微波技术实验

1实验一衰减器1、实验设置的意义在射频和微波传输系统中，通常需要控制功率电平，改善动态范围，衰减器有时作为一个去耦元件减小后级对前级的影响，也可以作为比较功率电平相对标准。从射频和微波网络观点来看，衰减器是一个二端口有耗微波网络，它属于通过型微波元件。2、实验目的1、学会用频谱分析仪测量功率衰减器的各项参数2、了解衰减器结构特点，设计方法。3、实验原理功率衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件，它是一个双端口网络结构，其技术指标包括衰减器的工作频带、衰减量、功率容量、回波损耗。衰减量：如图7-1所示，其信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其输出端（Port-2）的功率为P2。若P1、P2以分贝毫瓦（dBm）来表示，且衰减器之功率衰减量为AdB，则两端功率间的关系，可写成：P2(dBm)=P1(dBm)–AdB亦即)(P)(P10logAdB12mWmW图7-1功率容量：衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件，能量损耗后会变成热能。可以想像，材料结构确定后，衰减器的功率容量也就确定了。如果让衰减器的承受功率超过这个极限，衰减器就会烧毁。回波损耗：回波损耗就是衰减器的驻波比。集中参数衰减器是利用电阻构成T型或π形网络来实现的，其设计方法说明如下:（一）[固定型]（FixedAttenuator）此型电路仅利用电阻来设计。按结构可分成[T形]及[π形],如图7-2(a)(b)所示。图7-2(a)[T形]功率衰减器;(b)[π形]功率衰减器其中Z1、Z2即是电路输入/输出端的特性阻抗。功率衰减器Port-1P1Port-2P2Z1Z2RS1RS2RppRSRp2pRp1pZ1Z22根据电路两端使用的阻抗不同，可分为[同阻抗式]、[异阻抗式]。A.[同阻抗式]（a）[T形同阻抗式]（Z1=Z2=Z0）1121121010ZoRsRsZoRpA（b）[π形同阻抗式]1121211010ZoRpRpZoRsAB.[异阻抗式]（Z1≠Z2）（a）[T形异阻抗式]（b）[π形异阻抗式]RpZRsRpZRsZZRpA11221111121210101110111212111111221)1(10RsZRpRsZRpZZRsA34、实验设备AT6030D频谱分析仪1台衰减器模块1个5、实验内容测量衰减器的衰减量6、实验步骤6.1、调节AT6030D频谱仪的中心频率fc=1500HMz，SPAN为3000MHz，先将频谱仪的输出端和输入端用电缆连接进行校准，测得参考电平P1。图76.2、将衰减器模块按图7连接，将衰减器接入，测得接入电平P2，则衰减量A=P1-P2。衰减器AT6030DOUTIN4实验二定向耦合器1、实验设置的意义在射频和微波传输系统中,通常需要准确测试某一功率值,或者将某一输入功率按一定比例分配到各分支电路中去。例如功率量值传递系统、相控阵雷达发射机功率分配、多路中继通信机中本振源功率分配等。定向耦合器由于本身插损耗小、频段宽、能承受较大的输入功率、可根据需要扩展量程、使用方便灵活、成本低等优点,而广泛应用于射频和微波传输系统中。由于定向耦合器是射频和微波系统中应用最广泛的元件，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射频和微波技术实验的基本教学要求是了解射频和微波的传输特性，掌握射频和微波功率、频率、波导波长、驻波比及衰减、相位等的测量方法，了解射频和微波技术的简单应用。定向耦合器本身的特性参量定义简单，被测量均为基本测量量，测量理论与方法简单且容易接受；仪器使用方法简单，不必经过调谐等繁琐过程，有助于学生把精力放在对射频和微波实质的理解和射频和微波技术的应用上。开设以定向耦合器为主线的实验十分必要，有助于引导学生初步领会技术开发的思路，也有利于提高学生思维的开阔性和系统性，培养创新意识和开拓精神。2、实验目的2.1、掌握定向耦合的原理及基本方法。2.2、学会用频谱分析仪器测量定向耦合器的参数。3、实验原理定向耦合器是一种有方向性的无源射频和微波功率分配器件，其构成通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型，其种类通常有单定向耦合器和双定向耦合器之分。本实验涉及的是单定向耦合器。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的射频和微波功率经过小孔或间隙等耦合机制，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(称“正方向”)传输，而在另一方向(称“反方向”)几乎没有(或极少)功率传输。理想的定向耦合器一般为互易无损四口网络，如图4-1所示。主线1，2和副线3，4通过耦合机构彼此耦合。图4-1定向耦合器网络定向耦合器的特性参量主要是①耦合度，②方向性，②输入驻波比，④带宽范围，在这里我们主要说明的是定向耦合器的耦合度和方向性。耦合度及其测量:定向耦合器的耦合度是指输入信号耦合到副臂端的程度，5即输入至主线的功率与副线中正向传输的功率之比，也称过渡衰减。耦合度C用当主臂终端接无反射匹配负载时,入射信号与输出信号(副臂)之比取对数之值表示:式中P1、U1分别为主线输入端的功率及电压；P3、U3分别为副线正方向传输的功率及电压。方向性及其测量:方向性是指从匹配负载端往输出端漏出信号的程度,也就是副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率之比或正向耦合度与反向耦合度的对数之差。一般来讲,方向性越大越好,方向性越大,表明其隔离性越好。常用的定向耦合器,方向性均在15dB以上。定向耦合器的方向性D以正向耦合度与反向耦合度的对数之差表示:334410log()20log()PUDdBdBPU式中3P、3U分别为耦合至副线正方向传输的功率及电压,4P、4U分别为耦合至副线反方向传输的功率及电压。有时，反映定向程度的指标也用隔离度来表示。