北邮微波测量实验报告

《微波射频丈量技术基础》实验报告题目：微波射频丈量技术基础学院：电子工程学院班级：姓名：学号：2013xxxxxx实验一微波同轴丈量系统的熟习一、实验目的1、认识常用微波同轴丈量系统的构成，熟习各部分构件的工作原理，熟习其操作和特征。2、熟习矢量网络剖析仪的操作以及丈量方法。二、实验内容1、常用微波同轴丈量系统的认识，简要认识其工作原理。微波同轴丈量系统实物图以以下图所示：微波同轴丈量系统包含三个主要部分：矢量网络剖析仪、同轴线和校准元件或丈量元件。各部分功能以下：1）矢量网络剖析仪：对RF领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分派器、功分器、耦合器、隔绝器、环形器等RF器件进行幅频特征、反射特征和相频特征丈量。?（2）同轴线：连结矢量网络剖析仪和校准元件或丈量元件。?3）a.校准元件：对微波同轴侧量系统进履行用前校准，以尽量减小系统偏差。b.丈量元件：待丈量的原件（如天线、滤波器等），可方便地经过同轴线和矢量网络剖析仪连起来。2、掌握矢量网络剖析仪的操作以及丈量方法。注意在实验报告中给出仪器使用报告包含以下内容：矢量网络剖析仪的面板构成以及各部分功能。实验中波及的面板构成及功能：①显示器：用于向用户显示仪器目前的工作状态及输出测试结果；②“激励”区：“开端”和“停止”按钮用来设定仪器的开端频次和停止频次，默认频次范围为300KHz~3GHz；“中心”按钮点击后显示出目前频次范围的中间值；“跨度”按钮点击后显示出目前频次范围的差值大小。③“响应”区：点击“丈量”按钮进行实质丈量；“格式”按钮点击后可用于改正输出格式，实验中选择的是Smith圆图和直角坐标；“校准”键用于对仪器进行校准，除去必定偏差。④“光标/剖析”区：点击“光标”按钮后能够给输出曲线增添光标，获取一些点的精准坐标值，可增添多个光标并进行挪动。⑤“调停”按钮：可用于调停光标的地点使之在曲线上挪动。⑥“输入”区：用于对仪器的的一些参数进行输入，如开始和截止频次的值可在此处进行设置。⑦端口：此处接入同轴线，进而实现与外面元件的连接，共两个插口。⑧USB插口：可用于插入外面设施（如U盘、硬盘等）读取、储存实验结果，也可接入鼠标、键盘对仪器进行操作。S参数丈量步骤：①经过SOLT校准，除去系统偏差；②将待测元件经过同轴线接入矢量网络剖析仪；③在矢量网络剖析仪上选择S参数进行丈量，获取曲线，能够经过加光标获取一些点的坐标值；④保留数据，选择S2P（只丈量S11和S22时可选择S1P）格式；保留曲线图像可选择.jpg格式。怎样用Smith圆图显示所测结果以及怎样与直角坐标变换；①点击“格式”按钮，选择“史密斯圆图”，就能够用Smith圆图显示所测结果；②点击“格式”按钮，选择“对数幅度”，就能够变换为直角坐标形式。怎样保留所测数据，以及可存的数据格式；点击“文件”按钮，选择“另存为”，为文件命名后选择保留方式为S2P，就能够保留所测数据；若数据为S11或S22，可选择S1P数据格式。若需要保留曲线图像，则保留为.jpg格式。保留成功后可导入U盘，也可直接在桌面进行查察。开路校准件的电容值设定(校准系数)；C(f)=C0+C1f+C2f2+C3f3短路校准件的电感值设定(校准系数)；L(f)=L0+L1f+L2f2+L3f3仪器供给什么样的校准方法。仪器供给SOLT校准方法，TRL校准方法等集中校准方法，实验中使用SOLT（short－open－load－through）校准方法。三、思虑题能否能够直接进行电路参数的丈量，为何？怎样从丈量的S参数导出电路参数？答：不可以够；丈量需要达成校准后才能进行，可是仍旧不可以直接丈量获取电路参数，因为微波同轴丈量系统只好关于微波的入射和反射的电压电流关系进行剖析。S参数到Z参数的变换公式以下：-1z11z12z01s11s121s11s12z21z22s211s22s211s22实验二微波同轴丈量系统校准方法一、实验目的、认识常用微波同轴丈量系统的校准方法以及精度。2、熟习矢量网络剖析仪的SOLT校准步骤以及校准精度考证方法。二、实验内容1、总结常用微波同轴丈量系统的校准方法，认识其校准原理和优缺点。SOLT校准能够供给优秀的精度和可重复性。这类校准方法要求使用短路、开路和负载标准校准件。假如被测件上有雌雄连结器，还需要分别为雌雄连结供给对应的标准件，连结两个丈量平面，形成直通连结。SOLT校准方法使用12项偏差修正模型，此中被测件的正向有6项，反向有6项。图2显示了正向偏差项：ED（方向）、ES（源般配）、EL（负载般配）、ERF（反射追踪）、ETF（发射追踪）和EX（串扰）。