微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)報告

實(shí)用文檔PAGE1微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)報告姓名：徐壽俊學(xué)院：電光學(xué)院班級：09042102學(xué)號：0904210252二0一二年六月實(shí)驗(yàn)一傳輸線的工作狀態(tài)及駐波比測量 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄o耗傳輸線（矩形波導(dǎo)）在終端接不同負(fù)載時的工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量傳輸線終端接不同負(fù)載時傳輸線中的電場幅度沿傳播方向的分布，判定傳輸線的工作狀態(tài)求出波導(dǎo)波長和駐波比實(shí)驗(yàn)原理所使用的實(shí)驗(yàn)儀器及元器件信號源同軸-波導(dǎo)變換鐵氧體隔離器頻率計(jì)衰減器波導(dǎo)測量線選頻放大器負(fù)載（短路負(fù)載，開路負(fù)載，匹配負(fù)載和任意負(fù)載）原理傳輸線的工作狀態(tài)（電場幅度分布）在無耗傳輸線的終端連接不同的負(fù)載時，傳輸線將呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。當(dāng)終端接與傳輸線特性阻抗相等的匹配負(fù)載時，只有入射波，沒有反射波，傳輸線工作在行波狀態(tài)。行波狀態(tài)下傳輸線上的電壓（電流）幅度沿傳輸方向的分布如圖1所示。 z0z0圖1傳輸線行波狀態(tài)電壓（電流）幅度沿傳播方向的分布當(dāng)終端接與短路，開路或純電抗負(fù)載時，終端將發(fā)生全反射，傳輸線工作在純駐波狀態(tài)。純駐波狀態(tài)下傳輸線上的電壓（電流）幅度沿傳輸方向的分布如圖2所示（以終端短路為例）。圖2傳輸線純駐波狀態(tài)（終端短路）電壓（電流）幅度沿傳播方向的分布測量傳輸線的工作狀態(tài)（電場分布）是采用測量線技術(shù)。測量線的主體是一段在波導(dǎo)寬邊中間開槽的矩形波導(dǎo)，有一根探針通過波導(dǎo)的槽縫伸進(jìn)波導(dǎo)內(nèi)，并可以沿傳輸線移動。當(dāng)探針位于某一個位置時，與所在位置的電場發(fā)生耦合，在探針上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由檢波二極管轉(zhuǎn)換為檢波電流，并通過選頻放大器指示出來。當(dāng)探針沿波導(dǎo)移動時，放大器讀數(shù)就間接地反映了波導(dǎo)內(nèi)電場大小的分布。將探針位置D與檢波電流I的測量值繪制成曲線，即為傳輸線上的電場幅度分布曲線，由此也就知道了傳輸線的工作狀態(tài)。兩個相鄰波節(jié)點(diǎn)的間距等于，因此有測出的波節(jié)點(diǎn)的位置可以求得矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長g。電壓駐波比計(jì)算電壓駐波比描述了負(fù)載的匹配特性，是反映傳輸線上不匹配情況的量，駐波比的定義為：(1)即傳輸線中的電場幅度的最大值與最小值之比。因?yàn)闇y得的是檢波電流，而檢波電流與電場的關(guān)系是，n為檢波二極管的檢波律。在實(shí)驗(yàn)中一般為小信號檢波，可以取n=2，即平方律檢波，則上式（1）可表示為(2)式中和分別為波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)的檢波電流值。4.實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果實(shí)驗(yàn)所用原理框圖如圖3所示。波長計(jì)隔離器同軸-波導(dǎo)波長計(jì)隔離器同軸-波導(dǎo)變換信號源選頻放大器衰減器波導(dǎo)測量線待測負(fù)載圖3實(shí)驗(yàn)框圖首先將測量線終端接短路負(fù)載，這時在傳輸線上形成全駐波，然后將探針移到測量線左端的一個波節(jié)點(diǎn)，記下探針位置D（mm）和檢波電流I（）值，以后每向右移動探針2mm，記錄一個D和I值，直到測出三個完整的駐波，即出現(xiàn)四次波節(jié)點(diǎn)。再將其分布用曲線表示出來。記錄結(jié)果如下圖：將測量線終端分別換接匹配負(fù)載（行波狀態(tài)）和開口波導(dǎo)（行駐波狀態(tài)），同樣用上述方法進(jìn)行測量，得到結(jié)果如下：匹配負(fù)載：開口波導(dǎo)：測量傳輸線終端為開口波導(dǎo)時的和值，用式（2）計(jì)算駐波比如下：5．?dāng)?shù)據(jù)分析由測試數(shù)據(jù)求得矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長，并與理論計(jì)算結(jié)果比較如下：6．安全說明在本實(shí)驗(yàn)室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（10mW/cm2），不會對人體造成任何傷害。但是，在實(shí)驗(yàn)期間，請注意以下事項(xiàng):不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看;不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端;在拆/裝微波元器件時，請關(guān)掉微波信號源。