隔离度表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比的对数，即)(log20)(log104141dBUUdBPPI根据以上定义可知：CIPPPPPPD314143log10log10log10故定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差。定向耦合器还有一些技术指标：定向耦合器的插损一般都较小,所以对测试结果的影响很小可以忽略不计。定向耦合器的驻波系数一般不大,能承受的功率一般都较大,这是一般类似器件难以达到的。4、实验设备AT6030D频谱分析仪1个定向耦合器1个50Ω的终端负载1个5、实验内容测量定向耦合器的方向性、隔离度、耦合度6、实验方法和步骤6.1、调节AT6030D频谱仪的中心频率fc=1500HMz，SPAN为3000MHz，将AT6030D频谱仪的输出端和输入端用电缆连接进行校准。66.2、将定向耦合器模块按图4连接，观察AT6030D频谱仪的频谱，测量插入损耗L。6.3、将定向耦合器模块2端口与3端口对换连接，即2端口接频谱仪的输入端，3端口接终端，即可测量定向耦合器的耦合度C。6.4、将定向耦合器模块3端口与4端口对换连接，即4端口接频谱仪的输入端，3端口接终端，即可测量定向耦合器的隔离度I，其方向性D=I-C。定向耦合器AT6030DOUTIN终端1324终端图47实验三功率分配器1、实验设置的意义在射频/微波电路中，为了将功率按一定的比例分成二路或多路，需要使用功率分配器；功率分配器反过来使用就是功率合成器，在近代射频/微波大功率放大器中广泛地使用功率分配器，而且通常成对使用。功率分配器的技术指标有：频率范围，承受功率，插入损耗、分配比、隔离度和端口输入驻波比。2、实验目的2.1了解功率分配器的结构原理，频率特性2.2掌握功率分配器参数测试原理2.3学会使用频谱仪完成功率分配器的测试3、实验原理在射频/微波电路中为了将功率一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器，功率分配器反过来使用就是功率合成器。功率分配器是一个多端口网络结构。其技术指标包括工作频带承受功率分配比、插入损耗、隔离度、VSWR等。如图8-1所示为三端口网络结构，其信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。理论上，由能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)–3dB当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况最常被使用于实际电路中。因此，[功率分接器]在大致上可分为[等分型]（P2=P3）及[比例型]（P2=k·P3）等两种类型。4、实验设备AT6030D频谱分析仪1台功率分配器模块1个50Ω负载1个5、实验内容5.1、测量功率分配器隔离度Port-1P1Port-2P2Port-3P3图8-1:[功率分接器]图85.2、测量功率分配器两输出配比5.3、测量插入损耗和有效带宽△F6、实验步骤6.1、先将AT6030D频谱仪输出端和输入端用电缆相接，校准并测得参考电平P1。6.2、将功率分配器模块按下图8连接，AT6030D频谱仪输出端和功率分配器1端口相接，功率分配器2端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器3端口接终端载，测得接入电平P2。因为此为两等分功率分配器，分配损耗的理想值是3dB，所以插入损耗L=P2-3。。6.3、将功率分配器模块2端口与3端口对换连接，测得接入电平P3，插入损耗L=P3-3，P2=P3。6.4、将AT6030D频谱仪输出端和功率分配器2端口相接，功率分配器3端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器1端口接终端载，测得接入电平P4，其隔离度I=P1-P4。6.5、将AT6030D频谱仪输出端和功率分配器3端口相接，功率分配器2端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器1端口接终端载，测得接入电平P5，其隔离度I=P1-P5,有效带宽△F为隔离度I≥8dB时的功率分配器工作带宽。图8功率分配器AT6030DOUTIN终端1329实验四滤波器（LPF、HPF、BPF、BSF）1、实验设置的意义广义而言，凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。狭义而言，射频滤波器是用来分离不同频率RF信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，而只让需要的信号通过。实际上很多射频元件都具有一定的频率响应特性，都可以用滤波器的理论进行分析。因为集中参数滤波器的理论比较成熟，所以，尽管射频滤波器在很多方面有它自己的特点，但在一定频率范围内，在分析射频滤波器的特性时，仍可以采用与它相近的集中参数的等效电路来进行分析。这样，对绝大多数的射频滤波器，就可以采用集中参数滤波器的设计原理和分析方法。利用频谱分析仪测试时，可以不用考虑滤波器的内部结构，而将它看作一个二端口网络来测试它的各个性能。显然这种方法不但特别方便、准确，而且也能用于其它具有一定的频率响应特性的射频元件和网络。通过这种具有普遍性的实验方法的学习和实践，可把书本的理论知识与工程实际相结合，加深对理论知识的理解，对培养实践动手能力、观察发现问题和解决问题的能力以及培养学生工程研究能力具有一定的现实意义。2实验目的2.1、了解不同类型的滤波器和它的频谱特性。2.2、掌握滤波器测试的原理。2.3、学会使用频谱仪来完成滤波器的测试。2.4、学会使用频谱仪的测试结果提取滤波器主要参数。3、实验原理滤波器按频率通带范围分类可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。如果按滤波器在射频系统中的用途分类，主要有发射滤波器、接收滤波器和带阻滤波器等。发射滤波器主要用于对发射部分所生成的带外噪声进行限制。放大器和(或)发射系统所生成的宽带噪声如果未得到抑制，经常会对接收系统造成干扰或致使其灵敏度降低。另外，发射噪声可能会干扰同址系统或在发射系统的直接路径（视距）中的其他系统的其他业务。发射滤波器（不包括连接器、电缆或