微波技术实验
实验一衰减器
1、实验设置的意义
在射频和微波传输系统中，通常需要控制功率电平，改善动态范围，衰减器有时作为一个去耦元件减小后级对前级的影响，也可以作为比较功率电平相对标准。从射频和微波网络观点来看，衰减器是一个二端口有耗微波网络，它属于通过型微波元件。
2、实验目的
1、学会用频谱分析仪测量功率衰减器的各项参数
2、了解衰减器结构特点，设计方法。
3、实验原理
功率衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件，它是一个双端口网络结构，其技术指标包括衰减器的工作频带、衰减量、功率容量、回波损耗。
衰减量：如图7-1所示，其信号输入端（Port-1）的功率为P
1
，而其
输出端（Port-2）的功率为P
2。若P
1
、P
2
以分贝毫瓦（dBm）来表示，且衰
减器之功率衰减量为AdB，则两端功率间的关系，可写成：
P
2(dBm) = P
1
(dBm) – AdB 亦即
)
(
P
)
(
P
10log
AdB
1
2
mW
mW
的承受功率超过这个极限，衰减器就会烧毁。
回波损耗：回波损耗就是衰减器的驻波比。
集中参数衰减器是利用电阻构成T型或π形网络来实现的，其设计方法说明如下:
（一）[固定型]（Fixed Attenuator）
此型电路仅利用电阻来设计。按结构可分成[T形] 及[π形], 如图7-2(a)(b)所示。
根据电路两端使用的阻抗不同，可分为[同阻抗式]、[异阻抗式]。 A. [同阻抗式]
（a ）[T 形同阻抗式]（Z 1=Z 2=Z 0）
11211210
10
+-?
==-?==αααα
αZo Rs Rs Zo
Rp A
（b ）[π形同阻抗式]
1
1
212110
10
-+?
==?-==ααα
ααZo Rp Rp Zo
Rs A
B.[异阻抗式]（Z1≠Z2） （a ）[T 形异阻抗式]
（b ）[π形异阻
抗式]
Rp Z Rs Rp Z Rs Z Z Rp A --+?=--+?=-???==1
1221
1111
2
121010
ααααααα1
1
10
11121211111122
1)1(10--?
??
?
??--+?=?
??
? ??--+?=???-==Rs Z Rp Rs Z Rp Z Z Rs A ααααα
αα
4、实验设备
AT6030D频谱分析仪 1台
衰减器模块 1个
5、实验内容
测量衰减器的衰减量
6、实验步骤
6.1、调节AT6030D频谱仪的中心频率fc=1500HMz，SPAN为3000MHz，先将频谱仪的输出端和输入端用电缆连接进行校准，测得参考电平P1。
图7
6.2、将衰减器模块按图7连接，将衰减器接入，测得接入电平P
2
，则衰减
量A=P
1-P
2
。
实验二定向耦合器
1、实验设置的意义
在射频和微波传输系统中, 通常需要准确测试某一功率值, 或者将某一输入功率按一定比例分配到各分支电路中去。例如功率量值传递系统、相控阵雷达发射机功率分配、多路中继通信机中本振源功率分配等。定向耦合器由于本身插损耗小、频段宽、能承受较大的输入功率、可根据需要扩展量程、使用方便灵活、成本低等优点, 而广泛应用于射频和微波传输系统中。由于定向耦合器是射频和微波系统中应用最广泛的元件，更是近代扫频反射计的核心部件，因此，熟悉定向耦合器的特性，掌握其测量方法很重要
射频和微波技术实验的基本教学要求是了解射频和微波的传输特性，掌握射频和微波功率、频率、波导波长、驻波比及衰减、相位等的测量方法，了解射频和微波技术的简单应用。定向耦合器本身的特性参量定义简单，被测量均为基本测量量，测量理论与方法简单且容易接受；仪器使用方法简单，不必经过调谐等繁琐过程，有助于学生把精力放在对射频和微波实质的理解和射频和微波技术的应用上。开设以定向耦合器为主线的实验十分必要，有助于引导学生初步领会技术开发的思路，也有利于提高学生思维的开阔性和系统性，培养创新意识和开拓精神。
2、实验目的
2.1、掌握定向耦合的原理及基本方法。
2.2、学会用频谱分析仪器测量定向耦合器的参数。
