微波技术实验说课讲解.doc
Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微波技术实验-实验一短路线、开路线、匹配负载S参量的测量一、实验目的1、通过对短路线、开路线的S参量S11的测量，了解传输线开路、短路的特性。2、通过对匹配负载的S参量S11及S21的测量，了解微带线的特性。二、实验原理S参量网络参量有多种，如阻抗参量Z，导纳参量Y，散射参量S等。微波频段通常采用S参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量，例如Y、Z，电压驻波比及反射损耗等。一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。图中，a1,a2分别为网络端口“”和端口“”的向内的入射波；1，2分别为端口“”和端口“2”向外的反射波。对于线性网络，可用线性代数方程表示。b1=S11a1+S12a2(1-1)b2=S21a1+S22a2写成矩阵形式：(1-2)式中S11，S12，S21，S22组成S参量，它们的物理意义分别为S11=“2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数S21=“2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数S12=“1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“1”端口的传输系数S22=“2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数对于多端口网络，S参量可按上述方法同样定义，对于互易二端口网络，S12=S21,则仅有三个独立参量。三、实验仪器及装置图1模组编号：RF2KM1-1A(OPTN/SHORT/THRUCALKIT)2模组内容：代号名称说明适用频率范围主要特性MOD-1AOPEN开路传输线50-500MHzRuturnLoss-1dbMOD-1BSHORT短路传输线50-500MHzRuturnLoss-1dbMOD-1CTHRU50微带线50-500MHzRuturnLoss-15dbIntretionLoss-0.5db3RF2000测量主机：一台4PC机一台，BNC连接线若干四、实验结果（一）开路线（MOD-1A）的S11测量（二）短路线（MOD-1B）的S11测量（三）匹配负载（MOD-1C）的S11及S22的测量注：在测试过程中，DOD-1A,MOD-1B的S11范围为05db，MOD-1C的S11-8db，S21=02db实验二定向耦合器特性的测量一、实验目的1、通过对MOD-5A：叉路型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解叉路型定向耦合器的特性。2、通过对MOD-5B：平行线型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解平行线型定向耦合器电路的特性。二、实验原理1、定向耦合器是微波测量和其他微波系统中的常用元件，更是近代扫频反射计的核心部件，因此，熟悉定向耦合器的特性，掌握其测量方法很重要。定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线几种类型，定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传播的微波功率通过小孔或间隙等耦合元件，将一部分功率耦合到副线中的一个方向传输（称“耦合输出”），而在另一个方向几乎没有（或极小）功率传输（称“隔离输出”）。2、在本实验中，定向耦合器是个四端口网络结构（4portnetwork），如图31所示。若信号输入端（Port-1，InputPort）的功率为P1，信号传输端（Port-2，TransmissionPort）的功率为P2，信号耦合端（Port-3，CouplingPort）的功率为P3，而信号隔离端（Port-4，IsolationPort）的功率为P4。若P1、P2、P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示，定向耦合器的四大参数，则可定义为：传输系数：Error! No sequence specified.Error! No sequence specified.(Error! No sequence specified.Error! No sequence specified.)耦合系数：(Error! No sequence specified.Error! No sequence specified.)隔离度：(Error! No sequence specified.Error! No sequence specified.)方向性：(Error! No sequence specified.Error! No sequence specified.)3、主要技术参数：（1）隔离度定向耦合器的隔离度定义为输入功率P入与隔离臂输出功率P隔之比的分贝数，记以KI，即KI=10lg=10lg=20lg3-4式中S14=S41为网络的互易性，S14代表波由1口向4口的传输系数。本实验中的功率的单位为dBm，所以隔离度的值为输入端（或传输端）与隔离端测得的功率的差值。（2）方向性方向性的定义是副通道中耦合臂和隔离臂输出功率之比的分贝数，记以KD，即KD=10lg（dB）=20lg-20lg3-5本实验中测功率的单位均dBm，所以方向性的值为耦合端与隔离端测得的功率的差值。由定义知道，耦合到副通道中隔离臂的功率愈小，则方向性愈高。通常希望定向耦合器的方向性愈高愈好。理想定向耦合器的方向性和隔离度均为无穷大（因P隔=0）。