微波無源器件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一：衰減器1、實(shí)驗(yàn)設(shè)置的意義 在射頻和微波傳輸系統(tǒng)中，通常需要控制功率電平，改善動(dòng)態(tài)范圍，衰減器有時(shí)作為一個(gè)去耦元件減小后級(jí)對(duì)前級(jí)的影響，也可以作為比較功率電平相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。從射頻和微波網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)來看，衰減器是一個(gè)二端口有耗微波網(wǎng)絡(luò)，它屬于通過型微波元件。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量功率衰減器的S參數(shù)；（2）了解衰減器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方法。3、實(shí)驗(yàn)原理 功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，它是一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其技術(shù)指標(biāo)包括衰減器的工作頻帶、衰減量、功率容量、回波損耗。 衰減量：如圖1-1所示，其信號(hào)輸入端（Port-1）的功率為P1，而其輸出端（Port-2）的功率為P2。

2、若P1、P2以分貝毫瓦（dBm）來表示，且衰減器之功率衰減量為A（dB），則兩端功率間的關(guān)系，可寫成： P2(dBm) = P1(dBm)A（dB） 亦即 功率衰減器Port-1P1Port-2P2圖1-1功率容量：衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，能量損耗后會(huì)變成熱能。可以想像，材料結(jié)構(gòu)確定后，衰減器的功率容量也就確定了。如果讓衰減器的承受功率超過這個(gè)極限，衰減器就會(huì)燒毀?；夭〒p耗：回波損耗就是衰減器的駐波比。 集中參數(shù)衰減器是利用電阻構(gòu)成T型或形網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)計(jì)方法說明如下:（1）固定型（Fixed Attenuator）此型電路僅利用電阻來設(shè)計(jì)。按結(jié)構(gòu)可分成T形 及形, 如圖1-

3、2(a)(b)所示。RSRp2pRp1pZ1Z2Z11Z2RS1RS2Rpp 圖1-2(a) T形功率衰減器; (b) 形功率衰減器其中Z1、Z2即是電路輸入/輸出端的特性阻抗。根據(jù)電路兩端使用的阻抗不同，可分為同阻抗式、異阻抗式。 同阻抗式 （a）T形同阻抗式（Z1=Z2=Z0） （b）形同阻抗式 異阻抗式（Z1Z2） （a）T形異阻抗式 （b）形異阻抗式 4、實(shí)驗(yàn)設(shè)備AV 36580矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，衰減器。5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量衰減器的S參數(shù)。6、實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉和學(xué)習(xí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用。2. 測(cè)試衰減器的電壓駐波比、插入損耗等參數(shù)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用：（1） 開機(jī)：連接電源線到接線板，保

4、證電源良好接地，打開后面板電源開關(guān)；前面板電源指示燈為橙色后開前面板電源，指示燈變?yōu)榫G色。（2） 系統(tǒng)進(jìn)入WINDOWS界面。連接兩根測(cè)試電纜；連接NSMA轉(zhuǎn)接器。（3） 設(shè)置頻率（激勵(lì)功能框）：按起始頻率：100MHz(或根據(jù)要求設(shè)定)；終止頻率： 3GHz(或根據(jù)要求設(shè)定)（4） 校準(zhǔn)（響應(yīng)功能框）：校準(zhǔn) 校準(zhǔn)件 AV31121A 機(jī)械校準(zhǔn) 全雙端口SOLT 前向反射（端口1） 連接開路器，按開路器 連接短路器，按短路器 連接負(fù)載，按負(fù)載完成端口1反射校準(zhǔn)，按照上述步驟重復(fù)做端口2校準(zhǔn)，完成后按完成發(fā)射測(cè)量，按完成反射測(cè)量。直接連接兩根測(cè)試電纜 按傳輸 按直通 按完成傳輸測(cè)量 按完成全雙端

