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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划微波技术实验报告:二端口微波网络散射参数的测量与阻抗匹配微波技术基础实验班级：通信学号：姓名：实验名称：微波元件特性参数测量UXXXX年3月31日一实验目的1、掌握利用矢量网络分析仪扫频测量微带谐振器Q值的方法。2、学会使用矢量网络分析仪测量微波定向耦合器的特性参数。3、掌握使用矢量网络分析仪测试微波功率分配器传输特性的方法。二实验原理1.微波谐振腔Q值的测量品质因数Q是表征微波谐振系统的一个重要的技术参量，品质因素Q描述了谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度。它定义为Q0?2
2、?WWW?2?0WTPTPll其中Pl为腔的平均损耗功率，W为腔内的储能。品质因素Q的测量方法很多，例如：功率传输法、功率反射法、阻抗法等等，通常可根据待测谐振腔Q值的大小、外界电路耦合的程度及要求的精度等，选用不同的测量方法。本实验主要运用扫频功率传输法来测量微带谐振器的Q值。功率传输法是根据谐振腔的功率传输特性来确定它的Q值。图2-1表示测量谐振腔功率特性的方框图。图2-1测量谐振腔功率传输特性的方框图当微波振荡源的频率逐渐改变时，由于谐振腔的特性，传输到负载的功率将随着改变，它与频率的关系曲线如图2-2所示。图2-2谐振腔传输功率与频率的关系曲线根据功率传输法测量谐振腔的等效电路可推得，
3、谐振腔两端同时接有匹配微波源和匹配负载时的有载品质因数为QL?f0f?0f2?f1?f式中f0为谐振腔的谐振频率，f1、f2是传输功率P2自最大值下降到一半时的“半功率点”的频率。f2与f1之间的差值?f为谐振频率的通频带。2.微波定向耦合器工作原理与特性参数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、带状线及微带线等几种类型。理想的定向耦合器一般为互易无损四口网络，如图2-3所示。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙等耦合机构，将一部分功率耦合到副线中去，由于波的干涉和叠加，使功率仅沿副线中的一个方向传输，而在另一个方向几乎没有或极少功率传
4、输。图2-3定向耦合器方框图定向耦合器有四个端口，其作用可由图2-3所示的四端口网络说明。设图中1、3为主线，2、4为副线。若波由端口1输入，则一部分直通端口3输出，另一部分经耦合到端口2输出，端口4无输出；或端口4输出，端口2无输出。端口3称为输出端口，端口2称为耦合端口，端口4称为隔离端口。在一定条件下，1、2两端口彼此隔离，3、4两端口也彼此隔离。在各端口均接匹配负载的条件下，可以定义描述定向耦合器的特性参量，主要包括耦合度、方向性、输入驻波比和工作频带等。微带线定向耦合器微带线定向耦合器是由两条等宽的平行耦合微带线所构成，线长是奇模和偶模波长平均值的1/4，线的各端口都接以匹配负载Zc
5、，如图2-4所示。若信号从端口1输入，则端口2和端口3将有输出，端口4没有输出。由于耦合信号的传输方向与输入信号方向相反，故这种定向耦合器称为反向定向耦合器。图2-4耦合微带线定向耦合器定向耦合器为什么会有方向性呢？要具有方向性必须要有两种以上的耦合因素起作用，使耦合到副线某一端口的能量能够互相抵消。我们来看一段如图2-5所示的平行耦合传输线。当导线1-3中有交变电流i1流过时，由于2-4线和1-3线互相靠近，故2-4线中便耦合有能量，此能量是既通过电场又通过磁场耦合过来的。通过Cm的耦合，在传输线2-4中引起的电流为ic2及ic4；同时由于的交变磁场的作用，在2-4线上感应有电流iL。根据电
6、磁感应定律，感应电流iL的方向与i1的方向相反，如图上所示。因此，若能量由端口1输入，则耦合端口是2端口。而在4端口因为电耦合电流ic4与磁耦合电流iL的作用相反而能量互相抵消，故4端口是隔离端口。这样，我们就定性地了解了耦合微带线定向耦合器具有方向性的原理。图2-5耦合线方向性的解释3微波功率分配器工作原理在实际应用中，有时需要将信号源的功率分别馈送给若干个分支电路，就是说，进行功率分配，实现这种功能的射频器件就称为功率分配器。由于功率分配器一般为满足互易定理的无源网络，所以功率分配器与合成器是等价的。根据输出功率的比例，微波功率分配器有等分功率与不等分功率两类。当一个微波功率平均分成n路时
7、，称为n路等分功率分配器，反之，称为n路不等分功率分配器。微波功率分配器在微波天线的馈线中和微波仪表中都得到了应用。大功率微波功率分配器采用同轴线结构，中小功率微波功率分配器采用带状线或微带线结构。功率分配器的具体结构型式很多，最常用的是采用?g/4阻抗变换段的功率分配器，一般来说功率分配器都是相等的，图2-6所示的是两路微带功率分配器的结构。两个分支臂长都为?g/4，是完全对称的结构，对称性保证输入功率将平均微波技术实验教学大纲课程负责人：谭云华课程中文名称:微波技术实验课程英文名称：ExperimentsofMicrowaveTechnology课程类别：专业选修课程学分数：2课程学时数：