7．思考題a.波導(dǎo)測量線上的槽縫為何開在波導(dǎo)寬邊的中間？b.信號源為何選用方波調(diào)制？c.測量線的探針插入波導(dǎo)太深是否會影響測試結(jié)果？d.為什么所測開口波導(dǎo)的駐波比不是無窮大？如何實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的理想開路？實(shí)驗(yàn)二微波網(wǎng)絡(luò)散射參量測試實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量負(fù)載的阻抗、回波損耗、駐波，以及同軸可變衰減器的插入損耗，掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本使用方法，加深對網(wǎng)絡(luò)散射參量的認(rèn)識和理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波測量同軸可變衰減器的插入損耗實(shí)驗(yàn)原理所使用的實(shí)驗(yàn)儀器及元器件矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA3623（掃頻范圍：30-3200MHz,雙測試通道）3dB電橋10dB衰減器同軸可變衰減器（待測件）b)原理眾所周知，微波元器件的作用是用來控制電磁波的振幅，相位等的變化，這些變化可以用輸入駐波比，回波損耗，插入損耗等外部特性參量來描述。而外部特性參量又可以用微波網(wǎng)絡(luò)參量來表示。因此，首先用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量待測元器件的散射參量，然后得到反映元器件特性的外部特性參量。圖1所示為微波二端口網(wǎng)絡(luò)的示意圖。圖1微波二端口網(wǎng)絡(luò)示意圖散射參量S的定義為： (1)散射參量矩陣[S]中各元素的意義分別為：S11：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時，輸入端口的電壓反射系數(shù)；S22：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時，輸出端口的電壓反射系數(shù)；S12：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時，輸出端口到輸入端口的電壓傳輸系數(shù)；S21：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時，輸入端口到輸出端口的電壓傳輸系數(shù)。因此網(wǎng)絡(luò)輸入端電壓反射系數(shù)的模，故輸入駐波比為： （2）回波損耗(returnloss)Lr：回波損耗用來描述反射系數(shù)的幅度,有時又稱為失配損耗。它與負(fù)載反射系數(shù)大小有關(guān),其絕對值越大，則表明負(fù)載匹配越好，反射越小。引入回波損耗以后，反射系數(shù)的大小就可用dB形式來表示。(3)插入損耗(Insertionloss)IL：插入損耗定義為網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負(fù)載時，網(wǎng)絡(luò)輸入端入射波功率Pi與負(fù)載吸收功率PL之比，即：(4)用分貝表示，為：(5)實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果（1）測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波開機(jī)（按照說明書要求），把頻率范圍設(shè)為1.8GHz～3.2GHz。設(shè)定BF：1516.2MHz;△F：22.6MHz;EF：3188.6MHz;N=75。按圖2所示把電橋連接好，并選擇測試B端口回?fù)p。輸出輸入A輸出輸入A輸入B電橋圖2負(fù)載反射特性測試框圖開路校準(zhǔn)：把開路器接上，按[執(zhí)行],光標(biāo)在Smith圓圖上右端閃爍。短路校準(zhǔn)：把短路器接上，按[執(zhí)行],光標(biāo)在Smith圓圖上左端閃爍。測負(fù)載：接上待測負(fù)載（有匹配和適配兩種），可用Smith圓圖看出變化趨勢。測回波損耗和駐波測回波損耗按[菜單]選擇“對數(shù)”，再按[執(zhí)行]，即可出現(xiàn)回波損耗曲線；測駐波按[菜單]，把光標(biāo)移到[駐波]，按[執(zhí)行]即可，有四檔可選讀數(shù)范圍。讀出數(shù)據(jù),列表并畫圖如下：50Ω匹配負(fù)載：50Ω失配負(fù)載：（2）測量同軸可變衰減器的插入損耗a)按圖3所示連接好。輸出輸入A輸出輸入A輸入B10dB衰減器10dB衰減器待測器件圖3待測器件連接框圖b)在主菜單上按“”鍵光標(biāo)移到《測：A、B》下，按[→]或[←]鍵使A為《插損》，B下為空白。c)直通校準(zhǔn)按“↓”使光標(biāo)停在《校：直通》下，按“執(zhí)行”鍵，此時為直通狀態(tài)，測試系統(tǒng)（如電纜，10dB的衰減器）的插入損耗即歸零，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入測試狀態(tài)。d)測同軸可變衰減器