5、口。（5） 完成全雙端口校準(zhǔn)（此時(shí)全雙端口SOLT有下劃線）（6） 按提示存校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（7） 連接被測(cè)件；端口1連接被測(cè)件輸入端，端口2連接被測(cè)件輸出端。見圖1.1 圖1.1 衰減器測(cè)試圖（8） 測(cè)量（響應(yīng)功能框）： 測(cè)量 S11 S22 S21 幅度 （9） 設(shè)置顯示格式（響應(yīng)功能框）： 格式 對(duì)數(shù)或駐波比 比例 參考位置：設(shè)置為5 參考值：設(shè)置為0（駐波比設(shè)置為1） 比例：設(shè)置為10（駐 波比設(shè)置為0.5） （9）設(shè)置光標(biāo)：（光標(biāo)/分析功能框）： 按光標(biāo) 分別標(biāo)記光標(biāo)1（頻率1.5GHz）、2(頻率100MHz）、3(頻率3GHz）分別在屏幕上觀察記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。（10） 測(cè)量（響應(yīng)功能框）：

6、 測(cè)量 S21 幅度或相位（11） 設(shè)置顯示格式：響應(yīng)功能框 格式 對(duì)數(shù) 比例 參考位置：設(shè)置為5 參考值：設(shè)置為0 比例：設(shè)置為1分別在屏幕上觀察記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 將衰減器測(cè)試結(jié)果填入下表中 頻率（GHz）S參數(shù)(dB)0.11.53|實(shí)驗(yàn)二：功率分配器1、實(shí)驗(yàn)設(shè)置的意義在射頻/微波電路中，為了將功率按一定的比例分成二路或多路，需要使用功率分配器；功率分配器反過來使用就是功率合成器，在近代射頻/微波大功率放大器中廣泛地使用功率分配器，而且通常成對(duì)使用。功率分配器的技術(shù)指標(biāo)有：頻率范圍，承受功率，插入損耗、分配比、隔離度和端口輸入駐波比。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解功率分配器的結(jié)構(gòu)原理

7、，頻率特性；（2）掌握功率分配器參數(shù)測(cè)試原理；（3）學(xué)會(huì)使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀完成功率分配器的測(cè)試。3、實(shí)驗(yàn)原理在射頻/微波電路中為了將功率按一定比例分成兩路或多路，需要使用功率分配器，功率分配器反過來使用就是功率合成器。功率分配器是一個(gè)多端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其技術(shù)指標(biāo)包括工作頻帶、承受功率、分配比、插入損耗、隔離度、VSWR等。如圖2-1所示為三端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其信號(hào)輸入端（Port-1）的功率為P1，而其他兩個(gè)輸出端（Port-2及Port-3）的功率分別為P2及P3。理論上，由能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分貝（dBm）來表示三端功率間的關(guān)系，則可寫成： P2(dBm) =

8、P3(dBm) = Pin(dBm)3（dB）。Port-1P1Port-2P2Port-3P3圖2-1 功率分配器當(dāng)然P2并不一定要等于P3，只是相等的情況最常被使用于實(shí)際電路中。因此，功率分配器在大致上可分為等分型（P2= P3）及比例型（P2=k·P3）等兩種類型。4、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 AV 36580矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，功率分配器模塊，50負(fù)載5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）測(cè)量各端口電壓駐波比（2）測(cè)量插入損耗和有效帶寬F。（3）測(cè)量功率分配器兩輸出分配比及相位（4）測(cè)量功率分配器隔離度；6、測(cè)試方法與實(shí)驗(yàn)步驟1、 熟悉和學(xué)習(xí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用。2、 測(cè)試功率分配器的電壓駐波比、插入損耗、傳輸相位

9、、隔離等S參數(shù)。3、 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)過程與衰減器校準(zhǔn)過程相同4、 功率分配器端口定義見圖2.1，測(cè)試連接見圖2.2 圖2.2 功分器S參數(shù)測(cè)試框圖矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端與功率分配器的1端口（輸入端）連接；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端與功率分配器的2端口（其中的一個(gè)輸出端）連接；3端口（另一個(gè)輸出端）接50匹配負(fù)載。設(shè)定網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍START為2.1GHz；STOP為2.3GHz。通過改變、及的相位，可分別測(cè)試功率分配器端口1和端口2的電壓駐波比或回?fù)p耗、插入損耗、相位等。將測(cè)試值填入表2.1中。改變連接見圖2.3圖2.3 功分器隔離度測(cè)試框圖功率分配器的輸入端連接不變，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出

