实验三 三点法测量二端口微波网络的散射参数
实验二 微波网络散射参量测试
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：111112212222i r r i U US S S S U U ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1)散射参量矩阵[S]中各元素的意义分别为：S 11：当输出端接匹配负载时，输入端口的电压反射系数； S 22：当输入端接匹配负载时，输出端口的电压反射系数；S 12：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； S 21：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11S Γ=，故输入驻波比为：111111S S ρ+=− （2）回波损耗(return loss )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。
11210lg20lg ()20lg ()dB S dB ==−Γ=−Γr 1L (3)插入损耗 (Insertion loss )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：221202121r i i U Lr U P P S U ====IL 2(4)用分贝表示，为：221110log()dB S =IL (5)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。
西电微波测量实验报告包括详细数据处理
实验一 ：晶体定标一、基本要求掌握晶体定标方法，确定晶体的电压与电流关系即检波律n 二、实验原理1 晶体定标原理波导测量线技术的基本原理是通过伸入测量线中的可移动探针检取内部场的电压(即正比于场强幅值)信号来了解待测负载的驻波场分布情况。
实际上，探针电压 是通过晶体检波转化为电流由光点检流计指示的。
因此，测量晶体的电压与电流关系 ，即确定晶体检波律n 是十分重要的基本实验。
2 原理图三、实验方法1、开启固态振荡器电源，在测量后接匹配负载，进行探针调谐2、去掉匹配负载接短路板，用交叉读数法测量波导波长n CV I =g λ3、将探针移动到波腹位置，调可变衰减器使检流计指示为1004、在波节点至波腹点之间取10点，电表读数5,10,15,20......100。
从波节点开始将探针逐次移动到这些点。
记下 所对应探针的读数 ，将数据记录于表中。
5、以 为横轴以 为纵轴将它们的数据标在坐标纸上，连成光滑曲线。
6、将公式 ，两边取对数解出检波律波 导 波 长 数 据 表1021,,,i i i 102,1,D D D V 'i 'ng d Sin i ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡='λπ2)2(gg g dSinl i l n λπ'=四、数值计算实验二：驻波比的测量一、直接法测量驻波比方法：已知检波率时，把待测元件接入测量线，移动探针，测出 和 ，则驻波比按下式计算实验步骤：1、将S=2的双端口网络接入测量线，双端口网络输出口接匹配负载。
2、对测量线进行探针调谐，使电流表指示最大。
调整可变衰减器使选频放大器指示I 'm ax I 'm in nI I 1min max ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=''ρ在三分之二量程范围内。
3、移动测量线探针在选频放大器上读出最大电流和最小电流记入表中按公式计算出驻波比。
Imax=600，Imin=160ρ=（Imax/Imin ）^(1/n)=2.075 二、等指示法测量驻波比方法：在驻波比最小点 附近测量数据，再据驻波分布规律求其驻波比。
近代微波测量实验报告2
近代微波测量实验报告一、实验名称：功分器散射参数的测量：功分器散射参数的测量 二、实验目的1、了解：微波矢量网络分析仪的组成、构造和工作原理、了解：微波矢量网络分析仪的组成、构造和工作原理2、掌握：、掌握：• 微波矢量网络分析仪的正确使用方法微波矢量网络分析仪的正确使用方法• 利用微波矢量网络分析仪测试微波网利用微波矢量网络分析仪测试微波网 络散射参数的方法络散射参数的方法 三、实验器材矢量网络分析仪矢量网络分析仪1台 频谱仪频谱仪1台 功分器功分器1个 四、实验原理实验使用矢量网测试微波网络散射参数，其原理为：实验使用矢量网测试微波网络散射参数，其原理为：图1 两端口网络两端口网络两端口网络的四个散射参量测量两端口网络的四个散射参量测量： 两端口网络的电参数，一般用上述的插损与回损已足，回损已足，但对考究的场合会用到散射参量。