8、72授课对象：电子学、微电子学系本科生实验内容1、实验理论基础、实验设备介绍：理论基础复习、实验设备介绍；2、电磁波传播特性实验(上)：完成电磁波反射、单缝衍射、双缝干射等实验；3、电磁波传播特性实验(下)：完成迈克尔逊干涉、介电常数测量、偏振等实验；4、微波测量线的使用：学会正确调整和使用测量线，掌握频率、波导波长、小驻波比的测量方法；5、电压驻波比测量：掌握大、中驻波比的测量方法；6、阻抗测量与阻抗匹配：掌握用微波测量线测量阻抗的原理和方法，熟悉阻抗圆图在阻抗测量中的应用；7、二端口微波网络参量测量：掌握二端口网络的散射参量的测量方法；8、谐振腔品质因数Q的测量实验：掌握谐振腔Q值的测量方
9、法。9、定向耦合器特性的测量：掌握定向耦合器的过渡衰减和方向性的测试方法驻波波腹比法测量衰减量，功率比法测量耦合度，高频替代法测量方向性。10、微带电路和微波通信综合实验：了解微带电路、元件和功能模块以及相关技术参数，进行微波通信实验。11、微波EDA软件的使用：熟悉软件功能、操作、相关参数设置等。12、用集总参数方法设计低通滤波器：掌握用集总参数方法设计分析低通滤波器。13、用分布参数方法设计低通滤波器：掌握用分布参数方法设计分析低通滤波器。教材与参考书教材：自编讲义参考书：1.微波技术基础，王子宇编，北京大学出版社，XX作业和考核方式本课程的成绩主要是通过对学生的学习态度、预习情况、实验操
10、作能力、实验报告等方面进行综合考核来评定。实验报告50%，实验表现40%，实验室纪律10%。大连理工大学实验预习报告姓名：于滢班级：电英1201学号：XX81387实验五二端口微波网络参数的测量一实验目的与要求掌握用三点法测量双口网络S参量的原理和方法。二实验内容与原理1.实验内容双口网络参数的测量是在单口网路的基础上进行的，同时双口网络测量又是多口网络测量的基础，具有承上启下的作用，实验要求掌握用三点法测量微波网络的散射参数的方法，为进一步学习微波网络打好基础。1）测量网络终端接匹配负载时输入端的反射系数?11。2）测量网络终端短路时输入端的反射系数?103）测量网络终端开路时输入端的反射系
11、数?1?4）由测量值?11?10?1?计算散射参量。2.实验原理微波等效网络的参量虽然在理论上可以计算出来，但一般是比较困难，所以工程设计采用测量法。要研究微波元件输入输出信号关系有两种方法，一种是根据内部结构以及电磁波传播规律。另一种是用等效电阻或一组参数来表示输入量和输出量关系，即网络分析法。微波元件都可以看成一个网络。表示网络的参量有阻抗参量，导纳参量，参量等。对于微波网络，通常是研究输入输出端入射波反射波关系，所以常采用S参量，因为最容易测定且可以转化。S参量是研究微波网络的输入和输出端上入射波反射波的一组参量，如图5-1，a1,a2为网络端1，端2的入射波，b1,b2为从端1端2反射
12、出来的波。用线性方程表示为写成矩阵形式为S参量的物理意义为S11?b12端匹配a1，表示2端匹配时，1端口的反射系数。b22端匹配a1，表示2端口匹配时，2端口至1端口的传输系数。b1端匹配a2，表示1端口匹配时，2端口至1端口的传输系数。b2端匹配a2，表示1端口匹配时，2端口的反射系数。S21?S12?S22?用三点法测量任意二端口网络的s参量。如图5-2所示，为可互易的待测散射网络图中输入端的反射系数为：可得出2S12?10?S11?S22?12S12?1?S11?S22?1(5-1)?11?S11若网络对称，可解得：S11?S22?1?102?(?1?-?10)-2?1?10S?S?1
13、?102?(?1?-?10)(5-2)驻波比为?1?-1?1，第一个驻波最小点位置dmin为d?dmin?dT，反射系数的)?180。?gd?1?720。(相角为三、实验主要仪器设备波段信号源测量线终端接短路板，用交叉读数法测量波导波长?g1，在测量线一上确定一个离终端较近的波节点为参考面dT。此时，待测元件的输入面T1在测量线上的等效位置即为dT。将测量线终端的短路板取下，换接可调短路活塞，测量线探针的位置准确的置于dT位置。可调短路活塞由“0”刻度开始缓慢向后移动，直到测量线上dT位置又出现驻波节点、用交叉读数法确定此时短路活荷位置上的刻度值L0l，并选择与列入表5-1中。(L0l-LT）
14、继续向后移动可调短路活寨，使探针在dT位置再次出现驻波波节点，并用交叉读数法确定此时短路活塞位置的刻度L02，并计算出波导波长?g2，列入表中。3.用三点法测量微波衰减器的s参量将待测得微波衰减器置于3dB处，放于测量线与可调短路活塞中间。将短路活塞置于L7位置，使待测元件输出端面T2处于短路状态。用直接法或功率衰减法测量待测元件的驻波比P；并用交叉读数法测出dT左边第一个驻波最小点位置dmin与dT之间距离d，列入表中。按公式计算?0。将短路活塞置于(LT+?g2）位置LM处，使dT位置出现波腹点，此时待测4元件输出端面T2处于开路状态，按步骤(三)中2，以同样方法测出?、dmin、d并计算?1?。取下可调短路活塞，在待测元件终端接匹配负载，以同样方法测出?、dmin、d并计算?11。根据公式5-2计算微波衰减器散射系数S11,S22和S12。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