3、实验原理
定向耦合器是一种有方向性的无源射频和微波功率分配器件，其构成通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型，其种类通常有单定向耦合器和双定向耦合器之分。本实验涉及的是单定向耦合器。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的射频和微波功率经过小孔或间隙等耦合机制，将一部分功率耦合到副线中去，由于波的干涉和叠加，使功率仅沿副线中的一个方向(称“正方向”)传输，而在另一方向(称“反方向”)几乎没有(或极少)功率传输。理想的定向耦合器一般为互易无损四口网络，如图4-1所示。主线1，2和副线3，4通过耦合机构彼此耦合。
图4-1 定向耦合器网络
定向耦合器的特性参量主要是①耦合度，②方向性，②输入驻波比，④带宽范围，在这里我们主要说明的是定向耦合器的耦合度和方向性。
耦合度及其测量:定向耦合器的耦合度是指输入信号耦合到副臂端的程度，
即输入至主线的功率与副线中正向传输的功率之比，也称过渡衰减。耦合度C 用当主臂终端接无反射匹配负载时, 入射信号与输出信号(副臂) 之比取对数之值表示:
式中P1、U1分别为主线输入端的功率及电压；
P3、U3分别为副线正方向传输的功率及电压。
方向性及其测量:方向性是指从匹配负载端往输出端漏出信号的程度, 也就是副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率之比或正向耦合度与反向耦合度的对数之差。一般来讲, 方向性越大越好, 方向性越大,表明其隔离性越好。常用的定向耦合器, 方向性均在15 dB 以上。
定向耦合器的方向性D 以正向耦合度与反向耦合度的对数之差表示:
334410log
()20log ()P U
D dB dB P U ==式中3P
、3U 分别为耦合至副线正方向传输的功率及电压,4P 、4U 分别为耦合至副线反方向传输的功率及电压。
有时，反映定向程度的指标也用隔离度来表示。隔离度表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比的对数，即)(log 20)(log
104
141dB U U
dB P P I == 根据以上定义可知：C I P P
P P P P D -=-==3
14143log 10log 10log
10 故定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差。
定向耦合器还有一些技术指标：定向耦合器的插损一般都较小, 所以对测试结果的影响很小可以忽略不计。定向耦合器的驻波系数一般不大, 能承受的功率一般都较大, 这是一般类似器件难以达到的。 4、实验设备
AT6030D 频谱分析仪 1个 定向耦合器 1个 50Ω的终端负载 1个 5、实验内容
测量定向耦合器的方向性、隔离度、耦合度 6、实验方法和步骤
6.1、调节AT6030D 频谱仪的中心频率fc=1500HMz ，SPAN 为3000MHz ，将AT6030D 频谱仪的输出端和输入端用电缆连接进行校准。
6.2、将定向耦合器模块按图4连接，观察AT6030D频谱仪的频谱，测量插入损耗L。
6.3、将定向耦合器模块2端口与3端口对换连接，即2端口接频谱仪的输入端，3端口接终端，即可测量定向耦合器的耦合度C。
6.4、将定向耦合器模块3端口与4端口对换连接，即4端口接频谱仪的输入端，3端口接终端，即可测量定向耦合器的隔离度I，其方向性D=I-C。
实验三功率分配器
1、实验设置的意义
在射频/微波电路中，为了将功率按一定的比例分成二路或多路，需要使用功率分配器；功率分配器反过来使用就是功率合成器，在近代射频/微波大功率放大器中广泛地使用功率分配器，而且通常成对使用。功率分配器的技术指标有：频率范围，承受功率，插入损耗、分配比、隔离度和端口输入驻波比。
2、实验目的
2.1 了解功率分配器的结构原理，频率特性
2.2 掌握功率分配器参数测试原理
2.3 学会使用频谱仪完成功率分配器的测试
