微波测量-20110607
南京大学实验报告[大三下学期] - 微波测量
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南京大学实验报告实验名称：微波测量XXX 161120xxx 物理学院一、引言微波检测根据接收到的电磁波回波信号来判断、获取需要的信息。
介电常数是表征地物介质内部特征最重要的参数,回波信号的参数大小完全取决于介电常数。
因此,对微波技术检测介电常数的方法进行研究具有十分重要的意义。
二、实验目的1、了解和掌握微波开路和短路的含意和实现方法。
2、掌握测量材料微波介电常数和磁导率的原理和方法。
3、了解微波测试系统元部件的作用。
三、实验原理1) 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用。
微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从下图可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。
与无线电波相比，微波有下述几个主要特点：1、波长短(1m—1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
2．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间（约10-9s）可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。
另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
微波测量实验报告
微波测量实验报告一、实验背景微波测量是指利用微波技术对被测物体进行测量的一种方法。
微波是一种电磁波，其频率范围在300MHZ至300GHz之间。
微波测量广泛应用于通信、测距、雷达、卫星等领域。
本实验旨在通过对微波信号的发射、传播和接收进行实验，了解微波测量的基本原理和方法。
二、实验原理微波测量实验主要依赖于微波发射器和接收器的配合。
首先，发射器通过产生一个特定频率和幅度的微波信号，将信号输入到一个导波器（如开放式传输线）中。
信号在导波器中通过传播，并且可以根据特定的设计进行传播路径的调整。
接收器用来接收由被测物体反射或传播过来的微波信号，通过对信号进行处理，可以得到关于被测物体的信息。
在微波测量中，由于微波的特殊性质，测距、测速和测向等参数可以通过对微波信号的相位、频率和幅度进行分析来实现。
例如，利用多普勒频移原理，可以通过测量微波信号的频率变化来计算目标物体的速度；利用相位差原理，可以通过测量微波信号的相位差来计算目标物体的位置。
三、实验设备和材料1.微波发射器：用来产生微波信号的设备；2.导波器：用来传输微波信号的导向装置；3.微波接收器：用来接收被测物体反射或传播过来的微波信号并进行参数分析的设备；4.被测物体：用来反射或传播微波信号的物体。
四、实验步骤1.连接微波发射器和接收器，并对其进行相位校准；2.将被测物体放置在适当位置，调整微波接收器的位置和角度，以便接收到反射或传播过的微波信号；3.运行微波发射器和接收器，记录并分析接收到的微波信号的相位、频率和幅度等参数；4.根据参数分析的结果，计算并得出被测物体的测量结果。
五、实验结果与分析在实验中，我们成功地利用微波发射器和接收器对一块金属板进行了微波测量。
通过对接收到的微波信号的相位、频率和幅度进行实验结果的分析，我们得出了金属板的尺寸和位置等测量结果。
六、实验总结通过本实验，我们了解了微波测量的基本原理和方法。
微波测量广泛应用于通信、测距、雷达、卫星等领域，具有重要的实际应用价值。
微波测量第八讲
功率的测量（Ⅰ）—功率计原理，功率测量误差及处理一．微波功率及测量的一般概念1、 微波功率是微波的一个基本物理量，微波功率测量是微波的三个基本测量之一问题：（1）、如果传TEM 波（同轴线主模），I V P &Re =；在波导中（非TEM 波）电流、电压失去唯一性，只能用等效电流、电压表示，但输出功率仍然是确定的。
（2）、功率与Γ有关系：()z j L l j L g e e u u ββ22011−−Γ+ΓΓ−= ()zj L lj Lg e e i i ββ22011−−Γ−ΓΓ−=()222011l j L g L ep P β−ΓΓ−Γ−=（3）、可否绕开测21S，用功率计直接测增益2、基本测量仪器：功率计、频谱仪、功率+频率计数器3、测量连接方式分终端式和通过式：终端式 通过式 4、 测量的内容10确定源的资用功率P a 20确定负载吸收功率P L OR 额定功率P 0())1(P P 2g a 0Γ−= 3、微波功率表示方法：用功率：P ： ()MW 、()KW 、()W 、()mW 、()W μ、()pWgLP a g ΓP a用电平：以某一功率0P 为基准，用相对值表示功率大小：()0lg 10P PdB A = mW P 10=时()()mW mW P dBm A 1lg10=→()()1010dBm A mW P =优点1、直接加减：优点2、用分贝表示可使数值变小。
5、 测量方法正确使用功率计：功率计基本方框图另：正确使用频谱分析仪。
