微波技术实验报告

实用文档PAGE1微波技术实验报告姓名：徐寿俊学院：电光学院班级：09042102学号：0904210252二0一二年六月实验一传输线的工作状态及驻波比测量 实验目的了解无耗传输线（矩形波导）在终端接不同负载时的工作状态。实验内容测量传输线终端接不同负载时传输线中的电场幅度沿传播方向的分布，判定传输线的工作状态求出波导波长和驻波比实验原理所使用的实验仪器及元器件信号源同轴-波导变换铁氧体隔离器频率计衰减器波导测量线选频放大器负载（短路负载，开路负载，匹配负载和任意负载）原理传输线的工作状态（电场幅度分布）在无耗传输线的终端连接不同的负载时，传输线将呈现不同的工作状态。当终端接与传输线特性阻抗相等的匹配负载时，只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。行波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图1所示。 z0z0图1传输线行波状态电压（电流）幅度沿传播方向的分布当终端接与短路，开路或纯电抗负载时，终端将发生全反射，传输线工作在纯驻波状态。纯驻波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图2所示（以终端短路为例）。图2传输线纯驻波状态（终端短路）电压（电流）幅度沿传播方向的分布测量传输线的工作状态（电场分布）是采用测量线技术。测量线的主体是一段在波导宽边中间开槽的矩形波导，有一根探针通过波导的槽缝伸进波导内，并可以沿传输线移动。当探针位于某一个位置时，与所在位置的电场发生耦合，在探针上产生感应电动势，由检波二极管转换为检波电流，并通过选频放大器指示出来。当探针沿波导移动时，放大器读数就间接地反映了波导内电场大小的分布。将探针位置D与检波电流I的测量值绘制成曲线，即为传输线上的电场幅度分布曲线，由此也就知道了传输线的工作状态。两个相邻波节点的间距等于，因此有测出的波节点的位置可以求得矩形波导的波导波长g。电压驻波比计算电压驻波比描述了负载的匹配特性，是反映传输线上不匹配情况的量，驻波比的定义为：(1)即传输线中的电场幅度的最大值与最小值之比。因为测得的是检波电流，而检波电流与电场的关系是，n为检波二极管的检波律。在实验中一般为小信号检波，可以取n=2，即平方律检波，则上式（1）可表示为(2)式中和分别为波腹点和波节点的检波电流值。4.实验步骤和结果实验所用原理框图如图3所示。波长计隔离器同轴-波导波长计隔离器同轴-波导变换信号源选频放大器衰减器波导测量线待测负载图3实验框图首先将测量线终端接短路负载，这时在传输线上形成全驻波，然后将探针移到测量线左端的一个波节点，记下探针位置D（mm）和检波电流I（）值，以后每向右移动探针2mm，记录一个D和I值，直到测出三个完整的驻波，即出现四次波节点。再将其分布用曲线表示出来。记录结果如下图：将测量线终端分别换接匹配负载（行波状态）和开口波导（行驻波状态），同样用上述方法进行测量，得到结果如下：匹配负载：开口波导：测量传输线终端为开口波导时的和值，用式（2）计算驻波比如下：5．数据分析由测试数据求得矩形波导的波导波长，并与理论计算结果比较如下：6．安全说明在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内（10mW/cm2），不会对人体造成任何伤害。但是，在实验期间，请注意以下事项:不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看;不要把身体的任何部位放在传输线的开口端;在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。7．思考题a.波导测量线上的槽缝为何开在波导宽边的中间？b.信号源为何选用方波调制？c.测量线的探针插入波导太深是否会影响测试结果？d.为什么所测开口波导的驻波比不是无穷大？如何实现波导的理想开路？实验二微波网络散射参量测试实验目的通过用矢量网络分析仪测量负载的阻抗、回波损耗、驻波，以及同轴可变衰减器的插入损耗，掌握矢量网络分析仪的基本使用方法，加深对网络散射参量的认识和理解。实验内容测量负载的阻抗、回波损耗及驻波测量同轴可变衰减器的插入损耗实验原理所使用的实验仪器及元器件矢量网络分析仪PNA3623（扫频范围：30-3200MHz,双测试通道）3dB电桥10dB衰减器同轴可变衰减器（待测件）b)原理众所周知，微波元器件的作用是用来控制电磁波的振幅，相位等的变化，这些变化可以用输入驻波比，回波损耗，插入损耗等外部特性参量来描述。而外部特性参量又可以用微波网络参量来表示。因此，首先用矢量网络分析仪测量待测元器件的散射参量，然后得到反映元器件特性的外部特性参量。图1所示为微波二端口网络的示意图。图1微波二端口网络示意图散射参量S的定义为： (1)散射参量矩阵[S]中各元素的意义分别为：S11：当输出端接匹配负载时，输入端口的电压反射系数；S22：当输入端接匹配负载时，输出端口的电压反射系数；S12：当输入端接匹配负载时，输出端口到输入端口的电压传输系数；S21：当输出端接匹配负载时，输入端口到输出端口的电压传输系数。因此网络输入端电压反射系数的模，故输入驻波比为： （2）回波损耗(returnloss)Lr：回波损耗用来描述反射系数的幅度,有时又称为失配损耗。它与负载反射系数大小有关,其绝对值越大，则表明负载匹配越好，反射越小。引入回波损耗以后，反射系数的大小就可用dB形式来表示。(3)插入损耗(Insertionloss)IL：插入损耗定义为网络输出端接匹配负载时，网络输入端入射波功率Pi与负载吸收功率PL之比，即：(4)用分贝表示，为：(5)实验步骤和结果（1）测量负载的阻抗、回波损耗及驻波开机（按照说明书要求），把频率范围设为1.8GHz～3.2GHz。设定BF：1516.2MHz;△F：22.6MHz;EF：3188.6MHz;N=75。按图2所示把电桥连接好，并选择测试B端口回损。输出输入A输出输入A输入B电桥图2负载反射特性测试框图开路校准：把开路器接上，按[执行],光标在Smith圆图上右端闪烁。短路校准：把短路器接上，按[执行],光标在Smith圆图上左端闪烁。测负载：接上待测负载（有匹配和适配两种），可用Smith圆图看出变化趋势。测回波损耗和驻波测回波损耗按[菜单]选择“对数”，再按[执行]，即可出现回波损耗曲线；测驻波按[菜单]，把光标移到[驻波]，按[执行]即可，有四档可选读数范围。读出数据,列表并画图如下：50Ω匹配负载：50Ω失配负载：（2）测量同轴可变衰减器的插入损耗a)按图3所示连接好。输出输入A输出输入A输入B10dB衰减器10dB衰减器待测器件图3待测器件连接框图b)在主菜单上按“”键光标移到《测：A、B》下，按[→]或[←]键使A为《插损》，B下为空白。c)直通校准按“↓”使光标停在《校：直通》下，按“执行”键，此时为直通状态，测试系统（如电缆，10dB的衰减器）的插入损耗即归零，系统转入测试状态。d)测同轴可变衰减器