但对考究的场合会用到散射参量。
但对考究的场合会用到散射参量。
两端口网络的散射参量有两端口网络的散射参量有4个，个，即即S 11、S 21、S 12、S 22。
S 11与网络输出端接上匹配负载后的输入反射系数Г相当。
相当。
注意：注意：注意：它是网络的它是网络的失配，不是负载的失配。
负载不好测出的Γ，要经过修正才能得到S 11 。
S 21与网络输出端匹配时的电压和输入端电压比值相当，对于无源网络即传输系数T 或插损，对放大器即增益。
或插损，对放大器即增益。
S S 1111、、S 21两项是最常用的。
两项是最常用的。
S 12即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。
即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。
S 22即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。
即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。
实验所用的矢网可以交替或同时显示经过全端口校正的四个参数。
实验所用的矢网可以交替或同时显示经过全端口校正的四个参数。
图2是失网测试微波网络散射参数的原理框图：是失网测试微波网络散射参数的原理框图：图2 矢网系统的原理框图矢网系统的原理框图五、实验内容实验使用矢量网络分析仪测试功分器的散射参数。
实验3-网络参量测量实验
二端口网络示意图
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实验原理 实验原理
测量微波网络［Ｓ］参量的方法很多， 测量微波网络［Ｓ］参量的方法很多，本实验主要 ［Ｓ］参量的方法很多 用三点法及短路活塞法（即多点法） 用三点法及短路活塞法（即多点法）来测量任意二端 口网络的［Ｓ］参量． ［Ｓ］参量 口网络的［Ｓ］参量．
为克服三点法误差较大的缺点，可用多点法测量，利用多点平 为克服三点法误差较大的缺点，可用多点法测量，
均的效果来减少误差。 均的效果来减少误差。
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实验步骤 实验步骤
1. 按图连接测试系统
图1 实验装置图
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实验步骤 实验步骤
测试系 统调试
测量线终端接 短路板， 短路板，用交 叉读数法测量 波导波长λg1， ， 用交叉读数法 确定离输出端 最近的驻波波 节的位置DT.
三点法是测量线性、互易二端口网络的常用方法。将待测网络 三点法是测量线性、互易二端口网络的常用方法。
的输出端面依次接短路、开路、匹配负载，并在输入端口上依 的输出端面依次接短路、开路、匹配负载， 次测量对应的反射系数，应用关系可得出网络的散射参量。 次测量对应的反射系数，应用关系可得出网络的散射参量。
网络参量测量实验 网络参量测量实验
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实验目的 实验目的
掌握用三点法和短路活塞法（即图解法）测量任意 掌握用三点法和短路活塞法（即图解法）
二端口网络的散射参量
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实验原理 实验原理
通常用两种方法来研究微波元件的方法： 通常用两种方法来研究微波元件的方法： 场的方法； １．场的方法； 路的方法中，每一个微波元件看成是一个网络， ２．路的方法中，每一个微波元件看成是一个网络， 用计算和测量和方法来研究网络的参量． 用计算和测量和方法来研究网络的参量．这些参量 之间可以相互装换，其中散射参量因容易 容易测量而获 之间可以相互装换，其中散射参量因容易测量而获 得广泛应用． 得广泛应用．
二端口网络参数的测定含数据处理
二端口网络参数的测定含数据处理1.测量传输参数：传输参数是描述输入信号与输出信号之间转移关系的参数，主要包括电压传输系数(Voltage Transfer Gain)和相移(Phase Shift)。
测量电压传输系数可以采用两种方法：开路法和短路法。
-开路法：将输入端口接入一个高阻抗电压表，测量输出电压和输入电压，传输系数为输出电压除以输入电压。
-短路法：将输入端口接入一个低阻抗电流表，测量输出电压和输入电压，传输系数为输出电压除以输入电压。
测量相移可以通过相位计或示波器测量输入和输出信号的相位差。
2.测量散射参数：散射参数是描述网络中反射和传输特性的参数。
