微波技术实验指导书教学提纲.doc

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微波技术试验报告

姓名：
学号：
指导教师： 秦 月 梅
时间：

只供学习与交流
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“１”和端口“２”的向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”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/THRU CAL KIT)
2模组内容：

代号
名称
说明
适用频率范围
主要特性
MOD-1A
OPEN
开路传输线
50-500MHz
Ruturn Loss-1db
MOD-1B
SHORT
短路传输线
50-500MHz
Ruturn Loss-1db
MOD-1C
THRU
50微带线
50-500MHz
Ruturn Loss-15db
Intretion Loss-0.5db
3 RF2000测量主机：一台
4 PC机一台，BNC连接线若干

四、实验内容及步骤
（一）开路线（MOD-1A）的S11测量
（1）将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000电源，开机。启动SCOPE2000软件
（2）将模块RF2KM1-1A的开路端口，即P1端口，与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起。模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz的频段（BAND 3 频率范围为300-500MHz），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP !!!!! MHz”，第二行显示为“---db 299-540”时，此时软件界面显示的为开路状态下300MHz-500MHz时的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）软件显示如图：

（3）在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。
（二）短路线（MOD-1B）的S11测量
（1）将RF2KM1-1A模块的短路端口，即P2通过BNC连接线与RF2000的SWEEP/CW1 OUT端子相连，频率的频段选择不变。
（2）此时软件界面显示的为短路状态下300MHz-500MHz时S11的曲线图

同样，若此时软件显示为S22,可通过S11/S22进行选择。
（3）在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。
（三）匹配负载（MOD-1C）的S11及S22的测量
（1）将模块RF2KM1-1A的P3端子通过BNC连接线与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端子连接，将模块的P4端子与RF2000主机的RF-IN端子连接，频段仍为BAND3（300MHz-500MHz）。
（2）此时软件界面显示的是匹配负载状态下300MHz-500MHz时的S11的曲线图，如图所示。按S11/S21可以切换S11/S21曲线图。

（3）在S11和S21曲线图中分别任意选取九个点，分别记录下每个点的频率和它所对应的S11和S21的db值，并在坐标纸上利用所取的点分别大致画出S11和S21的曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。

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（4－port network），如图3－1所示。若信号输入端（Port-1，Input Port）的功率为P1，信号传输端（Port-2，Transmission Port）的功率为P2，信号耦合端（Port-3，Coupling Port）的功率为P3，而信号隔离端（Port-4，Isolation Port）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：
耦合系数：
隔离度：
方向性：
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=20lg 3-4
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 -20lg 3-5
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-C BRANCH LINE COUPLER）
RF2KM5-2A （PARALLEL LINE COUPLER）
2、模组内容：

代号
名称/说明
适用频率范围
主要特性
MOD-5A
L-C BRANCH LINE COUPLER

叉路型定向耦合器

40050MHz
Return Loss-13dB
Transmission-2dB
Coupling-11dB
Isolation-13dB
代号
名称/说明
适用频率范围
主要特性
MOD-5B
PARALLEL LINE COUPLER

平行线型定向耦合器

75050MHz
Return Loss-12dB
Transmission-1.5dB
Coupling-10dB
Isolation-14dB

3、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、实验内容及步骤

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
1、将RF2000主机通过RS232与PC机相联接，接好RF2000电源，开机，并启动SCOPE2000软件。
2、将模块MOD-5A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P2，P3，P4端口分别与50Ω匹配端子相连。模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz的频段（BAND3,频率范围为300-500MHz），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP !!!!! MHz”，第二行显示为“---db 299-540”时，此时软件界面显示的为叉路型定向耦合器在300MHz-500MHz的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值。

（二）MOD-5A的P1及P2端子的S21的测量
1、将模块MOD-5A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P2端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P3，P4端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P2端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、 在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

（三）MOD-5A的P1及P3端子的S21的测量
1、将模块MOD-5A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P3端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P2，P4端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P3端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

（四）MOD-5A的P1及P4端子的S21的测量
1、将模块MOD-5A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P4端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P2，P3端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P4端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。
注：在以下的实验中，信号从P1端输入，P2为耦合端，P3为传输端，P4为隔离端。

