微波技术实验指导书(1)

合集下载

微波实验指导书2012

实验一微波常规测量系统的熟悉与调整一、实验目的1、了解常用微波常规测量系统的组成，认识常用微波元件，熟悉其特性、在系统中的作用及使用方法。

2、熟悉常用微波仪器的调整和使用方法。

二、实验原理1、实验系统简介图1-1 常规微波测量系统微波常规测量系统如图1-1所示。

系统中的仪器和主要元件作用如下：(1)、信号源：产生微波信号。

常用的简易信号发生器，包括速调管振荡器、速调管电源和调制器。

速调管振荡器产生并输出需要的连续或调制信号，速调管电源供给速调管振荡器所需各组稳压电源，调制器产生方波调制信号（重复频率一般为1000Hz ）,对速调管振荡器进行方波调制。

标准信号发生器主要有速调管和体效应管两类，在包含上述功能的基础上增加了输出幅度调节器（可变衰减器）以及频率计等。

(2)、频率与功率监视部分：由正向接入的定向耦合器从主通道中耦合出一部分能量，通过对该部分信号的监测，确定其信号源的频率并监视输出功率的稳定性，标准信号源往往附有监测系统。

(3)、隔离器：是一种铁氧体器件，用于消除负载反射对信号源的影响。

理想的隔离器只允许信号由源向负载单方向通过（即对入射波衰减为零）。

而全部吸收由负方载向源的反射功率（即对反射波衰减为无穷大）。

利用其单向传输特性，既保证了信号的正常传输，又防止反射波进入信号源影响其输出功率和振荡频率的稳定。

实用的隔离器正向衰减为零点几分贝，反向衰减为几十分贝。

在没有隔离器时，可用固定衰减器代替。

此时，对正向、反向信号有同样衰减。

(4)、衰减器：分固定衰减器和可变衰减器两种。

为电平元件，用来调节输出功率的大小。

调整可变衰减器的衰减量，可以控制到达负载的功率，使指示器有适度的指示。

固定衰减器也可以用定向耦合器代替。

(5)、测量线：用来测量负载在传输线上造成的驻波分布，确定驻波系数、驻波最小点位置和波导波长等，以便计算各种待测参数。

(6)、指示器：指示检波电流的大小，对连续波信号、常用微安表、光点检流计等指示器。

微波技术实验指导书(2009)

式中 a max 和 a min 分别为在驻波电场的极大值和极小值处检波器的输出读数，也就是标量网络分析上电流表的指示值。为了提高读数的精确性，一般也要进行多次测量取平均值：
i i1 n
n
三、实验设置
实验装置方框图
9
项次 1 2 3 4
设备名称微波标量网络分析仪波导测量线波导不同负载示波器
g ，乘 2 之后，就得出我们所需 2
g ，必须将测得的 g 代入下式，才能算出自由空间波长来：

2 a g
2 2 g 4a
，式中宽边尺寸 a Байду номын сангаас.286cm
然后，再利用波长计测量波导中传输的微波频率 f 的数据值，代入以下公式，就可以算出电磁波在波导内传输的速度（即为光速）： vc 2、频率的测量将探针放置在波腹点位置，即测量线上读数最大的位置，改变波长计中谐振腔的谐振频率，当其与外接波导中的微波频率相等时发生共振，部分能量被波长计吸收，使传播到测量线中的微波能量减少，反映在波腹点位置的读数在波长计临近共振频率时在减小，当减到最小时，即发生共振，此时波长计上的读数即为微波频率 f0。三、实验设备

U入 U反
但无法从测量线上直接测量，为了测量上的方便，我们又引入了电压驻波比的概念，以 ρ 表示：

U max U min
即沿线驻波的电压振幅极大值（驻波波腹）和极小值（驻波波节）之比，它与电压反射系数的关系为：

U max U min

U 入＋ U反 U 入－ U反
=
1＋ 1－
E
和
E反 E入
E
Emax Emin

《微波技术与天线》实验指导书

微波技术与天线实验指导书南京工业大学信息科学与工程学院通信工程系目录实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -实验一微波测量系统的熟悉和调整一、实验目的1. 熟悉波导测量线的使用方法；2. 掌握校准晶体检波特性的方法；3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。

二、实验原理1. 传输线的三种状态对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --==)/ln(0(1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。

ift y ift y y e x aE e x aE E )sin()sin(00ππ-=-在x=a/2处z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+-其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为：2min0max ==rr r E E E(2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。

ift y ift y y e x aE e x aE E )sin()sin('00ππ+=-在x=a/2处zE eE E e E e E e E e E e E e E E y ifty y fity fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0'0'0'0'00'00+-=++-=+=-----由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。