主要有反射系数(Reflection Coefficient)和传输系数(Transmission Coefficient)。
测量散射参数需要使用网络分析仪(Network Analyzer)。
-反射系数：将网络中的一个端口短路，通过网络分析仪测量另一个端口的反射系数。
-传输系数：将网络中的一个端口短路，通过网络分析仪测量另一个端口的传输系数。
测量时需要注意选择合适的测试频率范围，以保证测量精度。
3.测量稳定参数：稳定参数主要用于分析网络的稳定性和输入输出匹配情况。
主要包括输入射频功率范围(Input RF Power Range)、输出射频功率范围(Output RF Power Range)和电源抑制(RF Power Suppression)等参数。
-输入射频功率范围：通过逐渐增大输入功率，观察网络的输出功率是否随之增加，当输出功率不再增加时，即达到输入射频功率的最大范围。
-输出射频功率范围：通过逐渐增大输出功率，观察输出功率是否随之增加，当输出功率不再增加时，即达到输出射频功率的最大范围。
-电源抑制：通过观察输入功率和输出功率之间的关系，确定电源抑制的程度。
测量时需要注意选择合适的功率测量装置和保护电路，以保证测量的准确性和安全性。
数据处理方法：在进行二端口网络参数测定后，需要对测得的数据进行处理和分析。
《微波技术》课程教学大纲
《微波技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：08030010课程中文名称：微波技术课程英文名称：microwave technology课程性质：专业指定选修课考核方式：考查开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术开课学期：5总学时：40+16总学分：3.5二、课程目的和任务《微波技术》是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。
通过讲述传输线理论、理想导波系统理论、微波网络理论，使学生掌握传输线的工作状态和特性参量、波导的场结构和传输特性，了解常用微波元件的基本结构和工作原理，具有解决微波传输基本问题的能力。
三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1．掌握传输线的基本理论和工作状态，具有分析传输线特性参量的基本能力，掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成和应用，了解阻抗匹配的基本方法和原理。
2．掌握矩形波导的一般理论与传输特性，掌握矩形波导主模的场分布与相应参数，了解圆波导、同轴线、带状线和微带线等传输线的工作原理、结构特点、传输特性和分析方法。
3．掌握微波网络的基本理论，重点包括微波网络参量的基本定义、基本电路单元的参量矩阵、微波网络组合的网络参量、微波网络的工作特性参量，了解二端口微波网络参量的基本性质，具有分析二端口微波网络工作特性参量的基本能力。
4．掌握阻抗变换器、定向耦合器、微带功分器、波导匹配双T的结构特点、工作原理、分析方法及其主要用途，了解电抗元件、连接元件、衰减器和移相器、微波滤波器和微波谐振器等微波元件的结构特点和工作原理。
四、教学内容与学时分配第一章绪论（2学时）微波的概念及其特点，微波技术的发展和应用，微波技术的研究方法和基本内容。
第二章传输线理论（13学时）1．传输线方程及其求解2．传输线的特性参量3．均匀无耗传输线工作状态分析4．阻抗圆图及其应用5．传输线的阻抗匹配第三章微波传输线（9学时）1．理想导波系统的一般理论2．导波系统的传输特性3．矩形波导4．带状线5．微带线第四章微波网络（9学时）1．波导等效为平行双线2．微波元件等效为微波网络3．二端口微波网络4．基本电路单元的参量矩阵5．二端口微波网络的组合及参考面移动的影响6．二端口微波网络的工作特性参量7. 多端口微波网络第五章常用微波元件（7学时）1．阻抗变换器2．定向耦合器3．波导匹配双T4．微波滤波器第六章实验教学（16）五、教学方法及手段（含现代化教学手段）以课堂讲授为主，适当配合课堂讨论，充分使用多媒体教学；以学生自学为辅，学生可以通过网络课堂和微波网站在线学习。
微波测量实验报告
《微波测量实验报告》指导老师：**专业：班级：学号：姓名：实验一微波测试系统的认识与调试一、实验目的1. 了解微波测试系统。
2. 三厘米波导系统的安装与调试。
二、实验原理1. 微波测试系统微波测试系统常用的有同轴和波导两种系统。
同轴系统频带宽，一般用在较低的微波频段（二厘米波段以下）；波导系统（常用矩形波导）损耗低、功率容量大，一般用在较高频段（厘米波段直至毫米波段）。
