微波测量实验报告 北邮

微波射频测量实验实验报告学院：班级：学号：姓名：班内序号：指导老师：实验一微波同轴测量系统的熟悉一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，熟悉其操作和特性。2、熟悉矢量网络分析仪的操作以及测量方法。二、实验内容1、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。注意在实验报告中需画出微波同轴测量系统图，并说明各元件和仪器在系统中作用2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。注意在实验报告中给出仪器使用报告包括下列内容：a)矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能i.微波同轴测量系统实物图ii.主要组成部分及其功能矢量网络分析仪：对RF领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔离器、环形器等RF器件进行幅频特性、反射特性和相频特性测量。同轴线：连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。测量元件：待测量的原件（如天线、滤波器等），可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。iii.矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能（1）CRT显示器显示仪器当前工作状态和测试结果。（2）BEGIN（开始）在测量放大器、滤波器、宽带无源器件、电缆等被测时能快速、简便的配置仪器，可引导用户完成初始步骤，根据用户的选择自动配置仪器。（3）ENTRY（数据输入）数字键、旋轮和上下键，用于数据输入。（4）SYSTEM（系统功能）SAVERECALL：存储或调用数据。HARDCOPY：打印或者存储测量曲线、数据。SYSTEMOPTIONS：系统选项。（5）PRESET（复位）复位仪器。（6）CONFIGURESCALE：设置垂直方向的分辨率和参考位置等。（配置）DISPLAY：显示设置。CAL：校准菜单。MARKER：频标功能键。FORMAT：数据显示格式。AVG：平均功能设置和中频带宽设置。（7）SOURSE（源）FREQ：频率设置。SWEEP：设置扫描方式、扫描时间。POWER：RF信号输出开关或者设置RF信号输出功率。MENU：设置扫描点数及单次扫描、连续扫描或保持等。（8）MEAS（测量通道）MEAS1：设置通道1的测量方式。MEAS2：设置通道2的测量方式。（9）软键对应的功能显示在左边显示屏上。（10）亮度调节旋钮调节显示器亮度。（11）电源开关打开或关闭整机电源。（12）U盘接口Usb盘接口（13）RFOUT（射频输出）射频信号输出口，N型K头。（14）RFIN（射频输入）射频信号输入口，N型K头。b)S参数测量步骤（1）将一个待测的二端口网络通过同轴线接入矢量网络分析仪，组成一个微波同轴测量系统（2）然后经过SOLT校准,消除系统误差；（3）在矢量网络分析仪上调处S参数测量曲线，读出相应的二端口网络的S参量，保存为s2p数据格式和cst数据格式的文件。c)如何用Smith圆图显示所测结果以及如何与直角坐标转换TOOLS工具栏下，下拉选项中可得到simth圆图的显示以及转换直角坐标d)如何保存所测数据，以及可存的数据格式点击【文件】【另存为】，然后选择相应的保存目录可保存的数据格式为.jpg图片格式。e)开路校准件的电容值设定(校准系数)在校准菜单下的CalKit（校准件）选项里，打开校准件的开路件对话框。对应公式：C(f)=C0+C1f+C2f2+C3f3f)短路校准件的电感值设定(校准系数)在校准菜单下的CalKit（校准件）选项里，打开校准件的短路件对话框。对应公式：C(f)=L0+L1f+L2f2+L3f3g)仪器提供什么样的校准方法仪器提供SOLT校准方法，TRL校准方法等集中校准方法，实验中使用SOLT校准方法，即短接、开路、负载和直通。三、思考题1、是否可以直接进行电路参数的测量，为什么？如何从测量的S参数导出电路参数答：不可以，因为微波同轴测量系统只能对于微波的入射和反射的电压电流关系进行分析。S参数到Z参数的转换公式如下：[Z]=([1]-[S])-1([1]+[S])实验二微波同轴测量系统校准方法一、实验目的1、了解常用微波同轴测量系统的校准方法以及精度。2、熟悉矢量网络分析仪的SOLT校准步骤以及校准精度验证方法。二、实验内容1、总结常用微波同轴测量系统的校准方法，了解其校准原理和优缺点。注意在实验报告中需给出各校准方法所用校准件以及说明其工作原理，画出各校准方法所用的误差模型，并解释各误差项①所用标准件SOLT:短路标准件、开路标准件、负载标准件和直通线TRL：直通标准件、反射标准件和直通线②工作原理：利用各种校准件，求出在不同条件下的外部参数，利用一系列的运算，导出误差盒的特征储存在仪器内部，然后就可以从测量数据计算出经过误差校准的S参量。③误差模型EDF，EDR：反射参数，衡量VNA耦合器分离前向波和反射波程度，数值越大越好。小的反射参数会导致信号的耦合泄漏。ERR，ERF：传输参数，误差与反射测量相关，可以用短路和屏蔽开路校准件进行测量。EXF，EXR：隔离，串扰，误差与串扰相关，可以通过测量接匹配负载的1口和2口来确定。ESF，ESR以及ELF，ELR：信号源匹配和负载匹配，指信号源与50欧姆负载的匹配程度以及负载的质量，这些误差可以通过测量S11和S22确定。ETF，ETR：传输参数，误差与传输测量相关，通过测量1、2口互连时的传输确定。网络分析仪的校准即是通过数学的方法消除以上误差项，得到被测器件真实参量(Sa11，Sa12，Sa21，Sa22)的过程。④TRL和SOLT的优缺点TRL方法：计算简单，但该方法需要网络分析仪具有四个接收机，分别检测信号a0,a1,b0,b3（以正向为例）;SOLT方法：只需要三个校准件，分别检测信号a0,b0,b3；TRL方法：仅需要简单的校准件，不需要理想的强反射件（理想的开路或短路），并且传输线校准件比较容易实现;SOLT方法：需要很多的校准件，并且校准件的性能指标对校准结果的影响较大；SOLT方法：比较适用于同轴环境，也可以用于高频探针和在片测量;TRL方法：比较适用与非同轴环境，例如共面波导，微带线等；TRL方法：传输线的工作频带和起始频率的关系是8：1，因此TRL校准是窄带的，宽带的TRL校准需要多个不同长度的线，这样会浪费面积；SOLT方法：是宽带的。