测量次数IminImax12.534222.504032.5343表格 6位置读数 /mm测量次数Zmin1Zmin2Zmin3191.6114.0135.4291.5114.3135.3391.7114.1135.5=4.07|l|=0.61gg =44.37mm l =5.26=23.08mmZTE10 =139.53=86.66Zl=139.53*(4.23+j3.056)11实验四 微波网络参数的测量、分析和计

12、算、实验目的1. 理解可变短路器实现开路的原理；2. 学会不同负载下的反射系数的测量、分析和计算；3. 学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的 S参数、实验原理1. S 参数(1) 测量方法 三点测量法；(2) 测量原理 对于互易双口网络有 S12=S21 ，故只要测量求得 S11 、 S12 及 S21 三个量 就可以。图 4 双口网络设终端接负载阻抗 Zl ，令终端反射系数为 l ， 则有：a2 = lb2代, 入S 参数定义式得：b1S11a1S12 lb2b2S12a1S22 lb2于是输入端处的反射系数为： 解出：12S11mS122ina1S12 l1 S22 l2 m s o

13、m0s在实际测量中，由于波导开口并不是真正的开路，故一般用精密可移动短路器实现终端等效开路(或用波导开口近视等效为开路) ，如图所示。图5三、实验步骤1. 将匹配负载接在测量线终端，并将测量线调整到最佳工作状态；2. 将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针位置，使选频 放大器指示为零，此时的位置即为等效短路面，记作 zmin0 ；3. 接上可变短路器，在探针位置 zmin0 处，调节可变短路器使选频放大器指示 为零，记下可变短路器的位置 l1 ；4. 继续调节可变短路器，使选频放大器再变为零，再记下可变短路器位置l2 ；5. 接上待测网络，终端再接上匹配负载，测此时反射系数 m ；6. 终端换上可变短路器，并将其调到位置 l1 ，测得此时的反射系数 s ；7. 将可变短路器调到等效开路位置 l0=(l 1+l2)/2 ，测得此时的反射系数 o ；8. 计算 S参数。13四、实验数据及处理Zmin0=79.10mml1=5.71mml 2=24.71mm参数测量次数Imin/uAImax/uAZmin1/mm匹配18.548.5428.548