微波技术基础实验讲义

D 10 lg P2 dB P4
微波定向耦合器的特性参数

隔离度
有时，反映定向程度的指标也可以用隔离度来表示。定义隔离度 为输入至主线的功率（端口1输入功率）与副线中反方向传输的功 率（端口4输出功率）之比的对数： P Dl 10 lg 1 dB P4

输入输出驻波比 插入损耗 工作频带
微波定向耦合器的特性参数

耦合度
输入至主线的功率（端口1输入功率）与副线中正方向传输的功 率（端口2输出功率）之比的对数称为定向耦合器的耦合度C：
C 10 lg P2 dB P 1

方向性
用副线中正方向传输的功率（端口2输出功率）与反方向传输的 功率（端口4输出功率）之比的对数来表示定向传输的性能，称为 耦合器的方向性D ：
9. 软键为8 个 空白键，在屏 幕边上。在本 文中，这些键 用键名加[ ]来 描述。 如： [SWEEP TIME]
AV3620矢量网络分析仪－后面板
AV3620的主要性能指标
频 率范 围 功率范围 功率扫描范围 接收机损毁电平 AV3620A 30 kHz～3GHz -85～+8 dBm 23 dB 26 dBm (400mW)
① 电缆与被测微波器件的连接
我们采用的是N型接头。注意连接时只旋转接头有齿 纹的一端，不要旋转内螺纹一端。
AV3620的基本操作说明
② 测量频率范围设置
当AV3620开机后，显示屏默认以直角坐标的方式显 示，纵轴的参数为所测量的S参数，横轴的参数为频 率，默认频率范围为最大频率量程30k～3GHz。按下 【start】键可以设置扫频的起始频率，按下后，显示 屏左上方会显示当前起始频率，要改变的话通过按 数字键加上相应的单位键【G/n】、【M/n】、【K/n】 来设置频率，上面三个单位键分别对应GHz、MHz、 KHz。类似，按【stop】键设置扫频的终止频率，设 置方法与起始频率相同。
微波技术基础实验
华中科技大学电信系
微波技术实验的意义

学习现代微波工程中的先进测量仪器与测量技 术

补充学习微波元件的知识，学习平面微波电路
微波技术实验的任务

学习微波电路基本参数的测量方法－－－ S参数

学习微波测量仪器的基本原理与使用－－ 矢量网络分析仪
学习微波元件的基本特性－－－－－－－ 传输线、微带谐振器、定向耦合器、功率分配器
调用误差校准后的系统状态 选择测量频率与功率参数 连接待测件并测量其S参数 设置显示方式 设置光标的使用
2. 微带传输线测量实验

通过使用矢量网络分析仪AV3620测量微带传输线的端 接不同负载时的S参数来了解微波传输线的工作特性。 连接图如图1-10所示，将网络分析仪的1端口接到微带 传输线模块的输入端口，另一端口在实验时将接不同 的负载。
微波谐振腔的Q值测量原理


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 如图所示。 根据功率传输法测量谐 振腔的等效电路可推得， 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：
f0 f0 QL f 2 f1 f
微带谐振器模块
矢量网络分析仪的构成

矢量网络分析仪主要组成部分包括合成信号源、S 参数测试装置、 幅相接收机和显示部分。
(DUT－－Device under test)

R－入射信号 A－反射信号
B－传输信号
矢量网络分析仪的工作原理
A R B S 21 R S11
AV3620矢量网络分析仪－前面板
2. 硬键即前面 板按键，在讲 义中这些键由 键名加【 】来 描述。如 【Preset】
微带传输线模块
微带传输线测量实验步骤

步骤一 调用误差校准后的系统状态 步骤二 选择测量频率与功率参数 步骤三 连接待测件并测量其S参数
① 按照装置图将微带传输线模块连接到网络分析仪上； ② 将传输线模块另一端空载，此时，传输线终端呈开路。选择测 量S11，将显示格式设置为SMITH CHART，调出光标，调节光标 位置，使光标落在在圆图的短路点。 ③ 记录此时的频率和输入阻抗。然后将显示格式设置为SWR，记 录下此时的驻波比值。将显示格式设置为LOG MAG，记录下此 时的（反射系数）值。（记录数据时保持光标位置始终不变）
2. 微带传输线测量实验


1.矢量网络分析仪操作实验

通过使用矢量网络分析仪AV3620测试RF带通滤波器的 散射参数（S11、S12、S21、S22）来熟悉矢量网络分 析仪的基本操作。
网络分析仪AV3620
1
2
RF带通滤 波器
微带带通滤波器模块
矢量网络分析仪操作实验步骤



步骤一 步骤二 步骤三 步骤四 步骤五

实验规则



四个人为一小组，共用一台网络分析仪，每人 一个实验箱，做实验时轮流使用仪器，其它人 可以辅助。整个小组都完成，方可下课。 实验过程中记得记录原始数据，回去完成实验 报告。 每个小组实验完后，报告老师检查数据、仪器 及实验箱，检查完毕后方可离开。
实验注意事项！！


仪器是昂贵的，弄坏是要负责任的！ 并非不能动，只是不要盲目的瞎动，按照老师 讲授的方法操作，不明白的问老师。 实验箱内的实验模块不要乱拿乱放，按照需要 的取出来。用完放回去。
微带电路

微带传输线目前是混合微波集成电路和单片微波集成电路 使用最多的一种微波平面型传输线，主要是因为它可以用 照相印刷工艺来加工，而且容易与其它无源微波器件和有 源微波器件集成，构成微带电路，实现微波部件和系统的 集成化。
微带传输线