3、实验原理
在射频/微波电路中为了将功率一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器，功率分配器反过来使用就是功率合成器。功率分配器是一个多端口网络结构。其技术指标包括工作频带承受功率分配比、插入损耗、隔离度、VSWR等。如图8-1所示为三端口网络结构，其信号输入端（Port-1）的功率为P
1
，而其他
两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P
2及P
3
。理论上，由能量守恒定
律可知P
1=P
2
+P
3
。
若P
2=P
3
并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成：
P 2(dBm) = P
3
(dBm) = Pin(dBm) – 3dB
4、实验设备
AT6030D频谱分析仪 1台功率分配器模块 1个
50Ω负载1个
5、实验内容
5.1、测量功率分配器隔离度
5.2、测量功率分配器两输出配比
5.3、测量插入损耗和有效带宽△F
6、实验步骤
6.1、先将AT6030D频谱仪输出端和输入端用电缆相接，校准并测得参考电平P1。
6.2、将功率分配器模块按下图8连接，AT6030D频谱仪输出端和功率分配器1端口相接，功率分配器2端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器3端口接终端载，测得接入电平P2。因为此为两等分功率分配器，分配损耗的理想值是3dB，所以插入损耗L= P2-3。。
6.3、将功率分配器模块2端口与3端口对换连接，测得接入电平P3，插入损耗L= P3-3，P2=P3。
6.4、将AT6030D频谱仪输出端和功率分配器2端口相接，功率分配器3端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器1端口接终端载，测得接入电平P4，其隔离度I=P1-P4。
6.5、将AT6030D频谱仪输出端和功率分配器3端口相接，功率分配器2端口与AT6030D频谱仪输入端相连接，功率分配器1端口接终端载，测得接入电平P5，其隔离度I=P1-P5,有效带宽△F为隔离度I≥8dB时的功率分配器工作带宽。
图8
实验四滤波器（LPF、HPF、BPF、BSF）
1、实验设置的意义
广义而言，凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。狭义而言，射频滤波器是用来分离不同频率RF信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，而只让需要的信号通过。实际上很多射频元件都具有一定的频率响应特性，都可以用滤波器的理论进行分析。因为集中参数滤波器的理论比较成熟，所以，尽管射频滤波器在很多方面有它自己的特点，但在一定频率范围内，在分析射频滤波器的特性时，仍可以采用与它相近的集中参数的等效电路来进行分析。这样，对绝大多数的射频滤波器，就可以采用集中参数滤波器的设计原理和分析方法。
利用频谱分析仪测试时，可以不用考虑滤波器的内部结构，而将它看作一个二端口网络来测试它的各个性能。显然这种方法不但特别方便、准确，而且也能用于其它具有一定的频率响应特性的射频元件和网络。通过这种具有普遍性的实验方法的学习和实践，可把书本的理论知识与工程实际相结合，加深对理论知识的理解，对培养实践动手能力、观察发现问题和解决问题的能力以及培养学生工程研究能力具有一定的现实意义。
2 实验目的
2.1、了解不同类型的滤波器和它的频谱特性。
2.2、掌握滤波器测试的原理。
2.3、学会使用频谱仪来完成滤波器的测试。
2.4、学会使用频谱仪的测试结果提取滤波器主要参数。
3、实验原理
滤波器按频率通带范围分类可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。如果按滤波器在射频系统中的用途分类，主要有发射滤波器、接收滤波器和带阻滤波器等。
