1、微波射頻測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：學(xué)院：2016年1月5日微波射頻測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的熟悉一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的組成，熟悉各部分構(gòu)件的匚作原理，熟悉其操作和特性。2、熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作以及測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，簡(jiǎn)要了解其工作原理微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)物圖主要組成部分及其功能矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：對(duì)即領(lǐng)域的放大器、衰減器、天線、同軸電纜、濾波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔離器、環(huán)形器等即器件進(jìn)行幅頻特性、反射特性和相頻特性測(cè)量。同軸線：連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和校準(zhǔn)元件或測(cè)量元件。校準(zhǔn)元件：對(duì)微波同軸側(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行

2、使用前校準(zhǔn)，以盡量減小系統(tǒng)誤差。測(cè)量元件：待測(cè)量的原件（如天線、濾波器等），可方便地通過(guò)同軸線和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連起來(lái)。2.掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作以及測(cè)量方法。a）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的面板組成以及各部分功能（1）CRT顯示器顯示儀器當(dāng)前工作狀態(tài)和測(cè)試結(jié)果。(2)BEGIN(開始)在測(cè)量放大器、濾波器、寬帶無(wú)源器件、電纜等被測(cè)時(shí)能快速、簡(jiǎn)便的配置儀器，可引導(dǎo)用戶完成初始步驟，根據(jù)用戶的選擇自動(dòng)配置儀器。（3）ENTRY（數(shù)據(jù)輸入）數(shù)字鍵、旋輪和上下鍵，用于數(shù)據(jù)輸入。（4）SYSTEM（系統(tǒng)功能）SAVERECALL：存儲(chǔ)或調(diào)用數(shù)據(jù)。HARDCOPY：打印或者存儲(chǔ)測(cè)量曲線、數(shù)據(jù)。SYSTEMOPTIO

3、NS：系統(tǒng)選項(xiàng)。(5)PRESET(復(fù)位)復(fù)位儀器。(6)CONFIGURE(配置)SCALE：設(shè)置垂直方向的分辨率和參考位置等。DISPLAY：顯示設(shè)置。CAL：校準(zhǔn)菜單。MARKER：頻標(biāo)功能鍵。FORMAT：數(shù)據(jù)顯示格式。AVG：平均功能設(shè)置和中頻帶寬設(shè)置。(7)SOURSE(源)FREQ：頻率設(shè)置。SWEEP：設(shè)置掃描方式、掃描時(shí)間。POWER：RF信號(hào)輸出開關(guān)或者設(shè)置RF信號(hào)輸出功率。MENU：設(shè)置掃描點(diǎn)數(shù)及單次掃描、連續(xù)掃描或保持等。（8）MEAS（測(cè)量通道）MEASL設(shè)置通道1的測(cè)量方式。MEAS2：設(shè)置通道2的測(cè)量方式。（9）軟鍵對(duì)應(yīng)的功能顯不在左邊顯不屏上。（10）亮度調(diào)節(jié)旋

4、鈕調(diào)節(jié)顯示器亮度。（11）電源開關(guān)打開或關(guān)閉整機(jī)電源。（12）U盤接口Usb盤接口（13）RFOUT（射頻輸出）射頻信號(hào)輸出口，N型K頭。（14）RFIN（射頻輸入）射頻信號(hào)輸入口，N型K頭。b）S參數(shù)測(cè)量3后驟將一個(gè)待測(cè)的二端口網(wǎng)絡(luò)通過(guò)同軸線接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，組成一個(gè)微波同軸測(cè)量系統(tǒng)然后經(jīng)過(guò)SOLT校準(zhǔn),消除系統(tǒng)誤差：在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上調(diào)處S參數(shù)測(cè)量曲線，讀出相應(yīng)的二端口網(wǎng)絡(luò)的S參量，保存為s2P數(shù)據(jù)格式和cst數(shù)據(jù)格式的文件。c）看開路校準(zhǔn)件的電容值設(shè)定（校準(zhǔn)系數(shù)）在校準(zhǔn)菜單下的CalKit（校準(zhǔn)件）選項(xiàng)里，打開校準(zhǔn)件的開路件對(duì)話框d）看短路校準(zhǔn)件的電感值設(shè)定（校準(zhǔn)系數(shù)）在校準(zhǔn)菜單下的C

