微波技术与天线实验报告

微波技术与天线实验报告

组长:王信组员：熊慧美、杨光磊、宋阳

一、实验名称：测量微波通信系统各模块的特性参数

二、实验目的与要求

◆了解矢量网络分析仪的工作原理

◆理解模块的频率特性、驻波比、反射系数、插损、S参数等概念

◆测量并分析微波通信系统各模块的S参数

三、实验设备：矢量网络分析仪、PNA 天线实验测量仪

四、实验原理（共同部分）

1.矢量网络分析仪的工作原理

矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。

矢量网络分析仪的原理与使用力直接取决于系统的动态范围指标。

相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟(Electrical Delay)功能来实现的。直接观察插入相移通常不是很有用，这是因为器件的电长度相移相对于频率呈现负斜率(器件越长，斜率越大)。由于只有偏离线性相移才会引起失真，因此希望移去相位响应的线性部分。利用网络分析仪的电子延迟功能，能够抵消被测器件的电长度，结果得到与线性相移的偏差，即相位波动(失真)。

矢量网络分析仪既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。

2.几个重要的概念

频率特性：系统频率响应与输入信号的复数比称为频率特性，频率特性表征了系统输入输出之间的关系，故可由频率特性来分析系统性能。

驻波比：驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。

在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅

Vmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波节处的电压幅值Vmin之比。

驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1，则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1，则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电波在发射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。

反射系数：反射电压/入射电压, 为标量。

插损：插入损耗指在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。

用频谱分析仪，或调频接收机或跟踪发生器，很容易测量插入损耗。不带滤波器是建一个零dB参考点。然后插入滤波器，记录在所需频率范围内提供的衰减。

S参数：S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。

下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如上图所示。二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；

S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；

S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；

S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。

五、实验内容及步骤（共同部分）

实验结果及分析：

1. 测阻抗

如图可见偏离圆心的黄点即为所示阻抗，四个档位中我们选取的是图像最为清晰的档位来呈像。

2. 测回损

回损的示数如图所示，其为四个档位中最清楚的一档。

实验结果及分析：

驻波图像如图所示。

实验结果：

如图所示为显示群时延的插损曲线，由于仪器最多只能采样81个点，故将频率间隔调大后得到此图像。

如图所示为显示相位的插损曲线。

六、实验总结与体会（个人部分）

这次实验我们接触到了一个新的实验设备，就是网络分析仪。尽管一开始我们有点不熟悉它的操作，但是经过组员们的互相讨论与探索，还是一步步地完成了各项操作。网络分析仪可以从数值上得到很多的参数曲线及特性曲线，是非常有用的一台设备，学会使用它对于我们来说是受益匪浅。至此所有微波实验圆满完成，真的很感谢老师

的帮助及指导，让我们收获了很多。