微波技术基础实验报告Word格式文档下载.docx
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矢量网络分析仪操作实验
A.初步运用矢量网络分析仪AV36580,熟悉各按键功能和使用方法
B.以RF带通滤波器模块为例,学会使用矢量网络分析仪AV36580测量微波电路的S参数。
微带传输线测量实验
A.使用网络分析仪观察和测量微带传输线的特性参数。
B.测量1/4波长传输线在开路、短路、匹配负载情况下的频率、输入阻抗、驻波比、反射系数。
C.观察1/4波长传输线的阻抗变换特性。
三系统简图
通过使用矢量网络分析仪AV36580测试RF带通滤波器的散射参数(S11、S12、S21、S22)来熟悉矢量网络分析仪的基本操作。
通过使用矢量网络分析仪AV36580测量微带传输线的端接不同负载时的S参数来了解微波传输线的工作特性。
连接图如图1-10所示,将网络分析仪的1端口接到微带传输线模块的输入端口,另一端口在实验时将接不同的负载。
四实验步骤
步骤一调用误差校准后的系统状态
步骤二选择测量频率与功率参数(起始频率600MHz、终止频率1800MHz、功率电平设置为-10dBm)
步骤三连接待测件并测量其S参数
步骤四设置显示方式
步骤五设置光标的使用
步骤二选择测量频率与功率参数(起始频率100MHz、终止频率400MHz、功率电平设置为-25dBm)
1.按照装置图将微带传输线模块连接到网络分析仪上;
2.将传输线模块接开路负载(找老师要或另一端空载),此时,传输线终端呈开路。
选择测量S11,将显示格式设置为史密斯原图,调出光标,调节光标位置,使光标落在在圆图的短路点。
3.记录此时的频率和输入阻抗。
然后将显示格式设置为驻波比,记录下此时的驻波比值。
将显示格式设置为对数幅度,记录下此时的(反射系数)值。
(记录数据时保持光标位置始终不变)
4.将传输线模块的终端接短路负载(找老师要)。
将显示格式设置为史密斯原图,注意观察光标的位置(此时光标所示频率仍为②中的频率),此时光标应在圆图中开路点附近。
5.调节光标至圆图中的开路点,按照③中所示方法和步骤记录数据。
6.将传输线模块另一端接上匹配负载。
将显示格式设置为史密斯原图,将光标调节至最靠近圆图圆心的位置。
7.按照③中方法和步骤记录数据。
五实验记录
测量带通滤波器S11反射系数:
Min:
1.032GHz-15.3db
Max:
882MHz0.15db
带通滤波器S11驻波比
1.032GHz1.38
888MHz412
带通滤波器S22反射系数
1.128GHz-35db
696MHz3.8db
带通滤波器S22驻波比
1.128GHz1.03
804MHz190
带通滤波器正向插入损耗S21
1.8GHz-51db
1.056GHz-4.3db
带通滤波器带宽
B=315.598MHz
带通滤波器反向插入损耗S12
1.8GHz-62db
1.11GHz-2.9db
带通滤波器反向带宽
B=1.847MHz
1.匹配
频率:
215.125MHz
输入阻抗:
实部:
49.9Ω虚部:
-1mΩ
驻波比:
1.019
反射系数:
-40.677db
2.短路
179.23MHz
6.22kΩ虚部:
26Ω
45
-0.35db
3.开路
166MHz
270mΩ虚部:
-451mΩ
47
-0.34db
六数据分析处理
散射参量S的定义为:
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。
因此网络输入端电压反射系数的模,故输入驻波比为:
回波损耗(returnloss)Lr:
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。
插入损耗(Insertionloss)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:
用分贝表示,为:
传输线输入阻抗的表达式为:
我们可以利用上式分析负载阻抗沿着特性阻抗,长度为d的传输线是如何变换的,它已通过波数β考虑到了工作频率的影响,β能用频率和相速度或者波长表示,它们分别是和。
此时应有:
1.输入阻抗等于特性阻抗50Ω,有实验数据可知输入阻抗已经很接近特性阻抗的值。
2.驻波比等于1,实验记录为1.019与理论值接近。
3.反射系数等于0,实验记录为-40.677db=0.0000857,反射系数很小可以看做0。
假如(负载相当于短路线),输入阻抗表达式可表示为:
我们注意到阻抗随着负载的距离增加而周期性变化。
阻抗等于负载阻抗,其值为零,随着距离d的增加,线路的阻抗为纯虚数,而数值随着增加。
在此所在位置阻抗为正,表示线路呈现电感特性。
当d达到1/4波长时,阻抗等于无穷大,这代表开路线情况。
进一步增大距离,出现负的虚阻抗,它等效为电容特性。
当时阻抗变为零,而当时则又重复一个新的周期。
1.1/4波长处输入阻抗等于无穷大,实验数据为实部:
26Ω可以看做无穷大。
2.驻波比理论上是无穷大,但实际上不能达到,实验记录中驻波比为45已经很大了
3.理论上此时的反射系数模值为1,实验记录数据为-0.35db=0.92257,与1很接近。
假如,输入阻抗简化为:
可以看到,开路传输线的输入阻抗也是随着负载的距离增加而周期性变化的。
类似于短路传输线,也可以对开路传输线进行周期性分析。
1.1/4波长处输入阻抗等于短路,实验数据为实部:
-451mΩ可以看做短路。
2.驻波比理论上是无穷大,但实际上不能达到,实验记录中驻波比为47已经很大了
3.理论上此时的反射系数模值为1,实验记录数据为-0.34db=0.924698,与1很接近。
七思考题
1.从图1-3上分析,如果测量被测微波器件的2端口S参数,其内部开关将处于什么工作状态?
AV36580矢网工作原理如下,由内置合成信号源产生30k~3GHz的信号,经过S参数测试装置分成两路,一路作为参考信号R,另一路作为激励信号,激励信号经过被测件后产生反射信号A和传输信号B,由S参数测试装置进行分离,R、A、B三路射频信号在幅相接收机中进行下变频,产生4kHz的中频信号,由于采用系统锁相技术,合成扫频信号源和锁相接收机同在一个锁相环路中,共用同一时基,因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在4kHz的中频信号中,此中频信号经A/D变换器转换为数字信号,嵌入式计算机和数字信号处理器(DSP)从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息,通过比值运算求出被测网络的S参数,最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。
当测量被测微波器件的2端口S参数时,其内部开关左侧与地相连,右侧反之,使端口2信号作为R信号进入后续的处理流程中。
2.对记录的数据进行分析,并思考为什么开路负载时在短路点的光标,在接上短路负载后会在开路点附近?
答:
开路负载和短路负载之间相差了1/4波长,又因为具有1/4波长的变换性,所以出现了开路负载时在短路点的光标,在接上短路负载后会在开路点附近的现象。
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