操作正确的话，SOLT能够丈量百分之一分贝数目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。这些校准件包含各样连结器种类，而且价钱相对廉价，当心使用的话能够用好多年。有的SOLT校准套件包含滑动负载，所以可改变路径的线路长度，同时保持恒定的负载阻抗（往常为50Ω或75Ω）。滑动负载在高频时尤其重要，因为在这类状况下很难实行优秀的固定负载。线路长度的变化会直接成比率地改变电长度，致使丈量路径中发生相移。经过在校准过程中使用几种不一样长度的线路和相应的相移，能够更精准地丈量网络剖析仪的方向性（图3）。双向直通SOL往常称为“未知直通”。这类方法同意在恪守一些基来源则的条件下，在校准过程中使用电缆、电路板线轨或Ecal模块作为直通路径。当办理非插入式设施（拥有同性或不兼容的连结器，在校准时期需要使用适配器才能成立直通连结）时，未知直通尤其有用。该适配器会给校准带来一个偏差。未知直通因为无需使用精细的或经过校准的适配器，而且能够最大限度地减少校准时期的电缆移动，所以特别实用。它往常比其余需要去除适配器的方法更方便、更精准。TRL校准极为精准，在大部分状况下，精准度甚至超出SOLT校准。但是绝大部分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结种类不一样的状况下，一般采纳TRL校准。使用测试夹具进行丈量或使用探头进行晶圆上的丈量，通常都属于这类状况。所以，某些状况下需要建立和表征与被测件配置介质种类同样的标准件。制造和表征三个TRL标准件比制造和表征四个SOLT标准件更简单。TRL校准还有另一个重要优势：标准件不需要像SOLT标准件那样进行完好或精准的定义。固然SOLT标准件是完好依据标准的定义进行表征和储藏，而TRL标准件只成立模型而不进行完好表征，可是TRL校准的精度与TRL标准件的质量和可重复性成正比。物理中止（例如传输线路曲折和同轴构造中的焊缝）将会降低TRL校准的精度。接口一定保持洁净并允同意重复的连结。2、掌握矢量网络剖析仪的SOLT校准步骤以及校准精度考证方法。注意在实验报告中包含以下内容：校准前丈量各校准件（开路、短路、般配和直通）S参数，并保留数据①校准前开路对数图：②校准前开路Smith圆图：②准前短路对数图：①校准前短路Smith圆图：②校准前负载般配对数图：③校准前般配负载Smith圆图：④校准前直通对数图：⑤校准前直通Smith图：矢量网络剖析仪SOLT的校准步骤①设置好频次范围；②点击“校准”键，选择“丈量机械校准”，而后接入SHORT校准件，察看对数曲线，在0dB邻近，而后点击“短路”按钮；③点击“开路”键，而后接入OPEN校准件，察看对数曲线，在0dB邻近，而后点击“开路”按钮；④点击“负载”键，而后接入LOAD校准件，察看对数曲线，在-20dB以下，而后点击“负载”按钮；⑤返回上一层，点击“丈量机械校准”按钮，而后点击“直通”按钮，接入THROUGH校准件，察看对数曲线，在-20dB以下，而后点击“直通”按钮；⑥校准完成。校准后丈量各校准件（开路、短路、般配和直通）S参数，并保留数据①校准后开路对数图：②校准后开路Smith圆图：③校准后短路对数图：④校准后短路Smith圆图：⑤校准后般配负载对数图：⑥校准后般配负载Smith圆图：⑦校准后直通对数图：⑧校准后直通Smith圆图：比较校准前后校准件（开路、短路、般配和直通）的S参数，解说说明各条曲线，并指出所做校准的精度状况。①开路：网络开路，г=1。校准前S参数的对数曲线是一条在0dB邻近的不规则曲线，圆图曲线较为凌乱；接入OPEN校准件后曲线是一条值为0db的水平线，在圆图上随频次变化顺时针挪动，由图知，校准精准度很高；②短路：网络短路，г=-1。校准前S参数的对数曲线是一条在0dB邻近的不规则曲线，圆图曲线较为凌乱；接入SHORT后曲线是一条值为0db的水平线，在圆图上随频次变化逆时针挪动，由图知，校准精准度很高；③般配：网络负载般配，г=0，S参数db值应很小。校准前S参数对数曲线值均在-20dB以下，主要散布在-30dB~-40dB之间，在圆图上为位于圆心邻近的不规则环状曲线；校准后对数曲线值均在-50dB左右，显然小于校准前，在Smith上只有位于圆心的一点。所以，校准后S参数约为-50db，足够小，因此校准精准度很高。④直通：电路网络直通，г=0，S参数db值应很小。