10、端與功率分配器另一輸出端口3連接，2端口接50匹配負(fù)載。同樣方法測(cè)試端口3的S參數(shù)：、的相位等。分別在屏幕上觀察記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。5、 測(cè)試功率分配器隔離度。見圖2.4 圖2.4 功分器隔離度測(cè)試框圖網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入與輸出端分別與功率分配器的兩個(gè)輸出端相連接。功率分配器的輸入端接50匹配負(fù)載。此時(shí)的（實(shí)際的）即為功率分配器隔離度。在屏幕上觀察記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。七、測(cè)試結(jié)果1. 將測(cè)試結(jié)果填入下表中 頻率（GHz）S參數(shù)(dB) 2.5 2.62.7 |S21|S21相位（°）|S31|S31相位（°）|兩路幅度差兩路相位差實(shí)驗(yàn)三：定向耦合器1、實(shí)驗(yàn)設(shè)置的意義在射頻和微波傳輸系統(tǒng)中,

11、 通常需要準(zhǔn)確測(cè)試某一功率值, 或者將某一輸入功率按一定比例分配到各分支電路中去。例如功率量值傳遞系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)功率分配、多路中繼通信機(jī)中本振源功率分配等。定向耦合器由于本身插入損耗小、頻段寬、能承受較大的輸入功率、可根據(jù)需要擴(kuò)展量程、使用方便靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn), 而廣泛應(yīng)用于射頻和微波傳輸系統(tǒng)中。由于定向耦合器是射頻和微波系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的元件，更是近代掃頻反射計(jì)的核心部件，因此，熟悉定向耦合器的特性，掌握其測(cè)量方法很重要射頻和微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基本教學(xué)要求是了解射頻和微波的傳輸特性，掌握射頻和微波功率、頻率、波導(dǎo)波長(zhǎng)、駐波比及衰減、相位等的測(cè)量方法，了解射頻和微波技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。定向耦

12、合器本身的特性參量定義簡(jiǎn)單，被測(cè)量均為基本測(cè)量量，測(cè)量理論與方法簡(jiǎn)單且容易接受；儀器使用方法簡(jiǎn)單，不必經(jīng)過調(diào)諧等繁瑣過程，有助于學(xué)生把精力放在對(duì)射頻和微波實(shí)質(zhì)的理解和射頻和微波技術(shù)的應(yīng)用上。開設(shè)以定向耦合器為主線的實(shí)驗(yàn)十分必要，有助于引導(dǎo)學(xué)生初步領(lǐng)會(huì)技術(shù)開發(fā)的思路，也有利于提高學(xué)生思維的開闊性和系統(tǒng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和開拓精神。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握定向耦合器的原理及基本方法；（2）學(xué)會(huì)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量定向耦合器的參數(shù)。3、實(shí)驗(yàn)原理定向耦合器是一種有方向性的無源射頻和微波功率分配器件，其構(gòu)成通常有波導(dǎo)、同軸線、帶狀線及微帶等幾種類型，其種類通常有單定向耦合器和雙定向耦合器之分。本實(shí)驗(yàn)涉及的是

13、單定向耦合器。定向耦合器包含主線和副線兩部分，在主線中傳輸?shù)纳漕l和微波功率經(jīng)過小孔或間隙等耦合機(jī)制，將一部分功率耦合到副線中去，由于波的干涉和疊加，使功率僅沿副線中的一個(gè)方向(稱“正方向”)傳輸，而在另一方向(稱“反方向”)幾乎沒有(或極少)功率傳輸。理想的定向耦合器一般為互易無損四端口網(wǎng)絡(luò)，如圖3-1所示。主線1、2和副線3、4通過耦合機(jī)構(gòu)彼此耦合。a1b2b3b41234圖3-1 定向耦合器網(wǎng)絡(luò)定向耦合器的特性參量主要是： 耦合度， 方向性， 輸入駐波比， 帶寬范圍，在這里我們主要說明的是定向耦合器的耦合度和方向性。耦合度及其測(cè)量：定向耦合器的耦合度是指輸入信號(hào)耦合到副臂端的程度，即輸入至

14、主線的功率與副線中正向傳輸?shù)墓β手?，也稱過渡衰減。耦合度C用當(dāng)主臂終端接無反射匹配負(fù)載時(shí)，入射信號(hào)與輸出信號(hào)(副臂) 之比取對(duì)數(shù)之值表示：式中P1、U1分別為主線輸入端的功率及電壓；P3、U3分別為副線正方向傳輸?shù)墓β始半妷骸７较蛐约捌錅y(cè)量：方向性是指從匹配負(fù)載端往輸出端漏出信號(hào)的程度, 也就是副線中正方向傳輸?shù)墓β逝c反方向傳輸?shù)墓β手然蛘蝰詈隙扰c反向耦合度的對(duì)數(shù)之差。一般來講, 方向性越大越好, 方向性越大，表明其隔離性越好。常用的定向耦合器, 方向性均在15dB 以上。定向耦合器的方向性D以正向耦合度與反向耦合度的對(duì)數(shù)之差表示：式中P3、U3分別為耦合至副線正方向傳輸?shù)墓β始半妷?，P