发射滤波器主要用于对发射部分所生成的带外噪声进行限制。放大器和(或)发射系统所生成的宽带噪声如果未得到抑制，经常会对接收系统造成干扰或致使其灵敏度降低。另外，发射噪声可能会干扰同址系统或在发射系统的直接路径（视距）中的其他系统的其他业务。
发射滤波器（不包括连接器、电缆或相关的路径内损耗）的插入损耗直接对天线处的射频总功率构成影响。因此，发射滤波器插入损耗对天线处能够得到的辐射射频功率极其重要。因为发射滤波器的插入损耗直接影响天线处的射频功率，也就直接影响发射系统的效率。对于很高功率的系统，较高的发射滤波器损耗会转化为相当高的能量消耗。由于小区站点数以及每个站点的滤波器数量大，总的成本是相当可观的。
抑制是发射滤波器的另一个关键的工作参数。正如前面所述，需要有足够的抑制才能将宽带发射噪声降到可接受的水平。经常不得不在发射滤波器的损耗、抑制和尺寸之间作一个折衷选择。某项指标经常会同时要求较高的抑制和较低的
损耗，但又不提供实现滤波器的足够的物理空间。在这些情况下，要获得一个可接受的解决方案，需要进行设计权衡。对于双工器的发射路径，还应当考虑多重发射载波所导致的高峰功率和 IMD 效应。
接收滤波器主要用作前端预选器，用于在进行低噪声放大和下行转换之前，对带外能量进行抑制或限制。接收滤波器还用于对天线本机振荡器的再辐射进行抑制，从而消除对其他业务所导致的干扰。
在分集系统中，接收滤波器位于主要和辅助接收路径中。降低接收滤波器插入损耗至关重要，因为插入损耗直接影响到系统的噪声指数。
带阻滤波器对很有限范围内的频率或信道进行抑制或“阻挡”的同时，可以让很宽范围的频率通过。带阻滤波器经常是为了消除有害干扰而作为“修复”或“补丁”装入系统中的。
测试应用环境经常也会要求使用带阻滤波器。
带阻滤波器要考虑的指标有通带中的插入损耗和功率处理、带阻区域中的抑制以及通带和带阻抑制频率范围之间的过渡“陡度”。
一般主要应考虑的滤波器参数有：
截止频率fc：低通滤波器中的上通带边缘或者高通滤波器中的下通带边缘，或最靠近阻带的通带边缘，有时称作 3 dB 点。
带宽：带通滤波器的通带宽度是较低(F
1)和较高(F
2
)转角频率之间的频差，
转角频率对应于3 dB 点。
中心频率fo：较低(F
1)和较高(F
2
)转角频率的算术平均值或几何平均值。
22
1 0F
F f +
=
或22
1 0F
F f ?
=
衰减：信号在通过耗散网络或其他媒体时所导致的电压损耗（以 dB 为单位）。
插入损耗：在电路中插入滤波器所导致的信号损耗。这以 dB（分贝）为量度，且有很多不同的定义。通常，这就是电路中插有滤波器时提供给负载的电压（在高峰频率响应处），与用一个理想的无损耗匹配变压器替换了滤波器后负载的电压之比。当在两个阻抗有很大不同的电路中间插入滤波器时，则以其他方式指定插入损耗有时则更实际一些。
相对衰减：将最低衰减点当作零 dB 时所测得的衰减，或者相对衰减=衰减—插入损耗。
波纹：通常指滤波器的幅度响应中所发生的波状变异。
通带波纹：频率衰减在滤波器通带内的变化。
4、实验设备
AT6030D频谱分析仪 1台
滤波器（LPF、HPF、BPF、BSF）各1个
5、实验内容
测量插入损耗L、频率响应、带宽、带外抑制等参数
6实验步骤
6.1、先将AT6030D频谱仪工作调在中心频率fc=1500MHz，SPAN为3000MHz，AT6030D频谱仪输出端和输入端用电缆相接，进行校准，测得参考电平P1。
6.2、将滤波器模块按下图12连接：AT6030D频谱仪输出端用电缆接滤波器的一端口，另一端口和频谱仪输入端相接，此时可测得滤波器输出电平与频率的关系曲线，从而获得插入损耗L，频率响应，带宽等参数。
6.3重复6.1、6.2两步分别对低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPH)、带阻(BSF)进行测量并记录相关参数。
注：测量低通滤波器和高通滤波器的时候可以在频谱仪的输出端接一10dB 衰减器以达到隔离输入信号反射的作用。
图12
实验五 射频放大器
1、实验设置的意义
