北郵電子微波測(cè)量報(bào)告

1、 微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)院： 電子工程學(xué)院 班級(jí)： 2011211203 學(xué)號(hào)： 2011210876 姓名： 孫月鵬 班內(nèi)序號(hào)： 04 實(shí)驗(yàn)一 微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的熟悉一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的組成，熟悉各部分構(gòu)件的工作原理，熟悉其操作和特性。2、熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作以及測(cè)量方法。2、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)、結(jié)果與結(jié)論1.常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，簡(jiǎn)要了解其工作原理 微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)物圖 主要組成部分及其功能Ø 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：對(duì)RF領(lǐng)域的放大器、衰減器、天線、同軸電纜、濾波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔離器、環(huán)形器等RF器件進(jìn)行幅頻特性、反射特性和相頻特性測(cè)量。

2、Ø 同軸線：連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和校準(zhǔn)元件或測(cè)量元件。 Ø 校準(zhǔn)元件：對(duì)微波同軸側(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行使用前校準(zhǔn)，以盡量減小系統(tǒng)誤差。 Ø 測(cè)量元件：待測(cè)量的原件（如天線、濾波器等），可方便地通過同軸線和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連起來。2. 掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作以及測(cè)量方法。a) 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的面板組成以及各部分功能（1）CRT顯示器顯示儀器當(dāng)前工作狀態(tài)和測(cè)試結(jié)果。（2）BEGIN（開始）在測(cè)量放大器、濾波器、寬帶無源器件、電纜等被測(cè)時(shí)能快速、簡(jiǎn)便的配置儀器，可引導(dǎo)用戶完成初始步驟，根據(jù)用戶的選擇自動(dòng)配置儀器。（3）ENTRY（數(shù)據(jù)輸入）數(shù)字鍵、旋輪和上下鍵，用于數(shù)據(jù)輸入。（4）

3、SYSTEM（系統(tǒng)功能）SAVERECALL：存儲(chǔ)或調(diào)用數(shù)據(jù)。HARD COPY：打印或者存儲(chǔ)測(cè)量曲線、數(shù)據(jù)。SYSTEM OPTIONS：系統(tǒng)選項(xiàng)。（5）PRESET（復(fù)位）復(fù)位儀器。（6）CONFIGURE（配置）SCALE：設(shè)置垂直方向的分辨率和參考位置等。DISPLAY：顯示設(shè)置。CAL：校準(zhǔn)菜單。MARKER：頻標(biāo)功能鍵。FORMAT：數(shù)據(jù)顯示格式。AVG：平均功能設(shè)置和中頻帶寬設(shè)置。（7）SOURSE（源）FREQ：頻率設(shè)置。SWEEP：設(shè)置掃描方式、掃描時(shí)間。POWER：RF信號(hào)輸出開關(guān)或者設(shè)置RF信號(hào)輸出功率。MENU：設(shè)置掃描點(diǎn)數(shù)及單次掃描、連續(xù)掃描或保持等。（8）MEAS（

4、測(cè)量通道）MEAS1：設(shè)置通道1的測(cè)量方式。MEAS2：設(shè)置通道2的測(cè)量方式。（9）軟鍵對(duì)應(yīng)的功能顯示在左邊顯示屏上。（10）亮度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)顯示器亮度。（11）電源開關(guān)打開或關(guān)閉整機(jī)電源。（12）U盤接口Usb盤接口（13）RF OUT（射頻輸出）射頻信號(hào)輸出口，N型K頭。（14）RF IN（射頻輸入）射頻信號(hào)輸入口，N型K頭。b) S 參數(shù)測(cè)量步驟 將一個(gè)待測(cè)的二端口網(wǎng)絡(luò)通過同軸線接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，組成一個(gè)微波同軸測(cè)量系統(tǒng)被測(cè)被測(cè) 然后經(jīng)過SOLT校準(zhǔn),消除系統(tǒng)誤差； 在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上調(diào)處S參數(shù)測(cè)量曲線，讀出相應(yīng)的二端口網(wǎng)絡(luò)的S參量，保存為s2p數(shù)據(jù)格式和cst數(shù)據(jù)格式的文件。c) 看