5、alKit（校準(zhǔn)件）選項(xiàng)里，打開校準(zhǔn)件的短路件對(duì)話框e）用Smith圓圖顯示所測(cè)結(jié)果以及如何與直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換TOOLS工具欄下，下拉選項(xiàng)中可得到simth圓圖的顯示以及轉(zhuǎn)換點(diǎn)角坐標(biāo)f）如何保存所測(cè)數(shù)據(jù)，以及可存的數(shù)據(jù)格式點(diǎn)擊【文件】【另存為，然后選擇相應(yīng)的保存目錄可保存的數(shù)據(jù)格式為.jpg圖片格式。g）了解儀器提供的校準(zhǔn)方法（SOLD儀器提供SOLT校準(zhǔn)方法,TRL校準(zhǔn)方法等集中校準(zhǔn)方法，實(shí)驗(yàn)中使用SOLT校準(zhǔn)方法，即短接、開路、負(fù)載和直通。三、思考題1、是否可以直接進(jìn)行電路參數(shù)的測(cè)量，為什么？如何從測(cè)量的S參數(shù)導(dǎo)出電路參數(shù)。（給出S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式，以及如何在ADS中應(yīng)用。）答：不可以，

6、因?yàn)槲⒉ㄍS測(cè)量系統(tǒng)只能對(duì)于微波的入射和反射的電壓電流關(guān)系進(jìn)行分析。S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式如下:rzllzl2i=+sllsl2irl-sll-sl2i_,lz21z22Is211+S22”s21ls22實(shí)驗(yàn)二微波同軸測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法以及精度。2、熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準(zhǔn)步驟以及校準(zhǔn)精度驗(yàn)證方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、總結(jié)常用微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，比如TRL和SOLT,了解其校準(zhǔn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。SOLT校準(zhǔn)能夠提供優(yōu)異的精度和可重復(fù)性。這種校準(zhǔn)方法要求使用短路、開路和負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件。如果被測(cè)件上有雌雄連接器，還需要分別為雌雄連接提供對(duì)應(yīng)

7、的標(biāo)準(zhǔn)件，連接兩個(gè)測(cè)量平面，形成直通連接。SOLT校準(zhǔn)方法使用12項(xiàng)誤差修正模型，其中被測(cè)件的正向有6項(xiàng)，反向有6項(xiàng)。圖2顯示了正向誤差項(xiàng)：ED（方向）、ES（源匹配）、EL（負(fù)載匹配）、ERF（反射跟蹤）、ETF（發(fā)射跟蹤）和EX（串?dāng)_）。操作正確的話，SOLT可以測(cè)量百分之一分貝數(shù)量級(jí)的功率和毫度級(jí)相位。常用的校準(zhǔn)套件中都包含SOLT標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件。這些校準(zhǔn)件包括各種連接器類型，并且價(jià)格相對(duì)便宜，小心使用的話可以用很多年。圖2,使用1純誤差模型流程圖描述圖1中顯示的系統(tǒng)諛差.一個(gè)海程圖顯示正向誤差（這里顯示了SD,另一個(gè)流程圖顯示反向誤差（另外6項(xiàng).這里未顯示）有的SOLT校準(zhǔn)套件包含滑動(dòng)負(fù)載