三、实验仪器及装置1、模组编号：RF2KM5-1A（L-CBRANCHLINECOUPLER）RF2KM5-2A（PARALLELLINECOUPLER）2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5AL-CBRANCHLINECOUPLER叉路型定向耦合器40050MHzReturnLoss-13dBTransmission-2dBCoupling-11dBIsolation-13dB代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5BPARALLELLINECOUPLER平行线型定向耦合器75050MHzReturnLoss-12dBTransmission-1.5dBCoupling-10dBIsolation-14dB3、RF2000测量主机：一台4、PC机：一台5、连接线若干，50匹配端子2个四、实验结果注：在以下实验中，信号从P1端输入，P2为传输端，P3为耦合端，P4为隔离端（一）MOD-5A的P1端子的S11的测量（二）MOD-5A的P1及P2端子的S21的测量。（三）MOD-5A的P1及P3端子的S21的测量（四）MOD-5A的P1及P4端子的S21的测量（五）MOD-5B的S11的测量（六）MOD-5B的P1及P2端子的S21的测量（七）MOD-5B的P1及P3端子的S21的测量（八）MOD-5B的P1及P4端子的S21的测量数据处理根据公式3-4和3-5以及所测得的S参量计算隔离度和方向性。传输系数：耦合系数：隔离度：方向性：传输系数耦合系数隔离度方向性叉路型（dB）016716-7=9平行线型（dB）013913-9=4实验三功率衰减器特性的测量一实验目的1、了解“功率衰减器”的原理。2、通过对MOD-3A：型功率衰减器的S11及S21的测量，以了解型功率衰减电路的特性。3、通过对MOD-3B：T性功率衰减器的S11及S21的测量，以了解T型功率衰减电路的特性。二实验原理1、功率衰减器原理功率衰减器是双端口网络结构，如图2-1所示。其信号输入端的功率为P1，而其输出端的功率为P2。若P1、P2以毫瓦分贝（dBm）来表示，且衰减器之功率衰减量为AdB，则两端功率间的关系，可写成：P2(dBm)=P1(dBm)AdB2-1亦即2-2功率衰减器Port-1P1Port-2P2图2-12、固定型功率衰减器这种电路仅由电阻构成，按结构可分成T形及形,如图2-2所示：RSRp2pRp1pZ1Z2Z1Z2RS1RS2Rpp图2-2（a）T型功率衰减器(b)型功率衰减器其中Z1、Z2即是电路输入/输出端的特性阻抗。根据电路两端使用的阻抗不同，可分为同阻抗式、异阻抗式。A、同阻抗式三实验仪器及装置1、模组编号：RF2KM3-1A（ATTENUATOR）2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-3A-TYPE10dbATTENUATOR型功率衰减器50-1000MHz回波损耗：-12db插入损耗：-100.5dbMOD-3BT-TYPE10dbATTENUATORT型功率衰减器50-1000MHz回波损耗：-12db插入损耗：-100.5db3、RF2000测量主机：一台4、PC机：一台，连接线若干四实验结果（一）MOD-3A的S11的测量（二）MOD-3A的S21的测量（三）MOD-3B的S11的测量（四）MOD-3B的S21的测量五实验数据处理（一）型功率衰减器的S11及S21：在曲线上取9个点，每个点的频率值和与其相对应的S11和S21如下表所示：序号123456789频率（MHz）323.06348.80372.20395.60419.00440.06465.80489.20512.60S11(dB)-16-23-17-16-16-16-25-14-11S21(dB)-9-9-9-9-9-9-9-10-11（二）T性功率衰减器的S11及S21：在曲线上取9个点，每个点的频率值和与其相对应的S11和S21如下表所示：序号123456789频率（MHz）323.06348.80372.20395.60419.00440.06465.80489.20512.60S11(dB)-20-20-15-16-17-19-25-12-11S21(dB)-10-9-9-9-10-10-10-10-11记录完每个点的频率和对应的S参量后，在坐标纸上分别大概画出S参量的曲线图（图略）。图中的S21曲线即为所衰减量A。实验四功率分配器特性的测量一、实验目的1、了解功率分配器的原理。2、通过对MOD-4A的输出端的功率的测量，了解简单的功率分配电路的特性。二、实验原理1、功率分配器是三端口网络结构（3-portnetwork），如图4-1所示。其信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。理论上，由能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)3dB(1) 2、当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际中经常使用。因此，功率分配器在大致上可分为等分型（P2=P3）和比例型（P2=k·P3）等两种类型：等分型根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。A电阻式BL-C式C传输线式（2）比例型此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型1、模组编号：威尔金森型等功率分配2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-4A威尔金森型等功率分配)75050MHzReturnLoss-15dBInsertionLoss:=-61dB四、实验结果（一）MOD-4A的P1端子的S11的测量（二）MOD-4A的P1及P2端子的S21的测量（三）MOD-4A的P1及P3端子的S21的测量-