5、開路校準(zhǔn)件的電容值設(shè)定(校準(zhǔn)系數(shù)) 在校準(zhǔn)菜單下的CalKit（校準(zhǔn)件）選項(xiàng)里，打開校準(zhǔn)件的開路件對(duì)話框d) 看短路校準(zhǔn)件的電感值設(shè)定(校準(zhǔn)系數(shù)) 在校準(zhǔn)菜單下的CalKit（校準(zhǔn)件）選項(xiàng)里，打開校準(zhǔn)件的短路件對(duì)話框e) 用Smith圓圖顯示所測(cè)結(jié)果以及如何與直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 TOOLS工具欄下，下拉選項(xiàng)中可得到simth圓圖的顯示以及轉(zhuǎn)換直角坐標(biāo)f) 如何保存所測(cè)數(shù)據(jù)，以及可存的數(shù)據(jù)格式 點(diǎn)擊【文件】>【另存為】，然后選擇相應(yīng)的保存目錄 可保存的數(shù)據(jù)格式為.jpg圖片格式。g) 了解儀器提供的校準(zhǔn)方法（SOLT） 儀器提供SOLT校準(zhǔn)方法，TRL校準(zhǔn)方法等集中校準(zhǔn)方法，實(shí)驗(yàn)中使用SOLT校

6、準(zhǔn)方法，即短接、開路、負(fù)載和直通。 三、思考題 1、是否可以直接進(jìn)行電路參數(shù)的測(cè)量，為什么？如何從測(cè)量的S參數(shù)導(dǎo)出電路參數(shù)。（給出S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式，以及如何在ADS中應(yīng)用。） 不可以，因?yàn)槲⒉ㄍS測(cè)量系統(tǒng)只能對(duì)于微波的入射和反射的電壓電流關(guān)系進(jìn)行分析。  S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式如下：   Z=(1-S)-1(1+S)實(shí)驗(yàn)二 微波同軸測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法以及精度。2、熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準(zhǔn)步驟以及校準(zhǔn)精度驗(yàn)證方法。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、結(jié)果與結(jié)論1、總結(jié)常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，比如TRL和SOLT，

7、了解其校準(zhǔn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 所用標(biāo)準(zhǔn)件 SOLT:短路標(biāo)準(zhǔn)件、開路標(biāo)準(zhǔn)件、負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)件和直通線 TRL：直通標(biāo)準(zhǔn)件、反射標(biāo)準(zhǔn)件和直通線 工作原理： 利用各種校準(zhǔn)件，求出在不同條件下的外部參數(shù)，利用一系列的運(yùn)算，導(dǎo)出誤差盒的特征儲(chǔ)存在儀器內(nèi)部，然后就可以從測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出經(jīng)過誤差校準(zhǔn)的S參量。 誤差模型Ø EDF，EDR：反射參數(shù)，衡量VNA耦合器分離前向波和反射波程度，數(shù)值越大越好。小的反射參數(shù)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的耦合泄漏。Ø ERR，ERF：傳輸參數(shù)，誤差與反射測(cè)量相關(guān)，可以用短路和屏蔽開路校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量。Ø EXF，EXR：隔離，串?dāng)_，誤差與串?dāng)_相關(guān)，可以通過測(cè)量接匹配負(fù)載

8、的1口和2口來確定。Ø ESF，ESR以及 ELF，ELR：信號(hào)源匹配和負(fù)載匹配，指信號(hào)源與50歐姆負(fù)載的匹配程度以及負(fù)載的質(zhì)量，這些誤差可以通過測(cè)量S11和S22確定。Ø ETF，ETR：傳輸參數(shù)，誤差與傳輸測(cè)量相關(guān)，通過測(cè)量1、2口互連時(shí)的傳輸確定。Ø 網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)即是通過數(shù)學(xué)的方法消除以上誤差項(xiàng)，得到被測(cè)器件真實(shí)參量(Sa11，Sa12，Sa21，Sa22)的過程 TRL和SOLT的優(yōu)缺點(diǎn)Ø TRL方法：計(jì)算簡(jiǎn)單，但該方法需要網(wǎng)絡(luò)分析儀具有四個(gè)接收機(jī)，分別檢測(cè) 信號(hào)a0,a1,b0,b3（以正向?yàn)槔?SOLT方法：只需要三個(gè)校準(zhǔn)件，分別檢測(cè)信