8、，因此可改變路徑的線路長(zhǎng)度，同時(shí)保持恒定的負(fù)載阻抗（通常為500或75。）o滑動(dòng)負(fù)載在高頻時(shí)尤為重要，因?yàn)樵谶@種情況下很難實(shí)施良好的固定負(fù)載。線路長(zhǎng)度的變化會(huì)直接成比例地改變電長(zhǎng)度，導(dǎo)致測(cè)量路徑中發(fā)生相移。通過(guò)在校準(zhǔn)過(guò)程中使用幾種不同長(zhǎng)度的線路和相應(yīng)的相移，可以更精確地測(cè)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的方向性（圖3）。圖3使用滑動(dòng)負(fù)我可以提高高頻方向性貨量的校準(zhǔn)精度.雙向直通S0L通常稱為“未知直通”。這種方法允許在遵守一些基本原則的條件下，在校準(zhǔn)過(guò)程中使用電纜、電路板線軌或Ecal模塊作為直通路徑。當(dāng)處理非插入式設(shè)備（具有同性或不兼容的連接器，在校準(zhǔn)期間需要使用適配器才能建立直通連接）時(shí)，未知直通尤為有用。該

9、適配器會(huì)給校準(zhǔn)帶來(lái)一個(gè)誤差。未知直通因?yàn)闊o(wú)需使用精密的或經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的適配器，并且可以最大限度地減少校準(zhǔn)期間的電纜移動(dòng)，所以非常有用。它通常比其他需要去除適配器的方法更方便、更精確。TRL校準(zhǔn)極為精確，在大多數(shù)情況下，精確度甚至超過(guò)SOLT校準(zhǔn)。然而絕大多數(shù)校準(zhǔn)套件中都不包含TRL標(biāo)準(zhǔn)件。在要求高精度并且可用的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件與被測(cè)件的連接類型不同的情況下，一般采用TRL校準(zhǔn)。使用測(cè)試夾具進(jìn)行測(cè)量或使用探頭進(jìn)行晶圓上的測(cè)量，通常都屬于這種情況。因此，某些情況下需要構(gòu)建和表征與被測(cè)件配置介質(zhì)類型相同的標(biāo)準(zhǔn)件。制造和表征三個(gè)TRL標(biāo)準(zhǔn)件比制造和表征四個(gè)SOLT標(biāo)準(zhǔn)件更容易。TRL校準(zhǔn)還有另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：標(biāo)準(zhǔn)

10、件不需要像SOLT標(biāo)準(zhǔn)件那樣進(jìn)行完整或精確的定義。雖然SOLT標(biāo)準(zhǔn)件是完全按照標(biāo)準(zhǔn)的定義進(jìn)行表征和儲(chǔ)存，而TRL標(biāo)準(zhǔn)件只建立模型而不進(jìn)行完整表征，但是TRL校準(zhǔn)的精度與TRL標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量和可重復(fù)性成正比。物理中斷（例如傳輸線路彎曲和同軸結(jié)構(gòu)中的焊縫）將會(huì)降低TRL校準(zhǔn)的精度。接口必須保持清潔并允許可重復(fù)的連接。2、掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準(zhǔn)步驟以及校準(zhǔn)精度驗(yàn)證方法。a）校準(zhǔn)前測(cè)量各校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù)開路短路比例lOXXXkiB匹配直通b）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SOLT的校準(zhǔn)步驟（1） 按CAL鍵激活校準(zhǔn)菜單（2） 按'StartCal'鍵進(jìn)入下一級(jí)

11、校準(zhǔn)菜單（3） 按4Two-PortPlP2'鍵選擇2端口校準(zhǔn)，并進(jìn)入下一級(jí)菜單（4） 按T0SM'鍵選擇T0SM校準(zhǔn)方式，選擇正確的接頭形式（Connector）,注意這里的接頭指的是測(cè)試電纜的接頭形式，不是標(biāo)準(zhǔn)件的接頭形式，以及正確的校準(zhǔn)件（CalibrationKit）的型號(hào)。（5） 點(diǎn)擊“Next”鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)菜單，S0LT校準(zhǔn)共有7個(gè)步驟：在1端口接開路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開路open”。在1端口接短路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“短路Short”。在1端口接負(fù)載校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊”負(fù)載Load”。在2端口接開路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開路Open”。在2端口接短路校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)