特性阻抗
反射系数
驻波比
微带传输线接不同负载时的工作状态

目 录
实验一 矢量网络分析仪的使用及传输线的测量 实验二 微波元件特性参数测量
实验一 矢量网络分析仪的使用 及传输线的测量
一、实验目的



学习矢量网络分析仪的基本工作原理； 初步掌握AV3620矢量网络分析仪的操作使用 方法； 掌握使用矢量网络分析仪测量微带传输线不同 工作状态下的S参数； 通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。
⑦ 按照③中方法和步骤记录数据。
五、实验报告


实验目的、内容、系统简图； 步骤简述，记录有关数据； 数据处理，根据有关公式算出各测量值。 完成思考题
实验二 微波元件特性参数测量
一、实验目的



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。 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。 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。
端接负载的传输线的输入阻抗
(d ) Z 0 Z L Z in Z0 j Z 0 tan(d ) j Z L tan(d )

终端短路的传输线 终端开路的传输线 1/4波长传输线
实验内容
1. 矢量网络分析仪操作实验


初步运用矢量网络分析仪AV3620，熟悉各按键功能和 使用方法 以RF带通滤波器模块为例，学会使用矢量网络分析仪 AV3620测量微波电路的S参数。 使用网络分析仪观察和测量微带传输线的特性参数。 测量1/4波长传输线在开路、短路、匹配负载情况下的 频率、输入阻抗、驻波比、反射系数。 观察1/4波长传输线的阻抗变换特性。
微带传输线测量实验步骤
④ 将传输线模块的终端接头短路（将同轴内导体与外导体短接）。 将显示格式设置为SMITH CHART，注意观察光标的位置（此时 光标所示频率仍为②中的频率），此时光标应在圆图中开路点附 近。 ⑤ 调节光标至圆图中的开路点，按照③中所示方法和步骤记录数据。 ⑥ 将传输线模块另一端接上匹配负载。将显示格式设置为SMITH CHART，将光标调节至最靠近圆图圆心的位置。
④ 测量的S参数设置
【measure】键选择测量参数，按下后显示屏的软键 菜单会显示[S11]、[S12]、[S21]、[S22]四个待选测试 参数，通过按下相应软键来选择要测量的S参数。
AV3620的基本操作说明
⑤ 被测S参数显示格式设置
【format】键选择参数显示格式，按下后显示屏的软 键菜单会显示[LOG MAG]、[PHASE]、[DELAY]、 [SMITH CHART]、[POLAR]、[LIN MAG]、[SWR] ， 分别表示以对数幅度、相位、群延迟、史密斯圆图、 极座标、线性幅度、驻波比的形式显示测量参数， 通过按下相应软键来选择要显示的测量格式。
矢量网络分析仪



现代微波工程中占支配地位的是应用网络分析方法将微波电路看 作是微波网络，用散射参数（S参数）来描述微波电路的性能。S 参数表达的是功率波，是用入射功率波和反射功率波的方式定义 微波网络的输入输出关系，因此两端口网络S参数的测量需要涉 及功率波在两个端口的反射和传输。 微波矢量网络分析仪是全面测定网络参数的一种仪器，它是结合 了计算机技术的一种全自动多功能的测量装置，功能强大，使用 方便。 它既能测量反射系数和传输参数，也能自动转换为其它需要的参 数；既能测量无源网络，也能测量有源网络；既能点频测量，也 能扫频测量；既能在液晶屏显示，也能打印输出，甚至直接输出 到计算机中。因此网络分析仪大大扩展了微波测量的功能和提高 了工作效率。
AV3620的基本操作说明
③ 源功率设置
按【power】键设置矢网合成源的功率大小，按下后， 显示屏右上方会显示当前功率大小，如果要改变的 话，按数字键加上【×1】键设置功率大小，单位是 dBm。注意，由于功率一遍设置为0dBm以下，所有 在数字键前记得按【-】键设置功率dBm数为负数。
AV3620的基本操作说明
AV3620的基本操作说明
⑥ 利用光标读取测量结果
按下【marker】键就会在显示屏上的测试曲线上显示 光标，对应显示屏的软键菜单处会显示光标编号[1]、 [2]、[3]、[4]、[5]，按下相应软键会显示对应编号的 光标，默认会显示1号光标。通过旋转旋钮键就会移 动光标的位置，而在显示屏右上角会显示光标对应 位置的频率和测量值。而通过数字键输入频率值也 可以确定光标的位置。
微波定向耦合器

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（称正方向），而在另一个方向几乎没有或极少功率 传输（称反方向）。
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，耦合线长是奇模和偶模波长平均值的1/4，如图 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（端口2的输出）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。
微带线定向耦合器模块
Leabharlann Baidu



AV3620射频一体化矢量网络分析仪有下列测量格式： a）笛卡尔坐标(直角坐标）：对数幅度、线性幅度、 相位、群延迟、驻波比、复数参数实部和虚部。 b）史密斯圆图：对数幅度、线性幅度、阻抗 R+jX 或 导纳 G+jB 。 c）极坐标： 对数幅度、线性幅度、相位、实部和虚部。
AV3620的基本操作说明
微波谐振腔的Q值测量

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
Q0 2 W W W 2 0 WT PT Pl l

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。下图表示测量谐振腔功率特性的方框图。
P1 匹 配 微波源 待 测 谐振腔 P2 匹配 微波 功率检测器
1
3
4 2
微带线定向耦合器的工作原理
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。我们来看一段如图所示的平 行耦合传输线。当导线1-3中有交变电流流过时，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（以耦合电容表示）又通过磁场 （以耦合电感表示）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与磁耦合电流的作用相反而 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。