电磁场实验报告

电磁场与微波技术实验实验报告书学院：电子信息学院专业：电子信息工程实验一：功率分接器一、实验目的：1、了解功分器的原理及基本设计方法。2、用实验模组实际测量以了解功分器的特性。3、学会使用MICROWAVE软件对功分器设计及仿真，并分析结果。二、实验仪器及器材：项次设备名称数量备注1MOTECHRF2000测量仪1套亦可用网络分析仪2功分器模组1A、2A2组RF2KM4-1ARF2KM4-2A350Ω终端负载1个LOAD4THRU端子1个THRU（RF2KM）550ΩBNC连接线2条CA-1、CA-261MΩBNC连接线2条CA-3、CA-47MICROWAVE软件1套微波软件三、实验原理：功率分接器是三端口网络结构（3-portnetwork），如图所示。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。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功率衰减器方框图当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=K·P3）两种类型。四、实验步骤：(1)将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000的电源，开机。启动SCOPE2000软件。(2)开始做电阻式功率分接器的S11参数测量。将标号为“RF2KM4-1A”的模块P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2\P3接上50欧姆匹配负载。接好模块后，过几秒钟后按“Band”把频段打到300M-500M，此时是电阻式功率分接器在300MHz-500MHz时的S11的曲线图。(3)接下来做电阻式功率分接器的S21参数测量。将标号为“RF2KM4-1A”的模块PowerDividerPort-1P1Port-3P3Port-2P2P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN,P3接50欧姆匹配负载。过几秒钟后把频段打到300M-500M，此时是电阻式功率分接器在300MHz-500MHz时的S21的曲线图。(4)接下来做威尔金生式功率分接器的S11参数测量。将标号为“RF2KM4-1A”的模块P1端接至RF-2KSWEEP端，P2、P3接50欧姆匹配负载。过几秒钟后把频段打到300M-500M，此时是威尔金生式功率分接器在300MHz-500MHz时的S11的曲线图。(5)接下来做威尔金生式功率分接器的S21参数测量。去掉P2端50欧姆匹配负载，将P2端接到RF-IN端子。过几秒钟后把频段打到300M-500M，此时是威尔金生式功率分接器在300MHz-500MHz时的S21的曲线图。五、实验结果：。六、实验结果分析：由实验数据可知，实验有效实现了将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的目的，即实现了功率分接器的效果。实验二：放大器一、实验目的：1.了解射频放大器的基本原理与设计方法。2.利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3.学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。二、实验仪器及器材：项次设备名称数量备注1MOTECHRF2000测量仪1套亦可用网络分析仪2放大器模组1组RF2KM7-1A350ΩBNC及1MΩBNC连接线4条CA-1、CA-2、CA-3、CA-44直流电源连接线1条DC-15MICROWAVE软件1套微波软件三、实验原理：一个射频晶体放大电路可分为三大部分：二端口有源电路、输入匹配电路及输出匹配电路，如图所示。一般而言，二端口有源电路采用共射极（或共源极）三极管（BJT、FET）电路，此外，还包括直流偏压电路。而输入匹配电路及输出匹配电路大多采用无源电路，即利用电容、电感或传输线来设计电路。一般放大器电路，根据输入信号功率不同可以分为小信号放大器、低噪声放大器及功率放大器三类。而小信号放大器依增益参数及设计要求，可分成最大增益及固定增益两类。而就S参数设计而言，则可有单向设计及双边设计两种。本单元仅就小信号放大器来说明射频放大器之基本理论及设计方法。四、实验步骤：(1)将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000的电源，开机。启动SCOPE2000软件。(2)我们开始做MMIC放大器S11参数测量。将标号为“RF2KM7-1A”的模块P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2接上RF-IN。接好模块后，过几秒钟后按“Band”把频段打到140M-300M。此时是MMIC放大器在140M-300MHz时的S11的曲线图。把频段打到300M-540M。此时是MMIC放大器在300M-540MHz时的S11的曲线图。把频段打到599M-1000M。此时是MMIC放大器在599M-1000MHz时的S11的曲线图。(3)接着做MMIC放大器的S21参数测量。将标号为“RF2KM7-1A”的模块P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接的RF-IN。过几秒钟后把频段打到140M-300M，此时是MMIC放大器在140M-300MHz时的S21的曲线图。把频段打到300M-540M，此时是LLSSSSS22211211'111LLSSSSS22211211'111SSSSSSS11211222'221二端口有源电路输出匹配电路输入匹配电路ΓSΓIN=S’11ΓLGOΓS=ΓIN*ΓL=ΓOUT*GSGLΓOUT=S’22放大器电路方框图RSRLMMIC放大器在300M-540MHz时的S21的曲线图。把频段打到599M-1000M，此时是MMIC放大器在599M-1000MHz时的S11的曲线图。(4)接着做BJT放大器的S11参数测量。将标号为“RF2KM7-1A”的模块P3端接至RF-2KSWEEP端，P4接50欧姆匹配负载。