微波技术实验报告
姓名：徐寿俊
学院：电光学院
班级：09042102
学号：0904210252
二0一二年六月
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实验一 传输线的工作状态及驻波比测量
1． 实验目的
了解无耗传输线（矩形波导）在终端接不同负载时的工作状态。
2． 实验内容 a)
测量传输线终端接不同负载时传输线中的电场幅度沿传播方
向的分布，判定传输线的工作状态 b)
3． 实验原理 a)
所使用的实验仪器及元器件 求出波导波长和驻波比
信号源 同轴-波导变换 铁氧体隔离器 频率计 衰减器 波导测量线 选频放大器
负载（短路负载，开路负载，匹配负载和任意负载）
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b)
原理
传输线的工作状态（电场幅度分布）
在无耗传输线的终端连接不同的负载时，传输线将呈现不同的工作状态。当终端接与传输线特性阻抗相等的匹配负载时，只有入射波，没有反射波，传输线工作在行波状态。行波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图1所示。
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z 0 图1 传输线行波状态电压（电流）幅度沿传播方向的分布 当终端接与短路，开路或纯电抗负载时，终端将发生全反射，传输线工作在纯驻波状态。纯驻波状态下传输线上的电压（电流）幅度沿传输方向的分布如图2所示（以终端短路为例）。 |U|?|I|?I0Z0I03?/25?/4?3?/4?/2?/40 图2 传输线纯驻波状态（终端短路）电压（电流）幅度沿传播方向的 3
分布
测量传输线的工作状态（电场分布）是采用测量线技术。测量线的主体是一段在波导宽边中间开槽的矩形波导，有一根探针通过波导的槽缝伸进波导内，并可以沿传输线移动。当探针位于某一个位置时，与所在位置的电场发生耦合，在探针上产生感应电动势，由检波二极管转换为检波电流，并通过选频放大器指示出来。当探针沿波导移动时，放大器读数就间接地反映了波导内电场大小的分布。将探针位置D与检波电流I的测量值绘制成曲线，即为传输线上的电场幅度分布曲线，由此也就知道了传输线的工作状态。
两个相邻波节点的间距等于
?g2，因此有测出的波节点的位置可以求
得矩形波导的波导波长?g。
电压驻波比计算
电压驻波比描述了负载的匹配特性，是反映传输线上不匹配情况的量，驻波比的定义为：
??Emax (1) Emin即传输线中的电场幅度的最大值与最小值之比。因为测得的是检波电流，而检波电流与电场的关系是I?KEn，n为检波二极管的检波律。在实验中一般为小信号检波，可以取n=2，即平方律检波，则上式（1）可表示为
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12????Imax?? (2) I?min?式中Imax和Imin分别为波腹点和波节点的检波电流值。
4. 实验步骤和结果
实验所用原理框图如图3所示。
信号源 选频放大器
同轴-波导 隔离器 波长计
变换
衰减器 波导测量线
待测负载
图3 实验框图
首先将测量线终端接短路负载，这时在传输线上形成全驻波，然后将探针移到测量线左端的一个波节点，记下探针位置D（mm）和检波电流I（?A）值，以后每向右移动探针2mm，记录一个D和I值，直到测出三个完整的驻波，即出现四次波节点。再将其分布用曲线表示出来。
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记录结果如下图：
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将测量线终端分别换接匹配负载（行波状态）和开口波导（行驻波状态），同样用上述方法进行测量，得到结果如下： 匹配负载：
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开口波导：
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测量传输线终端为开口波导时的Imax和Imin值，用式（2）计算驻波比?如下：
5． 数据分析
由测试数据求得矩形波导的波导波长，并与理论计算结果比较如下：
6．安全说明
在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内（10mW/cm2），不会对人体造成任何伤害。但是，在实验期间，请注意以下事项: a) b) c)
不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看; 不要把身体的任何部位放在传输线的开口端; 在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。
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7．思考题
a. 波导测量线上的槽缝为何开在波导宽边的中间？ b. 信号源为何选用方波调制？
c. 测量线的探针插入波导太深是否会影响测试结果？
