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1、Harbin Institute of Technology微波技术实验报告 院 系： 班 级： 姓 名： 学 号： 同组成员： 指导老师： 实验时间： 哈尔滨工业大学1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。S11二、实验原理（一） 基本传输线理论在一传输线上传输波的电压、电流信号会是时间及传递距离的函数。一条单位长度传输线之等效电路可由R、L、G、C等四个元件来组成，如图1-1（a）所示。假设波传输播的方向为Z轴的方向，则由基尔霍夫电压
2、及电流定律可得下列二个传输线方程式。其中假设电压及电流是时间变量t的正弦函数，此时的电压和电流可用角频率的变数表示。亦即是而两个方程式的解可写成 (1-1) (1-2)其中V+,V-,I+,I-分别是波信号的电压及电流振幅常数，而+、-则分别表示+Z,-Z 的传输方向。 则是传输系数（propagation coefficient），其定义如下。 (1-3)而波在z上任一点的总电压及电流的关系则可由下列方程式表示。 (1-4)将式（1-1）及（1-2）代入式（1-3）可得 一般将上式定义为传输线的特性阻抗（Characteristic Impedance），ZO 。 当R=G=0时，传输线没有
3、损耗（Lossless or Loss-free）。因此，一般无耗传输线的传输系数及特性阻抗分别为 , 單位長度 图1-1单位长度传输线之等效电路 此时传输系数为纯虚数。对于大多数的射频传输线而言，其损耗都很小；亦即RL且GC。所以R、G可以忽略不计，此时传输线的传输系数可写成下列公式。 （1-5）则式（1-5）中 与在无耗传输线中是一样的， 定义为极端数，而定义为传输线的衰减常数（Attenuation Constant）,其公式分别为 , 其中Y0定义为传输线之特性导纳(Characteristic Adimttance),其公式为 （二） 负载传输线（Terminated Transmi
4、ssion Line ）（A）无损耗负载传输线（Terminated Lossless Line）考虑一段特性阻抗Zo之传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示。并假设此传输线无耗，且其传输系数 =j，则传输线上电压及电流方程式可以用下列二式表示。 , 图1-2 接在负载上的传输线电路（1） 若考虑在负载端（z=0）上，则其电压及电流为 (1-6) (1-7)而且，所以式（17）可改写成 (1-8)合并式（1-6）及（1-8）可得负载阻抗（Load Impedance） 定义归一化阻抗（Normalized Load Impedance） 其中L定义为负载端的电压反射系数（Voltag
5、e Reflection Coefficient） 当ZL = ZO时，则L = 0时，此状况称为传输线与负载匹配（Matched）。在此，我们定义两个重要参数 电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio）及回波损耗（Return Loss）。 ， （2） 若考虑在距离负载端长L（z=-L）处，即传输线长度为L。则其反射系数(L) 应改成 而其输入阻抗则可定义为 由上式可知，（a） 当L 时, ZinZo.（b） 当L =/2时, Zin=ZL.（c） 当L=/4时，Zin =Zo2/ZL.（B）有耗负载传输线（Terminated Lossy Line ）若是考虑一条
6、有耗的传输线，则其传输系数=+j为一复数。所以，反射系数（L）应改成 而其输入阻抗则改成为 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-1AOPEN开路传输线50-500MHzReturn Loss 1dBMOD-1BSHORT短路传输线50-500MHzReturn Loss 1dBMOD-1CTHRU50微带线50-500MHzReturn Loss 15dBInsertion Loss 0.5dB3 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
7、 （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
8、-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）。（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S21,可通过S11/S21进行选择。（
9、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）匹配微带线（MOD-1C）的S11及S21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S2
10、1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五、实验结果及分析（一）在传输线理论中，开路、短路、匹配有哪些特性？ 答：开路和短路的阻抗为纯阻抗，值在0之间，且线中传输的是驻波。开路反射系数为1，短路反射系数为-1;匹配负载值等于传输线特性阻抗，线中传输的是行波，无反射波。反射系数为0（二）理想情况下，开路线、短路线、匹配微带线的测得值
11、是多少？答： 开路线：S11 = 1; 短路线：S11=-1； 匹配负载：S11=0，S21=1.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，
12、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（4port network），如图31所示。若信号输入端（Port-1，Input Port）的输入功率为P1，信号传输端（Port-2，Transmission Port）的输出功率为P2，信号耦合端（Port-3，Coupling Port）的输出功率为P3，而信号隔离端（Port-4，Isolation Port）的输出功率为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：定向耦合器Port-1P1Port-2P2 Port-3P3Port-4P4图3-1 定向耦合器方块图常见的定向耦合器可分成支线型和平行线型两种。Port-1P1P3Port-3Port-2P2LsLsCpCpZo(a) low-pass typeP4Port-4 Port-1P1Port-2P2P3Port-3CsCsLpLpZo(b) h