15、4、U4分別為耦合至副線反方向傳輸?shù)墓β始半妷骸Ｓ袝r(shí)，反映定向程度的指標(biāo)也用隔離度來表示。隔離度表示輸入至主線的功率與副線反方向傳輸?shù)墓β手鹊膶?duì)數(shù)，即。根據(jù)以上定義可知：故定向耦合器的方向性等于隔離度與耦合度之差。定向耦合器還有一些技術(shù)指標(biāo)：定向耦合器的插損一般都較小, 所以對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響很小可以忽略不計(jì)。定向耦合器的駐波系數(shù)一般不大, 能承受的功率一般都較大, 這是一般類似器件難以達(dá)到的。4、實(shí)驗(yàn)設(shè)備AV 36580矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、定向耦合器、50的終端負(fù)載。5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量定向耦合器的方向性、隔離度、耦合度。6、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)方法同衰減器校準(zhǔn) （2）將定向耦合

16、器模塊按下圖連接。終端終端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 1 22134定向耦合器（3）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的中心頻率=1500MHz，SPEN為3000MHz，將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的1端口與被測(cè)件1端口連接，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的2端口與被測(cè)件2端口連接，被測(cè)件3、4端口連接50匹配負(fù)載終端，分別觀察矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的S11、S22、S21曲線，即測(cè)量的定向耦合器輸入、輸出端口電壓駐波比及插入損耗。（3）將定向耦合器模塊2端口與3端口對(duì)換連接，即3端口接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的2端口，2端口接50匹配負(fù)載終端，即可測(cè)量定向耦合器的耦合度C（S31）及3端口電壓駐波比S33。（4）將定向耦合器模塊3端口與4端口對(duì)換連接，即4端口接矢量

17、網(wǎng)絡(luò)分析儀的2端口，3端口接50匹配負(fù)載終端，即可測(cè)量定向耦合器的隔離度I(S41)，其方向性D=I-C,7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果將測(cè)試數(shù)據(jù)填入下表中 頻率（GHz）S參數(shù)(dB) 0.1MHz1.5 3| | | | | |實(shí)驗(yàn)四：環(huán)行器1、實(shí)驗(yàn)設(shè)置的意義環(huán)行器又叫隔離器，其突出特點(diǎn)是單向傳輸高頻信號(hào)能量。它控制電磁波沿某一環(huán)行方向傳輸。這種單向傳輸高頻信號(hào)能量的特性，多用于高頻功率放大器的輸出端與負(fù)載之間，起到各自獨(dú)立、互相“隔離”的作用。負(fù)載阻抗在變化甚至開路或短路的情況下都不影響功放的工作狀態(tài)，從而保護(hù)了功率放大器。因此環(huán)行器在射頻/微波應(yīng)用中具有非常重要的作用。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解環(huán)行器的基

18、本原理；（2）了解環(huán)行器的應(yīng)用； （3）學(xué)習(xí)利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行環(huán)行器的測(cè)試。3、實(shí)驗(yàn)原理環(huán)行器是一個(gè)多端口器件，其中電磁波的傳輸只能是沿單方向環(huán)行，反方向是隔離的。在近代的雷達(dá)和微波多路通信系統(tǒng)中都要用單方向環(huán)行特性的器件。例如，在收發(fā)設(shè)備共用一副天線的雷達(dá)系統(tǒng)中常采用環(huán)行器件作雙工器。在微波多路通信系統(tǒng)中，用環(huán)行器可以把不同頻率的信號(hào)隔開。4、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 AV 36580矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，環(huán)行器模塊、50終端。5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）測(cè)量環(huán)行器各端口電壓駐波比（2）測(cè)量環(huán)行器各端口間的插入損耗，隔離度213環(huán)行器矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1 2終端6、實(shí)驗(yàn)步驟（1）將環(huán)行器模塊按右圖連接。（2） 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的中心頻率