d. 为什么所测开口波导的驻波比不是无穷大？如何实现波导的理想开路？
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实验二 微波网络散射参量测试
1． 实验目的
通过用矢量网络分析仪测量负载的阻抗、回波损耗、驻波，以及同轴可变衰减器的插入损耗，掌握矢量网络分析仪的基本使用方法，加深对网络散射参量的认识和理解。
2． 实验内容 （1） （2）
3． 实验原理 a)
所使用的实验仪器及元器件
测量负载的阻抗、回波损耗及驻波 测量同轴可变衰减器的插入损耗
矢量网络分析仪PNA3623（扫频范围：30-3200MHz,双测试通道） 3dB电桥 10dB衰减器
同轴可变衰减器（待测件） b)原理
众所周知，微波元器件的作用是用来控制电磁波的振幅，相位等的变化，这些变化可以用输入驻波比，回波损耗，插入损耗等外部特性参量来描述。而外部特性参量又可以用微波网络参量来表示。因此，首
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先用矢量网络分析仪测量待测元器件的散射参量，然后得到反映元器件特性的外部特性参量。
图1所示为微波二端口网络的示意图。
图1 微波二端口网络示意图
散射参量S的定义为：
???S?U ??r1???11?Ur2???S21???S12??Ui1?? ?S22?U?i2???? (1)
散射参量矩阵[S]中各元素的意义分别为：
S11：当输出端接匹配负载时，输入端口的电压反射系数； S22：当输入端接匹配负载时，输出端口的电压反射系数；
S12：当输入端接匹配负载时，输出端口到输入端口的电压传输系数； S21：当输出端接匹配负载时，输入端口到输出端口的电压传输系数。 因此网络输入端电压反射系数的模? ??
?S11，故输入驻波比为：
1?S111?S11 （2）
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回波损耗(return loss)Lr：回波损耗用来描述反射系数的幅度,有时又称为失配损耗。它与负载反射系数大小有关,其绝对值越大，则表明负载匹配越好，反射越小。引入回波损耗以后，反射系数的大小就可用dB形式来表示。
Lr?10lg1?2??20lg?(dB)??20lgS11(dB) (3)
插入损耗 (Insertion loss)IL：插入损耗定义为网络输出端接匹配负载时，网络输入端入射波功率Pi与负载吸收功率PL之比，即：
IL?PiPL??0Ur2??2Ui1?Ur22?1S212 (4)
用分贝表示，为：
IL?10log1S212(dB) (5)
4． 实验步骤和结果
（1）测量负载的阻抗、回波损耗及驻波 a)
开机（按照说明书要求），把频率范围设为1.8GHz～3.2GHz。
设定BF：1516.2MHz; △F：22.6MHz; EF：3188.6MHz; N=75。 b)
按图2 所示把电桥连接好，并选择测试B端口回损。
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输出 输入A 输入B 电桥 图2负载反射特性测试框图
c)
开路校准：把开路器接上，按 [执行], 光标在Smith圆图上
右端闪烁。
短路校准：把短路器接上，按 [执行], 光标在Smith圆图上左端闪烁。 d)
测负载：接上待测负载（有匹配和适配两种），可用Smith圆
图看出变化趋势。 e)
测回波损耗和驻波
测回波损耗按 [菜单] 选择“对数”，再按 [执行]，即可出现回波损耗曲线；测驻波按 [菜单]，把光标移到 [驻波]，按 [执行] 即可，有四档可选读数范围。读出数据, 列表并画图如下：
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50Ω匹配负载：
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50Ω失配负载：
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（2）测量同轴可变衰减器的插入损耗 a) 按图3所示连接好。
输出 输入A 输入B 待测器件 10dB衰减器 10dB衰减器
图3 待测器件连接框图
b) 在主菜单上按“ ”键光标移到《测：A、B》下，按[→]或[←]键使A为《插损》，B下为空白。 c) 直通校准
按“↓”使光标停在《校：直通》下，按“执行”键，此时为直通状态，测试系统（如电缆，10dB的衰减器）的插入损耗即归零，系统转入测试状态。
d) 测同轴可变衰减器的插入损耗
将待测试的同轴可变衰减器接到两电缆之间，按“主菜单”，用“ ”键把光标移到“对数”，按“执行”即可出现插入损耗曲线，读出数据，列表并画图如下：
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5．安全说明 详见实验一
6．思考题
a. 实验前为什么要进行校准？
b. 经过校准后在测试端口接上匹配和短路负载，史密斯圆图上的光标应落在何处？
c. 参考面移动对测试结果是否有影响？
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