宽带放大器是工作频率上限与下限之比甚大于1的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度大于20％～30％的放大器列入此类。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。用于射频信号放大的宽带放大器（大多属于带通型），如雷达或通信接收机中的中频放大器，其中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带宽度可达中心频率的百分之几十。
微波放大器的种类很多，有行波管放大器、参量放大器、隧道二极管放大器等。衡量放大器性能的主要参数有增益、噪声、寄生振荡和失真等。测量这些参数的方法也很多，但是，对于放大器的微小失真和寄生振荡的测量，一般实验技术就很难解决。由于频谱仪具有高灵敏度，高分辨力、宽动态范围，所以能很好的解决这些参数测量的问题。 2、实验目的
2.1、掌握射频放大器的基本原理和设计方法 2.2、利用实验模块实际测量，了解放大器的特性
2.3、学会用频谱仪的测试结果提取放大器的主要参数 3、实验原理
射频频带放大器可分为宽带放大器和窄带放大器，其主要的技术指标有：中心频率0f ：中心频率就是放大器的工作频率，一般在几百千赫到几百兆赫。它是放大器的主要指标，是根据设备的整体指标确定的。 增益：增益是表示放大电路对有用信号的放大能力。通常用在中心频率上电压增益和功率增益两种方法表示：
电压增益
i V V V A 00=
功率增益 i P P P
A 0
0=式中，0V 、i V 分别为放大电路中心频率
上的输出、输入电压幅度，0P 、i P 分别为放大电路中心频率上的输出、输入功率。通常增益用分贝表示。
通频带：为保证频带信号无失真地通过放大电路，要求放大器的增益频率响应特性必须有与信号带宽相适应的平坦宽度。放大电路电压增益频率响应特性中增益由最大值下降3dB 时对应的频带宽度，称为放大器的通频带。通常以B 或
7.02f ?表示。
选择性：是指对通频带之外干扰信号的衰减能力，有两种描述方法：一是用矩形系数来说明临近波道选择性的好坏；二是用抑制比来说明对带外某一特定干扰频率N f 信号抑制能力的大小，其定义为
)()
(0N P P f A f A d =
，式中)(0f A P 是中心频
率上的功率增益；)(N P f A 是某特定干扰频率N f 上的功率增益。抑制比用分贝表
示则为
)()(lg
10)(0N P P f A f A dB d =
工作稳定性：是指当放大电路的工作状态、元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要性能的稳定程度。不稳定现象表现在增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激振荡，以致使放大器完全不能工作。
引起不稳定的原因，主要是寄生反馈作用。为了消除或减少不稳定现象，必须尽力找出寄生反馈的途径，力图消除一切可能产生反馈的因素。
噪声系数：噪声系数是用来描述放大器本身产生噪声电平大小的一个参数。放大器本身产生噪声电平的大小对所传输的信号，特别是对微弱信号的影响是极其不利的。
工作频率范围：指放大器满足各级指标的工作频率范围。放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。
增益平坦度(G ?)：指在一定温
度下，在整个工作频率范围内，放大 器增益变化的范围。 增益平坦度由
下式表示。
2min
max G G G -±
=?dB
其中 G ?：增益平坦度
Gmax ：增益—频率扫频曲线的幅度最大值
Gmin ：增益—频率扫频曲线的幅度最小值
上述指标相互之间，既有联系又有矛盾。例如增益和稳定性、通频带和选择性等。需要根据实际决定主次，进行合理设计与调整。 4、实验设备
AT6030D 频谱分析仪 1台 射频放大器模块 1个 直流稳压电源TPR3002-3C 1台 20dB 衰减器 1个
图16-1 增益平坦度
5、实验内容