微波测试系统通常由三部分组成，如图 1 － 1 （ a ）所示。
图 1 － 1 微波测试系统（1）等效电源部分（即发送端）这部分包括微波信号源，隔离器，功率、频率监视单元。
信号源是微波测试系统的心脏。
测量技术要求具有足够功率电平和一定频率的微波信号，同时要求一定的功率和频率稳定度。
功率和频率监视单元是由定向耦合器取出一小部分微波能量，经过检测指示来观察源的稳定情况，以便及时调整。
为了减小负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。
（ 2 ）测量装置部分（即测量电路）包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等），以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率计探头等）。
（ 3 ）指示器部分（即测量接收器）指示器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
当对微波信号的功率和频率稳定度要求不太高时，测量系统可简化如图 1 － 1 （ b ）所示，微波信号源直接与测量装置连接，其工作频率可由波长计测得。
2. 微波信号源通常，微波信号源有电真空和固态的两种。
3. 测量指示器常用指示器有指示等幅波的直流微安表、光点检流计、微瓦功率计，有指示调制波的测量放大器、选频放大器。
此外，还可用示波器、数字电压表等作指示器。
实验室常用测量放大器和选频放大器作指示器，因为这类仪表灵敏度高，能对微弱信号进行宽带或选频放大，接在测量线、晶体检波器、热敏电阻架及其它测试设备的输出端可进行各类测量。
三、实验内容和步骤了解微波测试系统：1. 观看按图 1 － 1 （ a ）装置的微波测试系统。
实验三 三点法测量二端口微波网络的散射参数
实验三 三点法测量二端口微波网络的散射参数一、 实验目的双口网络参数的测量是在单口网络的基础上进行的，同时双口网络测量又是多口网络测量的基础，具有承上启下的作用。
通过实验掌握用三点法测量微波网络的散射参数的方法，为进一步学习微波网络测量打好基础。
二、实验原理微波网络与参量的求法可以用计算法亦可用实验法，但计算法仅限于解决简单网络，对于复杂的网络，其S 参数的确定要用实验法。
所谓三点法是指必须的测量为3次，由3次测得的数据便可求得双口网络的全部参数。
这是因为互易双口网络只有三个参数是独立的。
对于一个互易的双口网络，其S 参数如图一所示。
在输入端 a 1是入射波，b 1是反射波。
在输出端，b 2是入射波，a 2 是反射波。
图一 双口网络的Ｓ参数对于线性网络，可用线性代数方程表示b 1 = S 11 a 1 + S 12 a 2 (1)b 2 = S 21 a 1 + S 22 a 2 (2)式中S 参数的物理意义分别为21111b S a =端匹配：2端匹配，1端的反射系数 22211b S a =端匹配：2端匹配，1端至2端的传输系数 11122b S a =端匹配：1端匹配，2端至1端的传输系数12222b S a =端匹配：1端匹配，2端的反射系数 设 1Γ为1端的反射系数，2Γ为2端的反射系数。
由（1）、（2）式及11,1b a Γ= 222a b Γ= 对于互易网络 S 12 = S 21由此得到22111121222S S S ΓΓ=+-Γ （3） 在（3）式中有三个未知数S 11、S 22 和S 12。
如果能分别测出网络输出端短路、开路和匹配时，网络输入端的反射系数Γ1S 、Γ10和1L Γ可由（3）式求得三个未知数。
2端开路时 21Γ=+1端的反射系数 2121011122S S S Γ=+- （4） 2端短路时 21Γ=-1端的反射系数 212111122S S S S Γ=-+ （5） 2端匹配时 20Γ=1端的反射系数 111L S Γ= （6） 由（4）、（5）、（6）式得2111022110L S S S Γ-Γ-Γ=Γ-Γ （7） 由（5）式得()()21222111S S L S =+Γ-Γ （8）如果网络是对称的，则S 11=S 22，只要进行两次测量，例如一次短路，一次开路。
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实验三 三点法测量二端口微波网络的散射参数
一、 实验目的
双口网络参数的测量是在单口网络的基础上进行的，同时双口网络测量又是多口网络测量的基础，具有承上启下的作用。
通过实验掌握用三点法测量微波网络的散射参数的方法，为进一步学习微波网络测量打好基础。
二、实验原理
微波网络与参量的求法可以用计算法亦可用实验法，但计算法仅限于解决简单网络，对于复杂的网络，其S 参数的确定要用实验法。