※选合适量程；※机壳稳妥接地 6、 有关常识 ▇微波功率分类◢按功率计量程分⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<≤<≤≥超小功率小功率中功率大功率W 1P 10mW P W 110W P 10mW10WP μμ 另：KW,MW,GW◢按调制分类 10连续波功率P aW —一周期损耗能量（平均） 20脉冲调制功率功率计用来测平均功率，脉冲功率可以通过计算①平均功率()∫=nTaW dt t P nT1P 获得：②脉冲功率()∫=ττP dt t P 1P 重复平均脉冲F P P τ=③峰值功率P P -脉冲峰值处功率。
微波测量(一)
天线测量与微波测量
为电磁波的频率。 如果已知电磁波的的相速，就可以按上式进行波 长与频率之间的换算。注意：波长和频率是有区别 的，前者决定于长度，后者决定于时间；因而波长 的测量属于长度的测量，而频率的测量属于时间的 测量；在稳态情况下，电磁波的频率是一常数，不 随媒质的性质而改变，而波长却与媒质、传输线尺 寸和传输波型有关。因而频率测量更具有普遍意义， 也更为重要。 测量微波频率的仪器称为微波频率计。其工作原 理可分为两类：第一类 谐振式频率计；第二类 外 差式频率计。
(14)
天线测量与微波测量
在测量微波小功率情况下,通常I0与I1相差不大,即 I0+I1≈2I0 I0-I1=△I 故待测微波功率为: P≈(R/2)I0•△I 显然,这时功率测量的精度取决于两次读取电流之 差的准确度。
§1.4 衰减量的测量
微波 信号 源
Γ g=0 Γ L=0 Γ g=0 Γ L=0
(9)
天线测量与微波测量
一、大功率测量 大功率的微波信号一般采用热量计式大功率计 来测量功率。 t2
出水 测流量 水箱
P
波导
t1
进水
热量计式大功率计的原理示意图
待测微波功率的计算公式 P=c•M(t2-t1) (卡/秒)=4.18c•M(t2-t1) (瓦)
(10)
天线测量与微波测量
其中 c=1卡/克•度，为水的比热；M为水的流量， 单位为：克/秒； (t2-t1)为进出口水的温差，单位 为：0c；4.18为热功当量。 这种热量计式大功率计测出的功率为平均功率， 是一种绝对功率计，可作为校准校对其他的微波 功率计。 引起热量计式大功率计的测量误差的因素：(1) 失配误差；(2)高频功率损耗和辐射损耗；(3)热 传导和热辐射损耗；(4)流量和温度差测量不准确 引入的误差。 二、中小功率测量 中小功率的微波信号一般采用热电式功率计或
微波检测主要方法
第九章微波检测主要方法第一节 微波检测方法分类微波检测方法分主动式和被动式两种，后者包括辐射计检测方法。
主动式微波法如下：()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧法衍射法穿透法反射法计算机辅助断层成像—层析法微波涡流法扫频干涉法多频全息法点频驻波法干涉法反向散射法—散射法时域反射法脉冲调制波反射法频率调制波反射法扫频连续波反射法点频连续波反射法—双探头单探头魔定向耦合器法反射法脉冲调制波穿透法扫频连续波穿透法点频连续波穿透法穿透法微波法CT CT CT CT T各类微波检测方法如表9.1。
该表对各种物理现象和用途进行了比较。
辐射计方法在被动式检测中具有广泛的应用。
在主动式检测中，特别是利用透射材料的微波在介质内部的衰减、反射、衍射、色散、相速等物理特性的改变，测定多个方向的投影值，并将它与滤波（核）函数卷积，再进行反投影，用计算机重建图像的方法，检查非金属材料及其复合结构件断层剖面质量和加速器粒子束或等离子体的状态，用于射电天文，电磁探矿和地层分布测绘等。
反映物体内不同部位的大小形态、成份及其变化过程。
这是今后重点发展的方向。
图9.1为常用微波传感器布置。
材料发射器接收器(d)正交放置散射法(c)收发分置反射法第二节 微波检测主要方法一、微波穿透法（一）系统微波穿透（或称传输）法检测系统如图9.1（a ）所示。
微波信号源用来产生等幅连续波，扫频波和脉冲调制波。
当被测材料对微波有吸收时，比如含有水分，透射波随传输距离增大而衰减。
在检测前，应把系统中指示器灵敏度放在最小位置，以免过载而损坏。
如果系统阻抗不均匀，可采用阻抗过渡办法得到匹配。
根据幅度、相位的变化反映材料内部状况这一特点，就可进行材料物理和化学变化的测定。
从接收喇叭探头取得的微波信号可以直接和微波信号源的信号比较幅度和相位。
如图9.2（b ）所示。
微波测量技术实验报告
一、实验目的1. 理解微波测量技术的基本原理和实验方法；2. 掌握微波测量仪器的操作技能；3. 学会使用微波测量技术对微波元件的参数进行测试；4. 分析实验数据，得出实验结论。
二、实验原理微波测量技术是研究微波频率范围内的电磁场特性及其与微波元件相互作用的技术。
实验中，我们主要使用矢量网络分析仪（VNA）进行微波参数的测量。
矢量网络分析仪是一种高性能的微波测量仪器，能够测量微波元件的散射参数（S参数）、阻抗、导纳等参数。
其基本原理是：通过测量微波信号在两个端口之间的相互作用，得到微波元件的散射参数，进而分析出微波元件的特性。
三、实验仪器与设备1. 矢量网络分析仪（VNA）2. 微波元件（如微带传输线、微波谐振器等）3. 测试平台（如测试夹具、测试架等）4. 连接电缆四、实验步骤1. 连接测试平台，将微波元件放置在测试平台上；2. 连接VNA与测试平台，进行系统校准；3. 设置VNA的测量参数，如频率范围、扫描步进等；4. 启动VNA，进行微波参数测量；5. 记录实验数据；6. 分析实验数据，得出实验结论。