模块接好后，过几秒钟按“Band”把频段打到599M-1000M，此时是BJT放大器在599M-1000MHz时的S11的曲线图。(5)接着做BJT放大器的S21参数测量。去掉P4端的50欧姆匹配负载，将P4端用BNC线接到RF-IN端。模块接好后，过几秒钟按“Band”把频段打到599M-1000M，此时是BJT放大器在599M-1000MHz时的S21的曲线图。五、实验结果：六、实验结果分析：由实验数据可知，该实验有效实现了放大器的效果。实验三：滤波器一、实验目的：1.了解基本低通及带通滤波器之设计方法。2.利用实验模组实际测量以了解滤波器的特性。3.学会使用微波软件对低通和高通滤波器的设计和仿真，并分析结果。二、实验仪器及器材：项次设备名称数量备注1MOTECHRF2000测量仪1套亦可用网络分析仪2低通滤波器模组带通滤波器模组1组RF2KM6-1A350ΩBNC连接线2条CA-1、CA-241MΩBNC连接线2条CA-3、CA-45MICROWAVE软件1套微波设计软件三、实验原理：滤波器是指减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件。是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。（一）分类：以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为低通、高通、带通及带阻四种。若以滤波器的频率响应来分，则常见的有巴特渥兹型、切比雪夫I型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等。若按使用元件来分，则可分为有源型及无源型两类。其中无源型又可分为L-C型及传输线型。而传输线型以其结构不同又可分为平行耦合型、交叉指型、梳型及发针型等等不同结构。（二）滤波器的主要参数：中心频率、截止频率、通带带宽、插入损耗、阻带抑制度等。（三）特性指标：通带截频、阻带截频、转折频率、固有频率等。（四）增益与衰耗：滤波器在通带内的增益并非常数。1）对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益；2）对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数；四、实验步骤：（1）先将RF2000与PC及通过RS232连接，接好RF2000的电源，开机。启动SCOPE2000软件。（2）开始做“低通滤波器”实验，将标号为“RF2KM6-1A”的模块按图示的接法P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2接上50欧姆匹配负载。（3）接好模块以后，过几秒钟按“BAND”把频段打到49M-110M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。（4）开始低通滤波器的S21参数测量，模块标号为“RF2KM6-1A”模块P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN。（5）过几秒钟后把频段打到49M-110M。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。（6）开始做带通滤波器的S参数测量，模块标号为“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2KSWEEP端，P4接50欧姆匹配负载。（7）过几秒钟后把频段打到140M-300,M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。（8）接着做带通滤波器的S31参数测量，模块标号为“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2KSWEEP端，P4RF-2K的RF-IN。（9）过几秒钟后把频段打到140M-300,M软件界面。按BAND可以在各频段间切换，按S11、S21可以切换S11、S21的曲线图。五、实验结果：六、实验结果分析：由实验数据可知，实验有效实现了低通，带通滤波器的效果。实验四、微波波导系统中波长与频率的测量一、实验内容用吸收式波长计测f，用测量线测λg。要求测量f与λg各三组。测量流程图二、实验原理(1)频率的测量频率的测量比较简易的方法是测量波长，然后由波长推算出频率。在分米波与厘米波段，常用谐振式频率计（波长表），见实验教材附录30B图30-10。波长表由传输波导与圆柱形谐振腔构成，连接处用长方形孔作耦合。电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。这是吸收式波长表。(2)波导波长测量（驻波测量线法）波导波长是指在波导管中传播的合成波的两个相邻波峰或波谷之间的距离。它在数值上等于相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍。由于场强在极大值点附近变化缓慢，峰顶位置不易确定，而且探针位于波节点处对场分布的影响最小，所以实际采用测定驻波极小点的位置来求出波导波长。为提高测量精度，通常采用交叉读数法确定波节点的位置，即在波节点附近找出指示器上输出幅度相等的两点的坐标，取这两点坐标的平均值作为波节点的坐标。如下图所示，则222//2/2//1/1xxxxg即3cm固态信号源隔离器可变衰减器波长计测量器选频放大器检波器//2/2//1/1xxxxg图2波导波长测量图3节点附近场的分布U为驻波节点相邻两旁的等指示值，W为等指示度之间的距离，g为波导波长。W与g的测量精度对测量结果影响很大，因此必须用高精度的探针位置指示装置(如百分表)进行读数。三、实验过程经过老师的讲解和学习，学习到以下知识：①三厘米波导测量线是探测三厘米波段的波导中驻波分布情况的仪器。它通常用来测量波导元件、波导系统的驻波系数、阻抗,还可测量波导波长、相移等多种参数,是一种通用的微波测量仪器。②通过外壳上红线对应的刻度读数即可读取波长值③隔离器在此处用来保护电路④衰减器通过调整吸收率来控制信号的强弱⑤检波器，可以通过调节水平面以及垂直面的位置，找到选频放大器指针反应最灵敏的点