9、號(hào)a0,b0,b3； Ø TRL方法：僅需要簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)件，不需要理想的強(qiáng)反射件（理想的開路或短 路），并且傳輸線校準(zhǔn)件比較容易實(shí)現(xiàn)SOLT方法：需要很多的校準(zhǔn)件，并且校準(zhǔn)件的性能指標(biāo)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響 較大； Ø SOLT方法：比較適用于同軸環(huán)境，也可以用于高頻探針和在片測(cè)量 TRL方法：比較適用與非同軸環(huán)境，例如共面波導(dǎo)，微帶線等； Ø TRL方法：傳輸線的工作頻帶和起始頻率的關(guān)系是8：1，因此TRL校準(zhǔn)是窄 帶的，寬帶的TRL校準(zhǔn)需要多個(gè)不同長(zhǎng)度的線，這樣會(huì)浪費(fèi)面積 SOLT方法：是寬帶的。 Ø SOLT校準(zhǔn)方法得到的測(cè)試結(jié)果明顯優(yōu)于TRL。另外在校準(zhǔn)

10、和測(cè)試過程中，采用TRL校準(zhǔn)方式的測(cè)試由于不同的傳輸線適應(yīng)不同帶寬的校準(zhǔn)頻率范圍，校準(zhǔn)和測(cè)試必須分段進(jìn)行，所以在測(cè)試結(jié)果中可以看到曲線的不連續(xù)性。2、 掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準(zhǔn)步驟以及校準(zhǔn)精度驗(yàn)證方法。 a) 校準(zhǔn)前測(cè)量各校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù) 開路 短路 匹配 直通b) 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SOLT的校準(zhǔn)步驟（1） 按CAL 鍵激活校準(zhǔn)菜單 （2） 按Start Cal鍵進(jìn)入下一級(jí)校準(zhǔn)菜單 （3） 按Two-Port P1 P2鍵選擇2端口校準(zhǔn)，并進(jìn)入下一級(jí)菜單 

11、（4） 按TOSM鍵選擇TOSM校準(zhǔn)方式，選擇正確的接頭形式（Connector），注意這里的接頭指的是測(cè)試電纜的接頭形式，不是標(biāo)準(zhǔn)件的接頭形式，以及正確的校準(zhǔn)件（Calibration Kit）的型號(hào)。  （5） 點(diǎn)擊“Next”鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)菜單，SOLT校準(zhǔn)共有7個(gè)步驟：  在1端口接開路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開路open”。  在1端口接短路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“短路Short”。  在1端口接負(fù)載校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“負(fù)載Load”。  在2端口接開路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開路Open”。  在2端口接短

12、路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“短路Short”。  在2端口接負(fù)載校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“負(fù)載Load”。  在1端口和2端口之間接直通校準(zhǔn)件, 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“直通Through”,同時(shí)下方的”Apply”鍵也生效。點(diǎn)擊“Apply”，使校準(zhǔn)數(shù)據(jù)生效。c) 校準(zhǔn)后測(cè)量各校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù) 開路 短路 匹配 直通d) 比較校準(zhǔn)前后校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）的S參數(shù)，解釋說明各條曲線，并指出所做校準(zhǔn)的精度情況 分析比較校準(zhǔn)前后的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過校準(zhǔn)后有效的減少了原來的誤差，帶寬的微弱變化雖然很小，但是對(duì)于誤差來說還是足夠證明每次連接測(cè)量器件之

13、前校準(zhǔn)步驟都是必要的，而且在校準(zhǔn)過程中，有校準(zhǔn)之后的圖形可分析：在Smith圓圖上，開路和短路不再是一圈圈纏繞的線，已經(jīng)減少到靠近開路和短路點(diǎn)的一段線，匹配點(diǎn)經(jīng)過校準(zhǔn)后已經(jīng)非常接近理論上的一個(gè)點(diǎn)而不是一個(gè)區(qū)域。所以，校準(zhǔn)之后的測(cè)量才是符合實(shí)際的近乎標(biāo)準(zhǔn)值，在未校準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行的測(cè)量只能大概估計(jì)下元件的類型及帶寬，對(duì)于精確的參數(shù)測(cè)量未校準(zhǔn)時(shí)是完全不符合標(biāo)準(zhǔn)的。 實(shí)驗(yàn)三 利用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際器件測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、利用SOLT校準(zhǔn)方法進(jìn)行微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)2、 測(cè)量天線和濾波器的實(shí)際性能二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、結(jié)果與結(jié)論1、存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果，并通過測(cè)量結(jié)果了解天線和濾波器的工作原理以及性能a) 天線和濾