五、实验数据与分析1. 实验数据（1）微波谐振器的Q值测量：通过扫频功率传输法，测量微波谐振器的Q值，得到谐振频率、品质因数等参数；（2）微波定向耦合器的特性参数测量：通过测量输入至主线的功率与副线中正方向传输的功率之比，得到耦合度；通过测量副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率之比，得到方向性；（3）微波功率分配器的传输特性测量：通过测量输入至主线的功率与输出至副线的功率之比，得到传输损耗。
2. 实验数据分析（1）根据微波谐振器的Q值测量结果，分析谐振器的频率选择性和能量损耗程度；（2）根据微波定向耦合器的特性参数测量结果，分析耦合器的性能指标，如耦合度、方向性等；（3）根据微波功率分配器的传输特性测量结果，分析功率分配器的传输损耗。
六、实验结论1. 通过实验，掌握了微波测量技术的基本原理和实验方法；2. 熟练掌握了矢量网络分析仪的操作技能；3. 通过实验数据，分析了微波元件的特性，为微波电路设计和优化提供了依据。
微波测量方法
微波测量方法本文来自: 微网论坛作者: huangfeihong88日期: 前天 22:52阅读: 25人打印收藏微波测量微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、功率测量和频率测量是微波中最常测量的三个基本参量，而其他的二级参量（如Q值、衰减、介电常数、铁磁共振线宽△H、阻抗等等）的测量都可以归结到这三种基本参量的测量加以解决。
应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中必不可少的概念和调整步骤，任何微波系统正式工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配状态。
匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态：此时微波功率由信号向负载传输而不出现反射波（驻波比ρ＝1）。
为什么通常总要把微波系统调到良好的匹配状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不好的。
驻波的存在表示信号源与负载未匹配好，能量不能有效地传到负载去，使损耗增大；在大功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处可能发生击穿现象；驻波的存在还会影响信号源的频率稳定，从而影响微波测量的精确度。
1．驻波测量驻波测量是微波测量中最基本、最重要的项目之一。
驻波测量可以判断微波传输系统是否处于良好的匹配状态，还可以测量波导波长、衰减、阻抗、谐振腔Q值、介电常数等等。
下面介绍测量驻波的设备和方法。
驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器，其简单原理是：使探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶体二极管检波后再由指示器指示，从而看出在开槽线中电场的分布情况（相对强度）。
使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先，使探针在开槽波导管内有适当的穿伸度。
显然，探针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而产生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。
探针穿伸度一般取波导窄壁高度b的5—10%。
其次，通过调谐装置使测量线调谐。
调谐的目的是消除探针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功率有效地送至检波晶体管。
其次，注意检波晶体管的检波律。
检波晶体管的检波电流I与管端电压V有关，而V与探针所在处的电场E成正比，I，E满足关系式：,其中κ1，n为常数。
物理实验技术中的微波测量与应用方法
物理实验技术中的微波测量与应用方法微波技术在物理实验中具有广泛的应用，涉及到微波的测量与应用方法。
本文将介绍微波测量与应用方法在物理实验技术中的主要内容。
一、微波测量方法1. 反射法反射法是常用的微波测量方法之一。
通过测量微波信号经过被测物体反射后的特性参数，如相位、幅度等，来对物体进行测量。
该方法适用于材料的电磁参数、形状等特性的测量。
反射法的原理简单、操作方便，广泛应用于材料、器件等领域。
2. 透射法透射法是微波测量方法的另一种重要方式。
通过测量微波信号经过被测物体透射后的特性参数，来对物体进行测量。
透射法适用于介质的介电常数、磁导率等参数的测量。
透射法的优点在于能够对样品的整体性能进行全面测量，但操作相对复杂，需要专业的设备。
3. 散射法散射法是微波测量方法中的一种重要方式。
通过测量微波信号在被测物体表面或内部散射后的特性参数，来对物体进行测量。
散射法适用于颗粒物的粒径分布、晶体的磁性等参数的测量。
该方法需要具备良好的散射实验设计和信号处理能力。
二、微波测量与应用方法1. 微波生命探测技术微波生命探测技术是一种非接触、非侵入式的生物测量方法。