其模值为：z E E z E E E y y y y y ββsin )(cos )(2'0022'00-++=可得到最大值和最小值为：'0min'0max y y yy y y EE E E E E -=+=(3) 终端接匹配负载时，导行波仅有入射波而无反射波――行波状态。

微波技术实验报告

微波技术实验报告 Prepared on 22 November 2020微波技术实验指导书目录实验一微波测量仪器认识及功率测量实验目的（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。

实验内容一、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。

它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。

微波信号特性参量主要包括：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）。

测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。

所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，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；时域测量是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。

图1-1 是典型的微波测量系统。

它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、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 1-1 微波测量系统二、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：（1）检波器（2）E-T接头（3）H-T接头（4）双T接头（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器三、功率测量在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。

微波元器件的认识螺钉调配器E-T分支与匹配双T波导扭转匹配负载波导扭转实验总结：在实验中我们认识了各种的微波元器件，让我们更好的理解课本上的知识，更是为了以后的实验做了准备。

实验二测量线的调整与晶体检波器校准实验目的（1）学会微波测量线的调整；（2）学会校准晶体检波器特性的方法；（3）学会测量微波波导波长和信号源频率。

(整理)微波技术实验指导书

微波技术实验指导书实验一微波测量系统的了解与使用实验性质：验证性实验级别：选做开课单位：信息与通信工程学院学时：2学时一、实验目的：1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。

2．学会测量设备的使用。

常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。

本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。

2．选频放大器当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。

它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。

它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。

表头一般具有等刻度及分贝刻度。

要求有良好的接地和屏蔽。

选频放大器也叫测量放大器。

3．测量线3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。

开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。

衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。

实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。

五、实验步骤：1．了解微波测试系统1．1观看如图装置的的微波测试系统。

微波技术天线课程实验指导书

实验一微波发送系统电路组成及介绍一、实验目的1、了解射频前端发射器的基本结构与主要设计参数。

2、利用实验模组的实际测量了解射频前端发射器的特性。

二、原理分析微波电视传输系统是一套短距离、点对点的微波电视发送和接收系统，它将现场摄得的电视视频、音频信号以微波方式传送，再向电视中心站或有线电视站发送。

三、实验框图四、实验设备五、主要技术指标1. 一路电视图像信号和一路拌音信号。

系统可多路组合使用；2. 传输距离优于4km;（开阔无阻挡）图1-1微波电视传输系统方框图3. 工作频率S波段（2.1-2.7GHz），频率点可由用户选定；4. 发射机输出功率≥100mW;10 ;5. 频率稳定度：5×67. 视频输入/输出电平：1V(75Ω);8．视频调制方式：FM9. 音频输入/输出电平：2.2V(p-p) (600Ω不平衡)；10．音频调制方式：FM-FM11．频带宽度：27MHz12. 微分增益：≤±3%;13. 微分相位：≤±2°;14. 工作电源：发射机：+12V一体化电池可充电电池连续工作10小时以上；六、实验步骤和方法⑴如图所示，接好视频信号发生器和微波调制器的发射支路，如有可能测量微波发射频谱特性。

⑵将接收支路连接好，在图像监视器上应能看到较大的调频雪花噪声颗粒。

⑶对接受机进行调谐，选择频道，首先调出图像信号，然后对伴音信号进行调谐，是伴音信号清晰悦耳。

⑷如图所示，按微波数字信号传输系统方框图进行连接，发射端接上数字信号发生器，接受端接上示波器观察接收数字信号波形。

七、实验预习要求1、预习放大器、滤波器、混频器和功率放大器的原理的理论知识。

2、预习放大器、滤波器、混频器和功率放大器的设计原理。

八、实验报告要求1、画出实验系统的连接方框图并叙述实验原理。

2、调谐不同的频段，观察输出端实验现象。

3、写出实验的心得体会。

实验二微波接收系统电路组成及介绍一、实验目的1、了解射频前端发射器的基本结构与主要设计参数。

微波技术基础实验指导书

.微波技术基础实验指导书郭伟陈柯编华中科技大学电信系前言与更早时期定位在波导与场论相比，现代微波工程中占支配地位的内容是分布电路分析。

当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析。

当今微波工程师所使用的基本工具是微波CAD（计算机辅助设计）软件和网络分析仪，而微波技术的教学必须对此给出回应，把重点转移到网络分析、平面电路和元器件以及有源电路设计方面。