测量射频放大器的频响曲线,放大增益
6、实验步骤
6.1、先将AT6030D频谱仪的输入端和输出端短接进行校准，在AT6030D频谱仪上显示输入功率与频率的关系曲线P1~f。
6.2、AT6030D频谱仪工作在中心频率fc=1500MHz，SPAN为3000MHz，为保证放大器处于小信号放大，AT6030D频谱仪输出端加接一个20dB的衰减器，按下图16连接，再用电缆相接放大器输入端，放大器输出端和频谱仪输入端相接。
6.3、将放大器接入，AT6030D频谱仪上显示输入功率与频率的关系曲线P2~f，放大器的增益G=P2-P1。
图16
实验六 测量线
1、实验设置的意义
对电磁波的理性和感性认识，是学习射频、微波理论和技术首先要解决好的一个基本问题。目前多媒体技术的发展，已经容易给出电磁波具体而生动的图像，但尽管如此，电磁波对许多人而言，仍然还是看不见、摸不着的抽象概念。本实验的主要意义，首先在于使学生认识到通过实验，不仅仅能测出电磁波的振幅随时间的变化，而且能通过实验测出电磁波的振幅随空间的变化，从而认识到电磁波也具有波动过程的一般特征，它的频率和波长都是可以用频谱分析仪测量的。
射频测量系统根据给定的测量任务和所采用的测量方法，可以用一些分立的测量仪器和辅助元件来组成；也可以根据某种成熟的测量方法构成一种现成的成套测量设备，只要接入待测件就可以组成一个完整的测量系统。对传输线上波的测量用一般实验方法能测量的驻波比可达50左右，至于测量大于100的驻波比，必须采用特殊的方法。由于频谱仪具有高灵敏度，宽动态范围的特点，所以用频谱仪作为指示器就能测量高达1000左右的驻波比。
通过对微带传输线上波的测量，原则上可以得出与专用的微波测量线同样的结果。这对分析理解传输线上的波过程，了解在射频、微波领域有重要作用的驻波测量技术也有很重要的指导意义。 2、实验目的
2.1、了解基本的传输线，微带线和特性
2.2、熟悉RF3000教学系统的基本构成和功能 2.3、利用实验模块实际测量微带线的特性 3、实验原理
在射频/微波频段，工作波长与导线尺寸处在同一量级。在传输上波的电压电流信号是时间及传输距离的函数，一条单位长度传输线的等电路可由R 、L 、G 、C 四个元件组成，如图所示：
假设波的传播方向为+Z 轴方向，由基尔霍夫定律建立传输线方程式：
（13-1）
其中假设电压及电流是时间变量t 的正弦函数，此时的电压和电流可用角频率ω的变数表示。亦即是 而两个方程式的解可写成
t j e z V t z v ω)(),(=t
j e z I t z i ω)(),(=0)()()()()
(22
2=+---z V LG RC j z V LC RG dz
z V d ωω0)()()()()
(22
2=+---z V LG RC j z V LC RG dz
z V d ωω
z
z e V e V z V γγ--++=)( (13-1-1)
z
z e I e I z I γγ--+-=)(
(13-1-2)
其中V+,V-,I+,I-分别是波信号的电压及电流振幅常数，而+、-则分别表示+Z,-Z 的传输方向。 γ则是[传输系数]，其定义如下。
)
)((C j G L j R ωωγ++= (13-1-3)
而波在z 上任一点的总电压及电流的关系则可由下列方程式表示。
I
L j R dz
dV
?+-=)(ω
V C j G dz dI
?+-=)(ω
(13-1-4)
将式（13-1-1）及（13-1-2）代入式（13-1-3）可得
C j G I V ωγ
+=++
一般将上式定义为传输线的[特性阻抗]（Characteristic Impedance ），Z O 。
C j G L
j R C j G I V I V Z O ωωωγ++=
+===--++
当R=G=0时，传输线没有损耗（Lossless or Loss-free ）。因此，一般[无耗]
传输线的[传输系数] 及[特性阻抗] 分别为
LC j j ωβγ== , C L Z O =
下列公式。
βαωγj C G L R LC LC j +=??