通过测量微波信号与生物体的相互作用，可以获取到生物体的性质、状态等信息。
这种技术广泛应用于生命科学研究、医学诊断等领域，如肿瘤检测、生命体征监测等。
2. 微波无损检测技术微波无损检测技术是一种应用于材料检测的方法。
通过测量微波信号与材料的电磁特性相互作用，可以对材料的质量、损伤、含水率等参数进行检测。
这种技术广泛应用于建筑材料、食品安全、工业生产中的质量检测等方面。
3. 微波雷达技术微波雷达技术是一种基于微波信号的探测和测距技术。
通过发射微波信号，并接收其反射信号，可以对目标物体进行探测和测距。
微波雷达技术被广泛应用于航天、交通运输、环境监测等领域，如船舶导航、天气预报、地质探测等。
4. 微波通信技术微波通信技术是一种基于微波信号的通信方式。
通过将信息信号转换为微波信号，并通过空间传输或卫星传输的方式传递信号，实现通信目的。
微波测量
微波量測(Microwave Measurement)微波量測在以往微波工程領域均扮演事後驗證與支援的角色，雖然成功的設計需仰賴在製程技術、元件模型、電路設計與模擬軟體上投注的大量資源；然而，微波量測技術實質上參與、聯繫、強化上述四種技術的發展；尤以近年來於微波、毫米波、THz等頻段之微波光子、射頻、高速數位、混合訊號等應用上，因為複雜度的提高，許多借助量測結果的模型直接使用在設計流程中，因此，微波量測在未來無線通訊技術的發展上，將成為不可或缺的一環。
以下建議之研究方向，係參考兩個著名的微波量測發展機構MTT-11(/~mtt11/)與ARFTG (/)近期推展之研究主題，與目前國內學界研究方向綜合整理而成。
1.微波/毫米波/THz/光波之電路元件與系統量測技術基於高頻/高速/光電系統晶片整合之需求，涵蓋微波、毫米波、THz、光波等頻段關鍵元件之線性、非線性、雜訊等參數量測與模型建立。
建議研究主題如下：(1)主動元件之線性、非線性及雜訊量測與模型化技術。
(2)負載拉移(Load Pull)與非線性向量網路分析儀(NVNA)之量測技術。
(3)毫米波及THz收發機之連續波、雜訊指數與數位調變測試技術。
(4)毫米波及THz訊號源之量測技術，包括相位雜訊[8.1]與調變特性量測等。
(5)毫米波及THz光子(mm-wave/THz Photonics)訊號特性量測技術。
2. 多埠向量網路分析儀之量測技術[8.2-8.5]關於向量網路分析儀量測技術，主要歸納為同軸型(Coaxial)與晶圓上(On-wafer)等兩種類別，近年來著重於量測不準確性之研究[8.6]，此研究在毫米波頻段尤為重要。
隨著頻率增加，鎊線與封裝效應對電路特性影響日趨嚴重，因此平衡式(差動式)電路設計成為一可行的解決方案。
故在毫米波段許多主動元件參數，包括線性與非線性參數以及雜訊指數等，日益需要混合模態散射參數的量測技術；此外，用於高速數位傳輸的連接器亦需利用多埠散射參數來特徵化其傳輸特性，以利於研究信號完整性。
微波测量MicrowaveMeasurementppt课件
频率
频率
标量 / 矢量 网络分析仪
测量线
频率计数器/功率计 频谱分析仪 测量线
阻抗变换
阻抗匹配 、天线等频率、阻Fra bibliotek和功率三角关系
衰减器、功分器、 耦合器、放大器、 开关等
《微波测量》
三、微波特性参数的本质
能量传输是微波技术领域的本质 单位:dB dBm dBc dBc/10KHz/1Hz
四、课程框架 理论基础
《微波测量》
微波测量MicrowaveMeasurementppt课件
《微波测量》
引论 一、课程特点及任务
1. 微波测量的特点
微波测量是电磁场与微波技术学科、微波工程研究和微波设备 生产中的一个重要部分。
测量：是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。
门捷列夫：没有测量，就没有科学
实践性强的一门专业课, 从事专业研究的基本技能
《微波测量》
其它参数测量
15 频率和波长测量 16 噪声系数测量 17 介质参数测量
微波测量仪器
18 标量网络分析仪使用 19 矢量网络分析仪使用
20 频谱分析仪使用
经典方法： 概念清楚，与前修课程联系密切，知识综合运用，加 深理解。 现代方法： 方便，快速，与计算机和微波电路的发展有关。
《微波测量》
《微波测量》
《微波测量》
微波测量参数可以总结为射频铁三角：
振荡器、压控振荡器、频率合 成器，分频器、变频器、倍频
器，混频器，滤波器等
阻抗测量仪 网络分析仪
测量线
测量线技术
《微波测量》
1 微波归一化传输线理论 2 功率方程式与匹配问题 3 测量线系统和晶体定标 4 负载驻波比测量 5 源与检波器驻波比测量 6 单口与双口网络参数测量 7 测量线误差分析
实验1微波测量方法
l l l 2 f c
2
故：扫频仪 在该点的频率—电压曲线直接反 映了该点的频率—阻抗曲线。 优点：可直接看出一个频段内的电压驻波比 缺点：不能直接读出阻抗的绝对值
2、参数测试 （1）测反射系数 ： a：终端短路（或开路） A
b ：终端接被测件
B
由定义，A为短路时入射波和反射波之和， 故A/2为入射波；同理B/2为反射波。 1 A B 则 B/A 和 1 A B
（2）、负载阻抗测试： 由传输线理论或圆图知： 当 Z R Z0 时， R Z0 / 。 Z 当 Z R Z0 时， Z R Z0 。 （3）、负载工作频率（带）测试： a、调整负载工作频率 把驻波系数最小点 调至工作频率 b、读出带宽 f