所谓三点法是指必须的测量为3次，由3次测得的数据便可求得双口网络的全部参数。
这是因为互易双口网络只有三个参数是独立的。
对于一个互易的双口网络，其S 参数如图一所示。
在输入端 a 1是入射波，b 1是反射波。
在输出端，b 2是入射波，a 2 是反射波。
图一 双口网络的Ｓ参数
对于线性网络，可用线性代数方程表示
b 1 = S 11 a 1 + S 12 a 2 (1)
b 2 = S 21 a 1 + S 22 a 2 (2)
式中S 参数的物理意义分别为
21111b S a =
端匹配：2端匹配，1端的反射系数 22211b S a =
端匹配：2端匹配，1端至2端的传输系数 11
122b S a =端匹配：1端匹配，2端至1端的传输系数
12
222b S a =端匹配
：1端匹配，2端的反射系数 设 1Γ为1端的反射系数，2Γ为2端的反射系数。
由（1）、（2）式及
11,1b a Γ= 222
a b Γ= 对于互易网络 S 12 = S 21
由此得到
22111121222
S S S ΓΓ=+-Γ （3） 在（3）式中有三个未知数S 11、S 22 和S 12。
如果能分别测出网络输出端短路、开路和匹配时，网络输入端的反射系数Γ1S 、Γ10和1L Γ可由（3）式求得三个未知数。
2端开路时 21Γ=+
1端的反射系数 2121011122
S S S Γ=+- （4） 2端短路时 21Γ=-
1端的反射系数 212111122
S S S S Γ=-+ （5） 2端匹配时 20Γ=
1端的反射系数 111L S Γ= （6） 由（4）、（5）、（6）式得
2111022110L S S S Γ-Γ-Γ=
Γ-Γ （7） 由（5）式得
()()21222111S S L S =+Γ-Γ （8）
如果网络是对称的，则S 11=S 22，只要进行两次测量，例如一次短路，一次开路。
则
101112101S S S
Γ+Γ=+Γ-Γ （9） 22101210112112101S S S S S Γ-Γ-ΓΓ=+
+Γ-Γ （10） 网络输入端面反射系数1Γ的测量方法：
本实验实际上是对网络输入端的反射系数进行三次测量。
操作步骤与单端网络输入阻抗测量相同。
需要说明的是网络输出端开路负载如何获得。
对于微波电路，输出端空载并不意味着开路，因为有辐射存在，不能得到反射系数为+1的开路条件。
获得开路的方法是这样的，测量线输出端用短路片短路。
测得一驻波节点DT ，用可调短路活塞代替短路片，测量线探针保持DT 位置上不动，移动可调短路器的短路活塞，使探头在DT 位置上仍为最小显示（如图二所示），并按交叉读数法（即等指示度法）确定可调短路器短路活塞位置，记下此位置的读数LT1，LT1就是这个可调短路器的输入端为等效短路时长度，同时也是把它接在网络输出端时，网络输出端获得等效短路的端面。
继续移动短路活塞，使探针在DT 位置再次出现驻波节点，并按交叉读数法确定该相邻波节点在可调短路器上的刻度值LT2，根据这两个相邻节点的距离，可计算在短路器中波导波长
ＤＴLT 1LT 2
LT 图二 确定开路负载的方法
2g λ。
由此可得可调短路器输入端等效开路的长度应为
2
14g LT LT λ=+
就是说把可调短路器短路活塞位置放在读数LT 上，短路活塞的输入端等效为开路阻抗（Z L = ∞），把它接到待测网络的输出端就是待测网络的等效开路负载。
三点法只需要测出最少的实验数据便可求出全部的参数。
但是，每一个单次测量
数据的误差都直接影响各S 参数的结果。
因此应注意在驻波及阻抗测量中减少误差的各项措施。
隔离器可调衰减器单螺调
配器测量线短路片
可调短路器
图三 实验电路图
三、实验内容
测量所给双口网络的S 参数S 11、S 22、S 12步骤如下：
1、调节波源及测量线使之正常工作。
2、按图二所示，确定DT 、LT1、LT2、LT 。
3、接入待测双口网络，测量 1011S L ΓΓΓ、、 。
(1).待测双口网络后面分别接可调短路活塞、短路片和匹配负载作为终端负
载；
(2).根据ΦΓ=Γj l e ，以及11ρρ-Γ=+、4min 1d g πλ⎛⎫Φ=- ⎪⎝⎭
,因此测反射系数就变为传输线中驻波比的测量和距负载最近一个电压驻波节点的测量
4、按（6）、（7）、（8）式计算所需S 参数。
四、思考题
1、双口微波网络的散射参量的测量在微波网络参数测量中有何重要意义？
2、本实验中同一信号源发出的微波信号，为何在测量线中和可调短路活塞中有1g λ 与2g λ之分？
3、能否用三点法测量铁氧体隔离器的散射参数？为什么？
五、注意事项：
1、三次测量中参考面均应取DT 。
2、可调短路活塞一定要选取反射系数大，移动回差小的活塞，否则实验难以实现。
3、数据处理中请注意复数的四则运算。