（五）MOD-5B的S11的测量
1、将模块MOD-5B的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P2，P3，P4端口分别与50Ω匹配端子相连。
2、模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到599-998MHz的频段（BAND4），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP !!!!! MHz”，第二行显示为“---db 599-998”时，此时软件界面显示的为叉路型定向耦合器在599MHz-1000MHz的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值。

（六）MOD-5B的P1及P2端子的S21的测量
1、将模块MOD-5B的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P2端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P3，P4端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P2端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

（七）MOD-5B的P1及P3端子的S21的测量
1、将模块MOD-5B的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P3端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P2，P4端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P2端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

（八）MOD-5B的P1及P4端子的S21的测量
1、将模块MOD-5B的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P4端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P2，P3端口分别与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在300MHz-500MHz时P1与P2端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

五、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。

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) – AdB 2-1

亦即 2-2

功率
衰减器
Port-1
P1
Port-2
P2

图2-1

2、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П形,如图2-2所示：

RS
Rp2p
Rp1p
Z1
Z2
Z1
Z2
RS1
RS2
Rpp

图2-2（a） T型功率衰减器 (b) П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

-TYPE 10db ATTENUATOR
型功率衰减器

50-1000MHz

回波损耗：-12db
插入损耗：
-100.5db

MOD-3B

T-TYPE 10db ATTENUATOR
T型功率衰减器

50-1000MHz

回波损耗：-12db
插入损耗：
-100.5db

3、RF2000测量主机：一台
4、PC机：一台，连接线若干

四 实验内容及步骤

（一）MOD-3A的S11的测量
1、将RF2000主机通过RS232与PC机相联接，接好RF2000电源，开机，并启动SCOPE2000软件。
2、将模块MOD-3A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P2端口与50匹配端子相连。模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz的频段（BAND3,频率范围为300-500MHz），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP !!!!! MHz”，第二行显示为“---db 299-540”时，此时软件界面显示的为型功率衰减器的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。

（二）MOD-3A的S21的测量

1、模块MOD-3A的P1端口仍与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线保持连接，将P2端口的50的匹配端子去掉，并将P2端口与RF2000的RF-IN端子通过连接线相连，频段选择仍为BAND3（300MHz-500MHz）。
2、等待几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时软件界面显示的为型功率衰减器300MHz-500MHz时的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S21曲线图。

（三）MOD-3B的S11的测量
1、将模块MOD-B的P3端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P4端口与50匹配端子相连，频段不变，仍为BAND3（300MHz-500MHz）。
2、等待几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时软件界面显示的为T型功率衰减器300MHz-500MHz的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图。

（四）MOD-3B的S21的测量
1、模块MOD-3B的P3端口仍与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线保持连接，将P4端口的50的匹配端子去掉，并将P4端口与RF2000的RF-IN端子通过连接线相连，频段选择仍为BAND3（300MHz-500MHz）。
2、等待几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时软件界面显示的为T型功率衰减器300MHz-500MHz时的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S21曲线图。

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、实验内容及步骤

（一）MOD-4A的P1端子的S11的测量

1、将模块MOD-5B的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P2，P3端口分别与50匹配端子相连。
2、模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz的频段（BAND3），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP !!!!! MHz”，第二行显示为“---db 599-998”时，此时软件界面显示的为电阻式功率分配器在599MHz-998MHz的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。
3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值。

（二）MOD-4A的P1及P2端子的S21的测量

1、将模块MOD-4A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P2端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P3端口与50匹配端子相连，频带选择不变。
2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在599MHz-998MH时P1与P2端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。

3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。

（三）MOD-4A的P1及P3端子的S21的测量

1、将模块MOD-4A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，P3端子通过连接线与RF2000的RF-IN端口相连，P2端口与50Ω匹配端子相连，频带选择不变。

2、过几秒钟后，软件界面的曲线发生变化，此时显示的为支线型定向耦合器在599MHz-998MH时P1与P3端子的S21曲线图（如果此时软件界面显示的为S11曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。

3、在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S21的dB值。