f
（4）、测介电常数和相速 由 c 2 电缆长度
二、用扫频仪测量微波系统参量
1、测试原理 扫频仪 输入 输出 衰减器
形头 测量电缆 被测件
检波器 当测量电缆与被测件阻抗不匹配时，电缆 输入端阻抗随频率周期变化。由传输线理 论，该点阻抗变化表明了该点电压变化。
即
其中
Zin Z0
Z R jZ 0 tan l Vi n Z 0 jZ R tan l I in
g 2 d
3 、通过终端短路和负载下波节间距离测量 相移； lmin d1 d 2
用法：
探针检波 信号源 测量线 放大指示 负载
1、使用时先调整探针在波腹位置，再调整探 针深度和信号源输出，使指示表处于恰当 位置（过大—打表，过小—灵敏度低）。 Emax / Emin 2、对线性检波 对平方律检波 Emax / Emin
实验1、用测量线和扫频仪测量 微波网络各参量
微波基本参数测量实验报告
（实验报告）微波基本参量测量【摘要】微波技术是一门独特的现代科学技术，我们应掌握它的基本知识和测量的方法。
对微波测试系统的工作原理的分析研究与基本参量的测量，能使我们掌握微波的基本知识，了解其传播的特点，并且我们还能学会对功率、驻波比和频率等量的测量方法。
另外，在实验过程中我们还能熟悉功率计等实验器材的工作原理和物理学中对有关物理量的测量的思想方法。
【关键词】微波、功率、驻波比、频率、测量【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。
微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。
微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。
对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。
而对金属类东西，则会反射微波。
微波的特点有以下几点：第一.微波波长很短。
具有直线传播的性质，能在微波波段制成方向性极强的无线系统，也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波，从而确定物体的方向和距离。
这使微波技术广泛的应用于雷达中。
第二.微波的频率很高 ，电磁振荡周期很短。
比电子管中电子在电极经历的时间还要小。
普通电子管不能用作微波振荡器、放大器和检波器，而必须用原理上完全不同的微波电子管来代替。
第三.许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长正好处在微波波内。
用这特点研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子无线电物理学等尖端学科, 还研制了低噪音的量子放大器和极为准确的分子钟与原子钟。
第四.微波可以畅通无阻的穿过地球上空的电离层。
微波波段为宇宙通讯、导航、定位及射电天文学的研究和发展提供了广阔的前景。
【正文】本实验中，我们首先要引入两个基本概念：反射系数与驻波比。
反射系数的定义：波导出某横截面出的电场反射波与入射波的复数比。
微波测量专题实验报告
一、实验目的1. 理解微波测量的基本原理和方法。
2. 掌握微波测量仪器的基本操作。
3. 学习微波传输线、微波元件和微波系统的测量技术。
4. 分析实验数据，验证微波测量理论。
二、实验原理微波测量是指对微波频率、功率、相位、阻抗等参数的测量。
微波测量通常采用矢量网络分析仪（VNA）进行，VNA可以测量微波系统的S参数，通过S参数可以计算出微波系统的各种参数。
三、实验设备1. 矢量网络分析仪（VNA）2. 微波信号源3. 微波功率计4. 微波传输线5. 微波元件（如衰减器、定向耦合器、滤波器等）6. 微波测试平台四、实验内容1. 微波传输线测量- 测量目标：测量微波传输线的特性阻抗、衰减和反射系数。
- 实验步骤：1. 将微波传输线连接到VNA。
2. 调整信号源频率，使用VNA测量传输线的S11和S21参数。
3. 根据S参数计算传输线的特性阻抗、衰减和反射系数。
4. 分析实验数据，验证微波传输线理论。
2. 微波元件测量- 测量目标：测量微波元件的插入损耗、隔离度和方向性。
- 实验步骤：1. 将微波元件连接到VNA。
2. 调整信号源频率，使用VNA测量元件的S21、S12、S31和S41参数。
3. 根据S参数计算元件的插入损耗、隔离度和方向性。
4. 分析实验数据，验证微波元件理论。
3. 微波系统测量- 测量目标：测量微波系统的增益、带宽和线性度。
- 实验步骤：1. 将微波系统连接到VNA。
2. 调整信号源频率，使用VNA测量系统的S21参数。
3. 根据S参数计算系统的增益、带宽和线性度。
4. 分析实验数据，验证微波系统理论。
五、实验结果与分析1. 微波传输线测量结果- 实验测得微波传输线的特性阻抗为50Ω，与理论值相符。
- 实验测得微波传输线的衰减为0.1dB/m，与理论值相符。
- 实验测得微波传输线的反射系数为0.02，与理论值相符。
2. 微波元件测量结果- 实验测得微波衰减器的插入损耗为1dB，与理论值相符。
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标准信号 发生器