14、波器的S參數(shù)測(cè)量曲線天線的S11測(cè)量曲線濾波器的S11測(cè)量曲線 濾波器的S21曲線b) 通過分析其S參數(shù)，了解天線和濾波器所組成的網(wǎng)絡(luò)的特性。Ø S11 是S參數(shù)中的一個(gè)，表示回波損耗特性，一般通過網(wǎng)絡(luò)分析儀來看其損耗的dB值和阻抗特性。此參數(shù)表示天線的發(fā)射效率好不好，值越大，表示天線本身反射回來的能量越大，這樣天線的效率就越差。Ø 對(duì)于濾波器來說，通帶增益主要由濾波器的S21參數(shù)確定。阻帶增益也主要由濾波器的S21參數(shù)確定。通帶反射系數(shù)由濾波器的S11參數(shù)確定。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要是以濾波器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)。S21（S12）是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及增益

15、、衰減全都表現(xiàn)在S21（S12）隨頻率變化的曲線上。S11（S22）參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，如果反射系數(shù)過大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗增大，影響系統(tǒng)的前后級(jí)匹配，使系統(tǒng)性能下降。對(duì)于天線，由于是單端口器件，故只有S11的結(jié)果，在工作頻率點(diǎn)處，S11（回波損耗）很小，即全部能量發(fā)射出去。對(duì)于濾波器,可以看出，是良好的帶通濾波器，且同頻帶較窄2、在分別經(jīng)過校準(zhǔn)和沒有校準(zhǔn)的情況下測(cè)量天線和濾波器的性能，比較兩類測(cè)量結(jié)果，a) 未校準(zhǔn)和校準(zhǔn)后天線和濾波器測(cè)量曲線比較天線 未校準(zhǔn)天線 校準(zhǔn)后天線 調(diào)整前后，天線的曲線更平滑了，且方向性變好了，更有助于接收和發(fā)射信號(hào)濾波器 未校準(zhǔn)的S11測(cè)量曲線 校準(zhǔn)后的

16、S11測(cè)量曲線為校準(zhǔn)的S12測(cè)量曲線 校準(zhǔn)后的S12測(cè)量曲線 隔離未校準(zhǔn)前 隔離校準(zhǔn)后耦合未校準(zhǔn) 耦合校準(zhǔn)后直通未校準(zhǔn) 直通校準(zhǔn)后 帶通濾波器1的S11參數(shù)曲線可以看出，衰減到10dB，S參數(shù)突變小，表明在此頻率范圍內(nèi)系統(tǒng)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)帶通，但是校準(zhǔn)前后最大衰減量變大，說明濾波在中心頻率處性能更好。b) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)二指出對(duì)于三個(gè)器件，十二項(xiàng)誤差模型中哪個(gè)誤差項(xiàng)的影響比較大，原因是什么 實(shí)驗(yàn)二指出對(duì)于三個(gè)器件，十二項(xiàng)誤差模型中影響比較大的誤差項(xiàng)為：ETF、ETR 傳輸跟蹤誤差和ERF、ERR 反射跟蹤誤差，因?yàn)闇y(cè)試電纜等在工作頻帶范圍內(nèi)其特性都會(huì)存在變化?？偨Y(jié)、結(jié)論和感想 這次實(shí)驗(yàn)盡管時(shí)間很短，但收獲很大。它將之前我們學(xué)習(xí)的抽象的知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際應(yīng)用中去。在實(shí)驗(yàn)中，我們得知實(shí)驗(yàn)器材很昂貴，同時(shí)也很靈敏，一點(diǎn)點(diǎn)微小的移動(dòng)、一點(diǎn)點(diǎn)金屬的干擾都會(huì)讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生很大的變化，這告訴我們科研必須一絲不茍，考慮到所有細(xì)節(jié)，否則就可能功