SOLT校准方法得到的测试结果明显优于TRL。另外在校准和测试过程中，采用TRL校准方式的测试由于不同的传输线适应不同带宽的校准频率范围，校准和测试必须分段进行，所以在测试结果中可以看到曲线的不连续性。2、掌握矢量网络分析仪的SOLT校准步骤以及校准精度验证方法。注意在实验报告中包括下列内容：a)校准前测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）S参数，并保存数据1)直通2)短路3)开路4)负载b)矢量网络分析仪SOLT的校准步骤(1)按CAL键激活校准菜单;(2)按‘StartCal’键进入下一级校准菜单;(3)按‘Two-PortP1P2’键选择2端口校准，并进入下一级菜单;(4)按‘TOSM’键选择TOSM校准方式，选择正确的接头形式（Connector），注意这里的接头指的是测试电缆的接头形式，不是标准件的接头形式，以及正确的校准件（CalibrationKit）的型号。(5)点击“Next”键，进入校准菜单，SOLT校准共有7个步骤：①在1端口接开路校准件，用鼠标点击“开路open”。②在1端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”。③在1端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”。④在2端口接开路校准件，用鼠标点击“开路Open”。⑤在2端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”。⑥在2端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”。⑦在1端口和2端口之间接直通校准件,用鼠标点击“直通Through”,同时下方的”Apply”键也生效。点击“Apply”，使校准数据生效。c)校准后测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）S参数，并保存数据1)直通2)短路3)开路4)负载d)比较校准前后校准件（开路、短路、匹配和直通）的S参数，解释说明各条曲线，并指出所做校准的精度情况答：分析比较校准前后的数据可以发现，经过校准后有效的减少了原来的误差，带宽的微弱变化虽然很小，但是对于误差来说还是足够证明每次连接测量器件之前校准步骤都是必要的，而且在校准过程中，有校准之后的图形可分析：在Smith圆图上，开路和短路不再是一圈圈缠绕的线，已经减少到靠近开路和短路点的一段线，匹配点经过校准后已经非常接近理论上的一个点而不是一个区域。所以，校准之后的测量才是符合实际的近乎标准值，在未校准时进行的测量只能大概估计下元件的类型及带宽，对于精确的参数测量未校准时是完全不符合标准的。3、自制TRL校准件进行校准，编制TRL校准程序。推导出所用矢量网络分析仪的误差模型，并以Matlab画图的形式给出。代码T1=load('T11.s2p');%直通测量参数文件读取T2=load('T21.s2p');%直通测量参数文件读取R_1=load('R11.s1p');%端口1反射测量参数文件读取L1=load('L11.s2p');%传输线测量参数文件读取L2=load('L12.s2p');%传输线测量参数文件读取[m,n]=size(L1)f=T1(1:m,1);T_11=10.^(T1(1:m,2)./10)%T1(1:m,2);T_12=10.^(T2(1:m,4)./10)%T2(1:m,4);R_11=10.^(R_1(1:m,2)./10)%R_1(1:m,2);L_11=10.^(L1(1:m,2)./10)%L1(1:m,2);L_12=10.^(L2(1:m,4)./10)%L2(1:m,4);S_11=zeros(m);S_12=zeros(m);S_21=zeros(m);S_22=zeros(m);D_11=zeros(m);D_12=zeros(m);D_21=zeros(m);D_22=zeros(m);M_11=zeros(m);M_12=zeros(m);M_21=zeros(m);M_22=zeros(m);S=zeros(2,2);%对应矩阵【ABCD】M=zeros(2,2);%对应矩阵【A^mB^mC^mD^m】DUT=zeros(2,2);%对应矩阵【A'B'C'D'】qijian11=load('trl_ouheqi_zhitong_s11.s2p');%注意，数据文件开头删除，只保留纯数据，以耦合器_直通为例qijian_s11=10.^(qijian11(1:m,2)/10);%gongfenqi11(1:m,2);qijian21=load('trl_ouheqi_zhitong_s21.s2p');qijian_s21=10.^(qijian21(1:m,4)/10);%gongfenqi21(1:m,4);P11=[];%用于作图校准前P12=[];P21=[];P22=[];P_11=[];%校准后P_12=[];P_21=[];P_22=[];e_11=[];%误差矩阵e_12=[];e_21=[];e_22=[];fori=1:me=(L_12(i)^2+T_12(i)^2-(T_11(i)-L_11(i))^2-sqrt((L_12(i)^2+T_12(i)^2-(T_11(i)-L_11(i))^2)^2-4*L_12(i)^2*T_12(i)^2))/(2*L_12(i)*T_12(i))S_22(i)=(T_11(i)-L_11(i))/(T_12(i)-L_12(i)*e);S_11(i)=T_11(i)-S_22(i)*T_12(i);S_12(i)=sqrt(T_12(i)*(1-S_22(i)^2));S_21(i)=S_12(i);S(1,1)=S_11(i);S(1,2)=S_12(i);S(2,1)=S_21(i);S(2,2)=S_22(i);M_11(i)=qijian_s11(i);