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1、微波技术试验微波实验室编哈尔滨工业大学2005 年刖言射频技术在很多领域，其中包括移动电话、无线局域网、家庭宽带网、数字 电视、接受和传输，还有GPS等很多领域都得到广泛的应用。然而，学生在学 习这门课程的时候，虽然掌握了一定的理论，但毕竟射频/微波电路是一门枯燥 又复杂的学科，唯有引起学生的兴趣，才能让学生对射频/微波领域有更多的了 解。所以，射频/微波电路的教学，不能仅谈理论，必须搭配相对应的实验，来 验证基础理论，同时引导并培养学生的实际动手能力。因此，开设本实验的目的和意义就在于让学生运用已学过的基础理论，学习 从实验途径研究射频/微波问题的方法，熟悉掌握常用射频/微波仪器设备的使用，
2、 学会组成射频/微波系统，加强实践动手能力的训练，从而提高分析问题和解决 问题的能力。由于频率高的特性，许多在中、低频不会发生的现象纷纷出现，其 中因阻抗不匹配所产生的反射尤为重要，其次从波长、波速与频率的公式中了解 到线路板上的一条线，两点间不能再视为“同电位” 了，因为这条线已由“短路 线”变为“传输线”等等。另外，“电子”这门学科主要分成“路”与“场” 这两方面，“路”是基础，最终归结于欧姆定律。“场”因看不到，摸不着，加上 复杂的数学运算，令诸多学生头疼不已！然而最基本的电磁场理论仍为必修的学 科，学生学了 “路”之后又学“场”虽能应付考试，却始终停留在知其然而不知 其所以然的阶段，不
3、知道要如何将“路”跟“场”作一连接。而其中关键就在“射 频/微波电路”的实验。通过本实验，使学生对射频/微波工程有感性的理解和提 高，为今后从事科研活动打下良好基础。编者于2005年3月目录刖言实验一短路线、开路线、匹配负载S参量的测量4实验三定向耦合器特性的测量7实验二功率衰减器特性的测量11实验四功率分配器特性的测量15附录一RF2000操作指南19附录二射频电路基本常用单位24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。、实验原理S参量网络
4、参量有多种，如阻抗参量Z，导纳参量Y，散射参量S等。微波频段通常采用S 参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量，例如Y、Z，电压驻波 比及反射损耗等。(1-1)(1-2)一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。图中，aj,a2分别为网络端口 “1”和端口 “2”的向内的入射波；b，b2分别为端口 “1”和端口 “2”向外的反射 波。对于线性网络，可用线性代数方程表示。b1=S1iai+S12a2b2=S2iai+S22a2写成矩阵形式：rb S S a b1- 2=S11S12L 2122八1a2式中S11，S12，S21，S22组成S参量，它们的物理意义分别为
5、b1S ,=-八11 a1 a 2 = 0“2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数b 2S =- c21 a1 a 2 = 0“2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数b1S _=一12 a 2 a1 = 0“1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“ 1”端口的传输系数b2S_=22 a 2 a1 = 0“2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数对于多端口网络，S参量可按上述方法同样定义，对于互易二端口网络，S12=S21，则仅有三个独立参量。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
6、适用频率范围主要特性MOD-1AOPEN开路传输线50-500MHzRuturn Loss Z-1dbMOD-1BSHORT短路传输线50-500MHzRuturn Loss Z-1dbMOD-1CTHRU50 Q微带线50-500MHzRuturn Loss Z -15dbIntretion Loss Z -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（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，软件界面如图所示。（2）将模块RF2KM1-1A的开
7、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-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）软件显示如图:（3）在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点
8、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s22,可通过S11/S22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
9、取 点）。（三）匹配负载（MOD-1C）的S11及S22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S21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
10、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 0土 5db，MOD-1C 的 S11 -8db，S”=0 土 2db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
11、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，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3 1所示。若信号输入端(Port-1，Input Port)的功率为P1,信号传输端(Port-2， Transmission Port)的功率为 P2，信号耦合端(Port-3， Coupling Port)的功率为 P3，而信号隔离端(Port-4, Isolatio
12、n Port)的功率为P4。若PP2、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：Transmission - T(dB) = 一10 - log P2/P1(2.1)耦合系数：Coupling = C(dB) 二 一10 - log |P3/ P1|(2.2)隔离度：Isolation = I(dB) = 一10 - log |P4/P1|(2.3)方向性：Directivity = D(dB) = I(dB) -C(dB)(2.4)Port-2* P2Port-3* P3Port-1 P1 1Port-4P4 *定向耦合*图3-1定向耦合器方块图常见的定
13、向耦合器可分成支线型和平行线型两种。3、主要技术参数：(1)隔离度定向耦合器的隔离度定义为输入功率P入与隔离臂输出功率P 隔之比的分贝数，记以，即P 同21K亡10lg P =10lg=20lg3-4t I*?|s J式中S14=S41为网络的互易性，S14代表波由1 口向4 口的传输系数。本实验中的功率的单位为dBm,所以隔离度的值为输入端（或传输端）与隔离端测得的功率的差值。（2）方向性方向性的定义是副通道中耦合臂和隔离臂输出功率之比的分贝数，记以KD，艮口-20lg |S143-5KE=10lgp耦（dB）=20lg|S隔本实验中测功率的单位均dBm，所以方向性的值为耦合端与隔离端测得的
14、 功率的差值。由定义知道，耦合到副通道中隔离臂的功率愈小，则方向性愈高。通常希 望定向耦合器的方向性愈高愈好。理想定向耦合器的方向性和隔离度均为无穷大（因P隔=0）。三、实验仪器及装置1、模组编号：RF2KM5-1A (L-C BRANCH LINE COUPLER)RF2KM5-2A ( PARALLEL LINE COUPLER)2、模组内容：代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5AL-C BRANCH LINE COUPLER叉路型定向耦合器400 土 50MHzReturn Loss -13dB Transmission Z -2dB Coupling Z-11dB Isolat
15、ion -13dB代号名称/说明适用频率范围主要特性MOD-5BPARALLEL LINE COUPLER平行线型定向耦合器750 土 50MHzReturn Loss -12dB Transmission Z -1.5dB Coupling Z -10dB Isolation -14dB3、RF2000测量主机：一台4、PC机：一台5、连接线若干，50Q匹配端子2个四、实验内容及步骤注：在以下实验中，信号从P1端输入，P2为传输端，P3为耦合端，P4为隔 离端（一）MOD-5A的P1端子的S11的测量1、将RF2000主机通过RS232与PC机相联接，接好RF2000电源，开机， 并启动SCOPE2000软件。2、将模块MOD-5A的