12、擊“短路Short”。在2端口接負(fù)載校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“負(fù)載Load”。在1端口和2端口之間接直通校準(zhǔn)件，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“直通Through",同時(shí)下方的"Apply”鍵也生效。點(diǎn)擊“Apply也使校準(zhǔn)數(shù)據(jù)生效。c）校準(zhǔn)后測(cè)量各校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù)開路校準(zhǔn)后負(fù)載月存為定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用戶狀森.短路校港后奐載另存為一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用戶匹配保存tt«|5.OOOd8另存為定義物8存儲(chǔ)用戶的甌校準(zhǔn)后負(fù)或-直通另存為HUB存佬用戶狀本d）比較校準(zhǔn)前后校準(zhǔn)件（開路、短路、匹配和直通）的S參數(shù)，解釋說(shuō)明各條曲線，并指出所做校準(zhǔn)的精度情況分析比較校準(zhǔn)前后的數(shù)據(jù)可

13、以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后有效的減少了原來(lái)的誤差,帶寬的微弱變化雖然很小，但是對(duì)于誤差來(lái)說(shuō)還是足夠證明每次連接測(cè)量器件之前校準(zhǔn)步驟都是必要的，而且在校準(zhǔn)過(guò)程中，有校準(zhǔn)之后的圖形可分析：在Smith圓圖上，開路和短路不再是一圈圈纏繞的紋，已經(jīng)減少到靠近開路和短路點(diǎn)的一段線，匹配點(diǎn)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后已經(jīng)非常接近理論上的一個(gè)點(diǎn)而不是一個(gè)區(qū)域。所以，校準(zhǔn)之后的測(cè)量才是符合實(shí)際的近乎標(biāo)準(zhǔn)值，在未校準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行的測(cè)量只能大概估計(jì)下元件的類型及帶寬，對(duì)于精確的參數(shù)測(cè)量未校準(zhǔn)時(shí)是完全不符合標(biāo)準(zhǔn)的。3、自制TRL校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)，編制TRL校準(zhǔn)程序。推導(dǎo)出所用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差模型，并以Matlab畫圖的形式給出。實(shí)驗(yàn)三利用微波同

14、軸測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際器件測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、利用SOLT校準(zhǔn)方法進(jìn)行微波同軸測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn).2、測(cè)量天線和濾波器的實(shí)際性能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果，并通過(guò)測(cè)量結(jié)果了解天線和濾波器的工作原理以及性能a）天線和濾波器的S參數(shù)測(cè)量曲線天線的S11測(cè)量曲線濾波器的S11測(cè)量曲線濾波器的S21曲線b)通過(guò)分析其S參數(shù)，了解天線和濾波器所組成的網(wǎng)絡(luò)的特性。S11是S參數(shù)中的一個(gè)，表示回波損耗特性，一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)看其損耗的dB值和阻抗特性。此參數(shù)表示天線的發(fā)射效率好不好，值越大，表示天線本身反射回來(lái)的能量越大，這樣天線的效率就越差。對(duì)于濾波器來(lái)說(shuō)，通帶增益主要由濾波器的S21參數(shù)確定。阻帶增益也主

15、要由濾波器的S21參數(shù)確定。通帶反射系數(shù)由濾波器的S11參數(shù)確定。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要是以濾波器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)。S21(S12)是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及增益、衰減全都表現(xiàn)在S21(S12)隨頻率變化的曲線上。Sil(S22)參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，如果反射系數(shù)過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗增大，影響系統(tǒng)的前后級(jí)匹配，使系統(tǒng)性能下降。對(duì)于天線，由于是單端口器件，故只有S11的結(jié)果，在工作頻率點(diǎn)處，S11（回波損耗）很小，即全部能量發(fā)射出去。對(duì)于濾波器，可以看出，是良好的帶通濾波器，且同頻帶較窄2、在分別經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)和沒(méi)有校準(zhǔn)的情況下測(cè)量天線和灌波器的性能，比較兩類測(cè)量結(jié)果，a）