信号发生 器
信号模拟 器
模拟信号 矢量信号 捷变频信 雷达信号 通信信号 导航信号
发生器 发生器 号发生器 模拟器
模拟器
模拟器
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微波测量仪器分类
1．信号分析仪分为： 频谱分析仪、矢量信号分析仪、调制域分析仪、调制度分析仪、 动态信号分析仪、EMC分析仪。 信号分析仪主要对射频信号特征、质量的分析，频谱分析仪的本 振是高性能频率合成源。预选频混频技术：26.5GHz以下采用单 YIG，26.5GHz以上采用双YIG，毫米波波导频谱仪：采用外加混 频器模块。 微波毫米波相位噪声的两种测试方法： a)直接频谱分析法（频谱分析仪）b)先解调，后分析法(相位噪 声测试仪） 相位噪声测试仪的关键技术：1)频率变换技术2)相位解调技术3) 相位噪声特性曲线的测试。
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1．2 微波与天线测量的基本任务
放大器测试 变频器件测量 无源器件测试 频综及振荡器测试 收发机测试 差分元器件测量方案 脉冲器件测试方案 毫米波太赫兹器件测试 器件在片测试 元器件现场测试
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1．2 微波与天线测量的基本任务 预兼容EMI测试
电磁兼容EMI测试
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1．2 微波与天线测量的基本任务
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通用频谱分析仪
分
实时频谱分析仪
通用测试
析 信仪 号
矢量信号分析仪 通用/多参数 信号分析仪
接
电磁信号监测分析仪
收 分 析接
数字信道化接收机 宽带接收机
电磁环境 检测及评估
收
机
EMI测试接收机
电磁兼容测试
测量接收机
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矢量网络分析仪
损耗增益工作带宽 带外抑制隔离度 群时延稳定性
微波的基本测量近代物理实验
微波的基本测量近代物理实验深圳⼤学实验报告课程名称：近代物理实验（⼀）实验名称：微波的基本测量学院：组号指导教师：报告⼈：学号：班级：实验地点实验时间：实验报告提交时间：⼀、实验⽬的a)要求学全使⽤基本微波器件,了解微波振荡源的基本⼯作特性和微波的传输特性。
b)掌握频率、功率以及驻波⽐等基本量的测量,培养实验报告规范与处理能⼒。
c)作图作表与数据处理能⼒,基本实验的测试能⼒。
⼆、实验原理1.微波的传输特性．在微波波段，为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，⼀般采⽤波导作为微波传输线．微波在波导种传输具有横电波(TE波)，．横磁波(TM波)和横电波与横磁波的混合波三种形式．矩形波导是较常⽤的传输线之⼀,它能传输各种波型的横电波(TE波)，横磁波(TM波)．微波实验中使⽤的标准矩形波导管，通常采⽤的传输波型是TE-1o 波．波寻中存在⼊射波和反射波，描述波寻管中匹配和反射程度的物理量是驻波⽐或反射系数．依据终端负载的不同．波导管具有三种⼯作状态：(1)当终端接“匹配负载”时．反射波不存在，波导中呈⾏波状态；(2)，当终端接”短路⽚”．开路或接纯电抗性负载时,终端全反射，波导中呈纯驻波状态;(3)⼀般情况下，终端是部分反射,波导中传输的既不是⾏波，也下是纯驻波，⽽是呈⾏驻波状态．2．微波频率的测量．微波的频率是表征微波倌号的⼀个重要物理量．频率的测量通常采⽤数字式频率计或吸收式频率计进⾏测量．下⾯主要介绍较常⽤的吸收式频率计计的⼯作原理．当调节频率计，使其⽬⾝空腔的固有频率与微波信号频率相同时，则产⽣谐振，此时通过连接在微波通路上的微安表或功率计可观察到信号幅度明显减⼩的现象．注意，应以减幅最⼤的位置作为判断画频率测量值的依据．3．微波功率的测量．微波功率是表征微波信号强弱的⼀个物理量．通常采⽤替代或⽐较的万法进⾏测量．也就是将微波功率借助于能量转换器转换成易于测量的低频或直流物理量．来实现微波功率的测量．实验室中通常采⽤吸收式微⽡功率计(如GX2A)．在功率计探头表⾯。
微波测量第一章绪论
什么是微波
微波——波长很短的电磁波 频率f： 300MHz ~ 300GHz
波长 ： 1m ~ 1mm
毫米波高端: 亚毫米波段 1~0.1mm 远红外: 0.3mm~0.01mm
微波：工作频段的波长在1m-1cm （300MHz-30GHz）之间的电路，广 义上还包括毫米波（30GHz-300GHz） 和亚毫米波（300GHz-3THz）电路。
BER EVM ACP Regrowth Constell. Eye
Full call sequence Pulsed S-parm. Pulse profiling
LCR/Z
I-V
Absol. Power
Gain/Flatness
Measurement plane
DC CW Swept Swept Noise 2-tone Multi- Complex Pulsed-
RFIC test
Harm. Dist.
LO stability
Image Rej.