校准前S参数对数曲线值主要散布在-30dB~-40dB之间，部分大于-20dB，在圆图上为位于圆心邻近的不规则环状曲线；校准后对数曲线值均在-50dB左右，值显然小于校准前，在Smith上只有位于圆心的一点。所以，校准后S参数约为-50db，足够小，因此校准精准度很高。3、自制TRL校准件进行校准，编制TRL校准程序。推导出所用矢量网络剖析仪的偏差模型，并以Matlab绘图的形式给出。实验三利用微波同轴丈量系统进行实质器件丈量一、实验目的、利用SOLT校准方法进行微波同轴丈量系统的校准2、丈量功分器、耦合器和滤波器的实质性能二、实验内容1、储存丈量结果，并经过丈量结果认识功分器、耦合器、滤波器和天线的工作原理以及性能。功分器、耦合器和滤波器的S参数丈量曲线（均为校准后）①功分器的S参数对数曲线：②耦合器传输的S参数对数曲线：③耦合器隔绝度的S参数对数曲线：④滤波器的S参数对数曲线：⑤天线的S参数对数曲线：经过剖析其S参数，认识功分器、耦合器和滤波器所构成的网络的特征（能否为对称性、互易性和无耗性？）。①功分器的S21对数曲线是一条-3dB左右的水平直线，所以功分器构成的网络拥有对称性、互易性和无耗性；②耦合器的S21对数曲线是一条-3dB左右的水平直线，所以耦合器构成的网络拥有对称性、互易性和无耗性；③滤波器的对数曲线在通带内S21较大，S11对数值小；在通带外S21较小，S11对数值大。滤波器在通带内拥有对称性、互易性和无耗性。2、在分别经过校准和没有校准的状况下丈量功分器、耦合器、滤波器和天线的性能，比较两类丈量结果，给出实验报告，包含以下内容：未校准和校准后功分器、耦合器和滤波器丈量曲线比较；①校准前功分器的S参数对数曲线：比较：校准前功分器的曲线不是很光滑，对数值在-4dB左右，图中光标读取数值为；校准后功分器的曲线较为光滑，对数值在-3dB左右，图中光标读取数值为。功分器的作用是实现功率的平平分派，所以S21理想状况下应为1/2，对数值约为-3dB，所以校准后的对数值更靠近该值，性能更好。②校准前耦合器传输的S参数对数曲线：比较：校准前耦合器的曲线不是很光滑，对数值主要散布在-4dB~-5dB，图中光标读取数值为和；校准后耦合器的曲线较为光滑，对数值主要散布在-3dB~-4dB，图中光标读取数值为。耦合器的传输作用是实现将一路微波功率按比率分红几路传输出去。实验中使用的耦合器为两个输出端口，所以传输对数值越靠近-3dB说明性能越好。校准后的对数值更靠近该值，性能更好。③校准前耦合器隔绝度的S参数对数曲线：比较：校准前耦合器的曲线较为缓和，对数值均在-10dB以下，由图中光标读取数值可知在f=时S参数对数值为；校准后耦合器的曲线对数值均在-10dB以下，可是曲线峻峭程度更大，由图中光标读取数值可知在f=时S参数对数值为。耦合器的隔绝作用是实现微波功率传输而尽量减小反射。校准后的对数值更小，说明反射的比率更小，性能更好。④校准前滤波器的S参数对数曲线：比较：该滤波器的在f=时S21值最大，S11值最小，所以该滤波器为一带通滤波器。校准前S11对数曲线在通带以外频次范围内在0dB邻近摇动，不是很稳固，说明在通带以外的地方信号没有完好反射；而校准后对数曲线在通带以外恒为0，说明通带外的信号都没能经过滤波器。在f=时，校准前S11对数值大于校准后，S21对数值小于校准后，说明校准后滤波器对通带内信号反射小，经过比率大。所以校准后滤波器的各项性能更好。⑤校准前天线的S参数对数曲线：比较：校准前天线的S11曲线较不规则，曲线上存在对个极大值极小值；校准后曲线更为光滑，极小值点只有一个，明确地表示出天线的最正确工作频次点。所以校准后天线的性能更好。联合实验二指出关于三个器件，十二项偏差模型中哪个偏差项的影响比较大，原由是什么；由实验二可知关于三个器件，十二项偏差模型中影响比较大的偏差项为：ETF、ETR传输追踪偏差和ERF、ERR反射追踪偏差，因为测试电缆等在工作频带范围内其特征都会存在变化。经过丈量结果剖析三个器件的工作原理；①功分器：功分器的作用是实现功率的平平分派，对应不一样的S转移参数，本实验为一分二，对应S21对数值=-3dB。②耦合器：功分器的作用是将一路微波功率按比率分红几路，即功率分派问题。③滤波器：滤波器的作用是将输入信号中需要的频次部分留下，其余部分经过反射回去而实现滤除，这样能够获取需要的频次范围信号作为输出。3、比较编制TRL程序和矢网SOLT校准后的测试结果，考证TRL校准方法和程序的正确性。TRL校准极为精准，在大部分状况下，精准度甚至超出SOLT校准，但是绝大部分校准套件中都不包含TRL标准件。在要求高精度而且可用的标准校准件与被测件的连结种类不一样的状况下，一般