16、未校準(zhǔn)和校準(zhǔn)后天線和濾波器測(cè)量曲線比較天線未校準(zhǔn)天線*光除2蟒3更多光快煙翅光林任光軾也娟I校準(zhǔn)后天線調(diào)整前后，天線的曲線更平滑了，且方向性變好了，更有助于接收和校準(zhǔn)后的S11測(cè)量曲線發(fā)射信號(hào)濾波器未校準(zhǔn)的SU測(cè)量曲線為校準(zhǔn)的S12測(cè)量曲線校準(zhǔn)后的S12測(cè)量曲線LJ光標(biāo)11SAM1till）對(duì)扎根/分析如激勵(lì)勺）】*）帝助Qp隔離未校準(zhǔn)前*d）孰迫AliUa）麗op光狀/分析偃）朝心】KjKOP不肋2013八”1216%1比例IEE曬日O團(tuán)gl型rs3G0.OCOUMz-*止.38。8GHz隔離校準(zhǔn)后©較進(jìn)/通也也）RE（2）大疥陰析如逆位國(guó)戲拗等布勒第2013/11/12J6：39

17、mtti比mIEEE屋13揖】3，】“216：SJ文件9內(nèi)金/tl迨工）叫比根/分榜如熱曲琰功能也代勒M物誣1比例I比例自就網(wǎng)謂自動(dòng)比例經(jīng)考值申延時(shí)相傳的耦合校準(zhǔn)后anio。）標(biāo),$-制&n610361D-1633D-父9SDI<6390TS.A。文件如US.61A1）響叱】無(wú)分/分析已超力電加）超心比例射明區(qū)mifii七標(biāo)、239：OSGMr-2F24Fg沿口更多Z013/UZ1Z16：2V比伊自動(dòng)比例潮自動(dòng)比例比例叁考值參考位直fS3Q0田知第1T3.8K3K:n兩片：Fftt38.COJWfc-文件（D幣節(jié)庶舊響百勵(lì)炳/X祈如雨勵(lì)動(dòng)定M布陟g20J3/Jiruie.3-直通

18、校準(zhǔn)后文伴©5WL/AB©碩化）光標(biāo)嘮析魚）檄囂功國(guó)也必助出）20,3以1/1216,帶通濾波器1的S11參數(shù)曲線可以看出，衰減到10dB,S參數(shù)突變小，表明在此頻率范圍內(nèi)系統(tǒng)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)帶通，但是校準(zhǔn)前后最大衰減量:變大，說(shuō)明濾波在中心頻率處性能更好。b）結(jié)合實(shí)險(xiǎn)二指出對(duì)于三個(gè)器件，十一項(xiàng)誤差模型中哪個(gè)誤差項(xiàng)的影響比較大，原因是什么？實(shí)驗(yàn)二指出對(duì)于三個(gè)器件，十二項(xiàng)誤差模型中影響比較大的誤差項(xiàng)為：ETF、ETR傳輸跟蹤誤差和ERF、ERR反射跟蹤誤差，因?yàn)闇y(cè)試電纜等在工作頻帶范圍內(nèi)其特性都會(huì)存在變化。c）通過(guò)測(cè)量結(jié)果分析三個(gè)器件的工作原理天線工作原理：天線是一種變換器，它把傳

19、輸線上傳播的導(dǎo)行波變換成在無(wú)界媒介中傳播的電磁波，或者相反的變換，在無(wú)線電設(shè)備中用來(lái)發(fā)射或接受電磁波，一般天線都具有可逆性，同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線，同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的，這稱為天線的互易定理。由實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果可知，天線可以接收到特定頻段的信號(hào)，而對(duì)其余頻段的信號(hào)則不會(huì)接受，在設(shè)計(jì)天線時(shí)可以有不同的內(nèi)部構(gòu)造，以根據(jù)不同的需求讓天線接受不同頻段的信號(hào)。漉波器工作原理：濾波器是減少或消除諧波對(duì)電力系統(tǒng)影響的電氣部件，濾波器可以用于消除干擾，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到特定頻段的信號(hào)，父寸特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率，濾波，本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號(hào)中提