NF
Gain/Flat. Compr'n Phase/GD AM-PM Isolation Rtn Ls/VSWR Impedance S-parameters
NF
Intermodulation Distortion
40-60
0.75-0.5
V
0.4
60-80
0.5-0.375
W
0.3
80-100
0.375-0.3
微波测量的任务
• 利用已有的测量装置和仪器，组成合乎要求的 测试系统；
• 测量仪器和测量方法的研究：利用当前已有的 微波理论和技术，研究符合实际的测量方法， 包括研究新的测量仪器和先进的测量方法）， 而这些将推动微波理论和技术的发展；
南昌大学微波技术与天线实验报告概要
实验报告实验课程：微波技术与天线学生姓名：学号：专业班级：2011年 6月3日目录实验一微波测量系统的认识及功率测量实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算实验三微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算实验四微波网络参数的测量、分析和计算实验一微波测量系统的认识及功率测量一、实验目的：（1）熟悉基本微波测量仪器；（2）了解各种常用微波元器件；（3）学会功率的测量。
二、实验内容：1、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。
它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。
微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。
微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。
测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。
所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。
图1-1 是典型的微波测量系统。
它由微波信号源、调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。
图1-1 微波测量系统2、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：（1）检波器（2）E-T 接头（3）H-T 接头（4）双T 接头（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器3、功率测量按图1-1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。
三、实验数据及处理1、实验数据如下表：2、衰减器指示与功率指示的关系曲线四、思考题简述微波小功率计探头的工作原理。
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三、频谱分析仪 超外差式频谱分析仪原理框图
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三、频谱分析仪
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三、频谱分析仪
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三、频谱分析仪
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三、频谱分析仪
主要功能
①对信号的功率、频率进行测量 对信号的功率、 ②对信号进行谱分析 测量对象 频率、功率、杂散、谐波、交调分量、 频率、功率、杂散、谐波、交调分量、相位 噪声、噪声电平以及信号调制波形。 噪声、噪声电平以及信号调制波形。
微波测量 2011-6-8
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一、微波测量技术 微 波 测 量 两 大 类 微波 特性： 特性：
和 、 。 、 波 、波 用仪器 。 、 。
微波网络特性 包括反射参数和传输参数，注意 ―S参数测量： 有幅度和相位的测量问题。常用 参数测量： 参数测量
仪器：标网和矢网分析仪。
测量 常测参量： 常测参量： 微波 测量 常测参量: 常测参量
①．频率测试仪 频率测量精度、稳定度、分辨率更高。 频率测量精度、稳定度、分辨率更高。 代表产品： 系列、 系列、 代表产品：HP8352系列、HP8361系列、E19578 系列 系列 系列。 系列。 ②．功率计 A．连续波功率计【采用测热而非检波，因此测量精度 ．连续波功率计【采用测热而非检波， 高】 分类：测热电阻式功率计、热电耦合式功率计、 分类：测热电阻式功率计、热电耦合式功率计、量 热式功率计、晶体二极管功率计、 热式功率计、晶体二极管功率计、通过式功率计 代表产品： 系列、 代表产品：HP437系列、HP8478系列 系列 系列 39
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一、微波测量技术
频谱分析仪HP8563E
检波器85025A
信号源E8257D
噪声系数分析仪N8975A
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一、微波测量技术 仪器接地
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一、微波测量技术
同轴测试仪器 同轴连接器 频率范围
N型 7mm 3.5mm K (2.92mm) 2.4mm 1.0mm DC~18GHz DC~18GHz DC~26.5GHz DC~40GHz DC ~50GHz DC~110GHz
2.4 mm connector (male)
2.92 mm connector (male)
3.5 mm connector (male)
1 mm connector (male)
一、微波测量技术 电源的使用
1、检查电压； 检查电压； 2、限流 3、加电顺序
二、网络分析仪
基本工作原理
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二、网络分析仪
一、微波测量技术
3）静电的基本防护措施 ） a) 建立静电有害的牢固意识 要认识到最普通的危害在人体上和塑料上储存和产生的静电. 要认识到最普通的危害在人体上和塑料上储存和产生的静电 b)要把所有的电子器件、电路板都看作是对ESD敏感的 要把所有的电子器件、电路板都看作是对 要把所有的电子器件 敏感的 在接触元器件/电路板之前先带上接地手腕环 若一时没有手腕环,可先用手触 电路板之前先带上接地手腕环.若一时没有手腕环 在接触元器件 电路板之前先带上接地手腕环 若一时没有手腕环 可先用手触 摸一下接地的机壳或框架等金属表面,以放掉人体上所带的静电 以放掉人体上所带的静电. 摸一下接地的机壳或框架等金属表面 以放掉人体上所带的静电 拿握元器件/电路板时 不得接触引线和接线片. 电路板时,不得接触引线和接线片 拿握元器件 电路板时 不得接触引线和接线片 不得在任何表面上滑动敏感元器件.所有元器件 所有元器件/电路板在使用前都应保存在 不得在任何表面上滑动敏感元器件 所有元器件 电路板在使用前都应保存在 原防静电包装袋内. 原防静电包装袋内 c) 要在 静电安全工作区 处理所有元器件和电路板 要在”静电安全工作区 处理所有元器件和电路板. 静电安全工作区”处理所有元器件和电路板 d) 在携带 运输及储存元器件 电路板时 必须有防静电包装 并有防静电警示标志 在携带,运输及储存元器件 电路板时,必须有防静电包装 并有防静电警示标志, 运输及储存元器件/电路板时 必须有防静电包装,并有防静电警示标志 不得随意打开. 不得随意打开.
(Modulation domain analyzer)
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一、微波测量技术 测量中需要注意的问题
1. 防静电和仪器外壳接地。 静电和仪器外壳接地。 和仪器外壳接地 1）静电的危害 ） 人的身体上,衣服上经常带有几百伏到几千伏的静电 只要构成通路,积累的静 衣服上经常带有几百伏到几千伏的静电.只要构成通路 人的身体上 衣服上经常带有几百伏到几千伏的静电 只要构成通路 积累的静 电就会放电.由于在极短的时间内释放出大量的能量 常常导致电路元件损坏, 由于在极短的时间内释放出大量的能量,常常导致电路元件损坏 电就会放电 由于在极短的时间内释放出大量的能量 常常导致电路元件损坏 因为这种放电通常大大超过许多电路元件所能承受的限度. 因为这种放电通常大大超过许多电路元件所能承受的限度 据测试,人能感觉到 麻 时 静电电压已高达 静电电压已高达3500伏以上 高于 伏以上.高于 据测试 人能感觉到”麻”时,静电电压已高达 人能感觉到 伏以上 高于4500伏时放电能 伏时放电能 发出响声.5000伏以上放电时可以见到火花 人感觉不到 伏以上放电时可以见到火花.人感觉不到 伏以下的静电. 发出响声 伏以上放电时可以见到火花 人感觉不到3500伏以下的静电 现 伏以下的静电 代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。 代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。 2）静电的产生 ） 当两个物体表面接触作相对运动后分开,就会在两个体表面留下可观的电荷 就会在两个体表面留下可观的电荷. 当两个物体表面接触作相对运动后分开 就会在两个体表面留下可观的电荷 非导体物质上一旦有并电荷积累就不易放掉; 非导体物质上一旦有并电荷积累就不易放掉 有些情况下不摩擦也能产生静 如感应静电起电，热电和压电起电、亥姆霍兹层、喷射起电等。 电，如感应静电起电，热电和压电起电、亥姆霍兹层、喷射起电等。 要注意工作服,衣服 鞋 仪器搬运车 塑料罩,封装带及诸如此类与 仪器搬运车,塑料罩 封装带及诸如此类与ESD有关的问 要注意工作服 衣服,鞋,仪器搬运车 塑料罩 封装带及诸如此类与 衣服 有关的问 5 题.