?
??++
≈2
（13-1-5）
则式（13-5）中 与在[无耗]传输线中是一样的， 定义为极端数，而α定义为传输线的[衰减常数]（Attenuation Constant ）,其公式分别为
LC j ωβ=,
)(21
2o o GZ RY C G L R LC +=??? ??+=
α
其中Y0定义为传输线之[特性导纳](Characteristic Adimttance), 其公式为
L
C Z Y O O ==
1
3.1无损耗负载传输线的工作状态
考虑一段[特性阻抗]Zo 之传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，
如图13.2所示。并假设此传输线[无耗]，且其[传输系数] γ=j β，则传输线上电压及电流方程式可以用下列二式表示。
z
z e V e V z V ββ--++=)( ,
z z e I e I z I ββ--+-=)( 3.1.1 若考虑在负载端（z=0）上，则其电压及电流为
-
++==V V V V L
(13-1-6)
-+-==I I I I L
(13-1-7)
而且-
-++==V I Z V I Z o o ,，所以式（3-1－7）可改写成
)(1
-+-=
V V Z I o
L
(13-1-8)
合并式（3-1-6）及（3-1-8）可得[负载阻抗]
)(-
+-
+-+==V V V V Z I V Z o L L L
定义[归一化阻抗]
L L
o L L L Z Z Z z Γ-Γ+=
=
=11
其中ΓL 定义为负载端的[电压反射系数]
11+-=
=Γ+-L L L Z Z V V 当Z L = Z O 時，則 ΓL = 0时，此状况称为传输线与负载[匹配]。在此，我们定
义两个重要参数 [电压驻波比]及[回波损耗]。
L
L VSWR Γ-Γ+=
11 ，
)
log(20L RL Γ-=
若考虑在距离负载端长L （z=-L ）处，即传输线长度为L 。则其[反射系数] Γ(L) 应改成
L
j L L
j L j L j e e V V e V e V L ββββ22)(--+-+--?Γ===Γ
而其[输入阻抗]则可定义为
)tan()
tan(L jZ Z L jZ Z Z Z L o o L o
in ββ++=
由上式可知，
当L →∞时, Zin →Zo. 当L =λ/2时, Zin=ZL. 当L=λ/4时，Zin =Zo2/ZL. 13.1.2[有耗]负载传输线（Terminated Lossy Line ）
若是考虑一条有耗的传输线，则其[传输系数] γ=α+j β为一复数。所以，[反射系数] Γ
（L ）应改成 L
j L L e L βα22)(--?Γ=Γ
而其[输入阻抗]则改成为
)tanh()
tanh(L jZ Z L jZ Z Z Z L o o L o
in γγ++=
3.2史密司圆图（Smith Chart ）
由上述理论公式我们可以计算出传输线的两大重要电特性参数，[反射系数]
Γ，[输入阻抗] Zin 。而两者间存在一转换公式，且与传输线的[特性阻抗] Z0有关。为了简化分析上的数学复杂度，以方便电路设计应用，而由P h ilips H.Smith 于公元1939陆续提出解决方法，其相关理论整理所得的图表，即称为史密司圆图（Smith Chart ）。
就数学公式上而言，[史密司圆图]是将[归化阻抗]（Z=r+jx ）之复数半平面（r>0）整合到[反射系数]大小为1的单位圆（|Γ|= 1）上。如图示1-6所示.