微波技术仍总离不开电磁学（许多较为复杂的CAD软件包要使用严格的电磁场理论求解），而学生仍将从揭示事物的本质中受益（诸如波导模式和通过小孔耦合），但是把重点改变到微波电路分析和设计上这一点是不容置疑的。

微波与射频（RF）技术已蔓延到了各个方面。

在商业等领域，更是如此，其现代应用包括蜂窝电话、个人通信系统、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、用于广播和电视的直播卫星、全球定位系统（GPS）、射频识别标识（identification tagging）、超宽频带无线通信和雷达系统以及微波环境遥感系统。

防卫系统继续大量地依靠微波技术用于无源和有源测向、通信以及武器操控系统。

这样的业务发展态势意味着，在可预见的将来，在射频和微波工程方面不存在缺少挑战性的课题；同时对于工程师们，显然需要领悟微波技术的基本原理，同样需要把这些知识应用于实际感兴趣问题的创造能力。

本微波技术基础教学实验的设置，就是为了使学生通过实验更多地获得有关微波器件的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能方面的理性和感性认识，真正掌握时域和频域、传输线、微波电路等基本的概念，并学会使用重要的微波测试仪器。

实验一矢量网络分析仪的使用及传输线的测量一实验目的1．学习矢量网络分析仪的基本工作原理；2．初步掌握AV3620矢量网络分析仪的操作使用方法；3．掌握使用矢量网络分析仪测量微带传输线不同工作状态下的S参数；4．通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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。
（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
输入 B
10dB衰减器
待测器件
10dB衰减器
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。
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。
测量传输线终端为开口波导时的和值，用式（2）计算驻波比。
5．实验报告
根据实验数据，画出传输线在三种工作状态时的电场幅度分布曲线。根据测量的和值计算开口波导的驻波比。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。
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: a.不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看; b.不要把身体的任何部位放在传输线的开口端; c.在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。
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.实验步骤实验所用原理框图如图 3所示。
信号源
选频放大器
同轴-波导隔离器波长计变换
衰减器
波导测量线
图 3实验框图
待测负载
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，直到测出两个完整的驻波。
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)L：r 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
z
0
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
实验报告提纲包括以下内容：实验名称实验目的实验步骤（包括使用设备，实验框架图，实验原理等）实验结果（实验数据，相关数据处理）讨论（对实验结果和实验中碰到的一些问题的解释）结论（实验的收获，或者某些建议等等）
6．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
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。
实验二微波网络散射参量测试 1．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。
2．实验内容（1）测量负载的阻抗、回波损耗及驻波（2）测量同轴可变衰减器的插入损耗
3．实验原理 a)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
3．实验原理 a)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）
b)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。
讨论（对实验结果和实验中碰到的一些问题的解释）结论（实验的收获，或者某些建议等等）
6．思考题 a.实验前为什么要进行校准？ b.经过校准后在测试端口接上匹配和短路负载，史密斯圆图上的光标应落在何处？ c.参考面移动对测试结果是否有影响？
7．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），
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。
输出
输入 A
输入 B
电桥
图 2负载反射特性测试框图
c)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。
d)测负载：接上待测负载，可用 Smith圆图看出变化趋势。 e)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，读出数据,列表并画图。 f) 测驻波
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)
Байду номын сангаас
4．实验步骤（1）测量负载的阻抗、回波损耗及驻波 a)开机（按照说明书要求），把频率范围设为 1.8GHz～3.2GHz。设定 BF： 1800MHz;△F： 20MHz;EF： 3200MHz;N=71。 b)按图 2所示把电桥连接好，并选择测试 B端口回损。
“微波技术” 课内实验指导书
车文荃编写
南京理工大学通信工程系二 00六年十二月
实验一传输线的工作状态及驻波比测量
1．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。
2．实验内容 a)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 b)求出波导波长和驻波比
5．实验报告 a.根据实验数据，画出待测负载在 1.8GHz～3.2GHz的范围内的回波损耗及驻波曲线。 b.根据实验数据，画出待测同轴可变衰减器在 1.8GHz～3.2GHz 的范围内插入损耗曲线。
实验报告提纲包括以下内容：实验名称实验目的实验步骤（包括使用设备，实验框架图，实验原理等）实验结果（实验数据，相关数据处理）
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。
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)测同轴可变衰减器的插入损耗将待测试的同轴可变衰减器接到两电缆之间，按“主菜单，” 用“ ”
键把光标移到“对数，” 按“执行”即可出现插入损耗曲线，读出数据，列表并画图。
想开路？
7．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:
a)不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看; b)不要把身体的任何部位放在传输线的开口端; c)在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。