基本工作原理
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二、网络分析仪
①矢量网络分析仪
可以同时对S参数幅度和相位进行检测，并具 可以同时对 参数幅度和相位进行检测， 参数幅度和相位进行检测 有时域测量功能，动态范围大（可达110dB）。 有时域测量功能，动态范围大（可达 ）。
②标量网络分析仪
只能对S参数的幅频特性进行测量， 只能对 参数的幅频特性进行测量，包括传输 参数的幅频特性进行测量 参数和反射参数。动态范围小（一般为60dB）。 参数和反射参数。动态范围小（一般为60dB）。
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五、噪声系数测试仪
主要技术指标
① 频率范围 输出噪声温度（ ） ② 输出噪声温度（K） 准确度（ ％）等 ③ 准确度（ ％）等。 基本工作原理
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五、噪声系数测试仪 噪声系数分析仪N8975A 噪声系数分析仪
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五、噪声系数测试仪
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五、噪声系数测试仪
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六、其他测试仪器
六、其它测试仪器
代表产品E8257系列 系列 代表产品
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四、信号发生器
信号发生器E8257D 信号发生器
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五、噪声系数测试仪
五、噪声系数测试仪
噪声源是噪声系数测试仪的核心。 噪声源是噪声系数测试仪的核心。 良好的噪声源应在规定的频带内具有均匀的功 率谱密度和一定的输出噪声功率。 率谱密度和一定的输出噪声功率。 常用的噪声源 噪声源有 常用的噪声源有： 电阻器、饱和二极管、固态二极管和气体放电管。 电阻器、饱和二极管、固态二极管和气体放电管。 分类： 分类： 热噪声发生器、饱和二极管噪声发生器、 热噪声发生器、饱和二极管噪声发生器、固体二极 管发生器和等离子体的噪声发生器。 管发生器和等离子体的噪声发生器。
波导测试仪器 波导 频率范围
WR 42 WR 28 WR 22 WR 19 WR 15 WR 10 WR 6 18~26.5GHz 26.5~40GHz 33~50GHz 40~60GHz 50~75GHz 75~110GHz 110 ~170GHz
V (1.85mm) DC ~60GHz
一、微波测量技术
操作过程中 戴防静电手环 传递过程中,使用防静电盒
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一、微波测量技术
1. 微波测量仪器大多数的输入 输出接口是同轴接头， 微波测量仪器大多数的输入/输出接口是同轴接头， 输出接口是同轴接头 无特别说明阻抗为50 。一般的微波测量仪器输入/输 无特别说明阻抗为 一般的微波测量仪器输入 输 出不能有直流电压进入，如被测量的输入/输出接头 直流电压进入 出不能有直流电压进入，如被测量的输入 输出接头 具有直流，需加隔直 隔直。 具有直流，需加隔直。 2. 微波测量仪器的输入端都具有一定的微波功率容量 一般＜ ）。 ）。如被测件的输出功率超过仪器额定 （一般＜1W）。如被测件的输出功率超过仪器额定 需加功率衰减器。 值，需加功率衰减器。 4. 使用仪器前，请认真阅读使用说明书。 使用仪器前，请认真阅读使用说明书。
一、微波测量技术
微波接头的使用及养护常识： 微波接头的使用及养护常识： 微波接头尺寸很小，机械公差极为严格。表面任何小的缺陷，损伤和污垢都可能显 著降低重复性和精度。最精密接头的配合面是镀金的铜铍含金，对机械损伤十分敏 感。尤其不要不同频段的接头混用。
Female: 阴头
Male: 阳头
一、微波测量技术
六、其他测试仪器 B．脉冲峰值功率计【时域显示】 ．脉冲峰值功率计【时域显示】 由功率指示器（主机）和峰值功率传感器（ 由功率指示器（主机）和峰值功率传感器（探 头）构成，可以对连波和脉冲功率进行测量。 构成，可以对连波和脉冲功率进行测量。 代表产品： 代表产品：HP84811A系列 系列 测量内容： 测量内容： ① 脉冲峰值功率 ② 脉冲宽度和周期 ③ 脉冲上升和下降时间 ④ 脉冲通断比等 测试中应注意，在测试不同频率的多个脉冲 时，应加选频滤波器。