微波技术基础实验指导书

微波技术基础实验指导书

郭伟 陈柯 编

华中科技大学电信系

前 言

与更早时期定位在波导与场论相比，现代微波工程中占支配地位的内容是分布电路分析。当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析。当今微波工程师所使用的基本工具是微波CAD（计算机辅助设计）软件和网络分析仪，而微波技术的教学必须对此给出回应，把重点转移到网络分析、平面电路和元器件以及有源电路设计方面。微波技术仍总离不开电磁学（许多较为复杂的CAD软件包要使用严格的电磁场理论求解），而学生仍将从揭示事物的本质中受益（诸如波导模式和通过小孔耦合），但是把重点改变到微波电路分析和设计上这一点是不容置疑的。

微波与射频（RF）技术已蔓延到了各个方面。在商业等领域，更是如此，其现代应用包括蜂窝电话、个人通信系统、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、用于广播和电视的直播卫星、全球定位系统（GPS）、射频识别标识（identification tagging）、超宽频带无线通信和雷达系统以及微波环境遥感系统。防卫系统继续大量地依靠微波技术用于无源和有源测向、通信以及武器操控系统。这样的业务发展态势意味着，在可预见的将来，在射频和微波工程方面不存在缺少挑战性的课题；同时对于工程师们，显然需要领悟微波技术的基本原理，同样需要把这些知识应用于实际感兴趣问题的创造能力。

本微波技术基础教学实验的设置，就是为了使学生通过实验更多地获得有关微波器件的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能方面的理性和感性认识，真正掌握时域和频域、传输线、微波电路等基本的概念，并学会使用重要的微波测试仪器。

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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

1．学习矢量网络分析仪的基本工作原理；

2．初步掌握AV3620矢量网络分析仪的操作使用方法；

3．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； 4．通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。

二 实验原理

1. 矢量网络分析仪的工作原理

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。而现代微波工程中测量微波电路S参数最常用的设备就是矢量网络分析仪，它是一种可以测量微波信号幅度和相位的仪器。

通过测量S参数，矢量网络分析仪可测得微波电路和器件的反射特性和传输特性，其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。

矢量网络分析仪的信号源产生一测试信号，当测试信号通过待测件时，一部分信号被反射，另一部分则被传输。图1-1 说明了测试信号通过待测器件（DUT）后的响应。

图1-1 DUT对信号的响应

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以我们现在使用的AV3620矢量网络分析仪为例，其原理框图如图1-2 所示：合成信号源产生30k～3GHz 的信号，此信号与幅相接收机中心频率实现同步扫描；S参数测试装置用于分离被测件的入射信号R、反射信号A 和传输信号B；幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号，为了真实测量出被测网络的幅度特性、相位特性，要求在频率变换过程中，被测信号幅度信息和相位信息都不能丢失，因此必须采用系统锁相技术；显示部分将测量结果以各种形式显示出来。

图1-2 AV3620 型矢网整机原理框图

AV3620矢网的工作原理如下，由内置合成信号源产生30k～3GHz的信号，经过S参数测试装置分成两路，一路作为参考信号R，另一路作为激励信号，激励信号经过被测件后产生反射信号A和传输信号B，由S 参数测试装置进行分离，R、A、B 三路射频信号在幅相接收机中进行下变频，产生4kHz的中频信号，由于采用系统锁相技术，合成扫频信号源和锁相接收机同在一个锁相环路中，共用同一时基，因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在4kHz 的中频信号中，此中频信号经A/D 变换器转换为数字信号，嵌入式计算机和数字信号处理器（DSP）从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出被测网络的S 参数，最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。

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图1-3 AV3620 型矢网整机内部结构框图

◆ 合成信号源：由30k~3GHz YI-G 振荡器、3.8GHz介质振荡器、源模块组件、

时钟参考和小数环组成。

◆ 测试装置： 由定向耦合器和开关构成，用于分离反射信号和入射信号。 ◆ 接收机： 由取样/混频器、中频处理和数字信号处理等部分组成，用于信号

的下变频及中频数字信号处理。

◆ 显示： 由图形处理器、高亮度LCD 显示器、逆变器组成，用于字符和图形

的高亮度、高速显示。

2. AV3620矢量网络分析仪简介

2.1 结构特征

我们实验使用的是四十一所生产的一体化矢量网络分析仪AV3620，本节将介绍AV3620的前面板和后面板的基本按键与接口的设置说明。

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