[史密司图]是可以推算出对某特定[特性阻抗] (ZO)予以归一化的[阻抗], (zn=Z/ZO),及其对应的[反射系数] [Γ= (z-1)/(z+1)].其相关公式如下：
)
2(22211d j d L j d d d
L d
L O d d L d e e e e e Z Z z βθαθγγ----?Γ=Γ=Γ?
?Γ-?Γ+=
=考虑[无损耗]及传输线长度为0时，则
()2
22
2
2
2
2
22
22
2111,
111)1(2,
)1(11
111?
?? ??=??? ?
?-Γ+-Γ?
?
? ??+=Γ+??? ??+-Γ?Γ+Γ-Γ=
Γ+Γ-Γ-Γ-=
?Γ+Γ=Γ=+-=Γ?
+=Γ-Γ+==x x r r r x r j e z z jx
r Z Z z i r i r i r i
i r i r i
r j L L L L
O L L L θ
由上列两公式可得[等电阻圆]及[等电抗圆]，如图13-4及13-5所示。
考虑d z |Γ
微波技术基础实验指导书讲解
微波技术基础实验报告 所在学院： 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 2016年5月13日
实验一微波测量系统的了解与使用 实验性质：验证性实验级别：必做 开课单位：学时：2学时 一、实验目的： 1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。 2．学会测量设备的使用。 二、实验器材： 1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容： 1．了解微波测试系统 2．学习使用测量线 四、基本原理： 图1。1 微波测试系统组成 1．信号源 信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。 本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。 2．选频放大器
当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。 3．测量线 3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4．可变衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤： 1．了解微波测试系统 1．1观看如图装置的的微波测试系统。 1．2观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如：铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。2．了解测量线结构，掌握各部分功能及使用方法。 2．1按图检查本实验仪器及装置。 2．2将微波衰减器置于衰减量较大的位置（约20至30dB），指示器灵敏度置于较低位置，以防止指示电表偶然过载而损坏。 2．3调节信号源频率，观察指示器的变化。 2．4调节衰减器，观察指示器的变化。 2．5调节滑动架，观察指示器的变化。 六、预习与思考： 总体复习微波系统的知识，熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。 实验二驻波系数的测量
北邮电磁场与微波技术实验实验一
实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗 一，实验目的 1.掌握网络分析仪矫正方法； 2.学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法； 3.研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。 二，实验步骤 1.设置仪表为频域模式的回损连接模式后，矫正网络分析仪； 2.设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗； 3.调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据； 4.更换不同电径（Φ1，Φ3，Φ9）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况。 三，实验原理 当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。 由于使用坡印廷矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。当h<<λ时，可认为 R≈40(πh)2 。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一λ ?1] 倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为W=60[ln2h a 四，实验数据 试验参数：BF=600，ΔF=25，EF=2600，n=81 1.短路时矫正，阻抗点分布：
2.开路时矫正，阻抗点分布： 3.选择电径为Φ1=1mm的天线，阻抗点分布：
由图及数据表可知其谐振点频率约为1225MHz，第二谐振点频率约为2450MHz，即第二次谐振时频率约为第一次两倍。 4.选择电径为Φ3=3mm的天线，阻抗点分布：
最新微波技术实验指导书
微波技术实验指导书
微波技术实验指导书
实验一微波测量系统的了解与使用实验性质：验证性实验级别：选做 开课单位：信息与通信工程学院学时：2学时一、实验目的： 1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。 2．学会测量设备的使用。 二、实验器材： 1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容： 1．了解微波测试系统 2. 学习使用测量线 四、基本原理： 图1.1 微波测试系统组成 1．信号源
信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。 本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。 2．选频放大器 当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。3．测量线 3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4．可变衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤： 1．了解微波测试系统 1．1观看如图装置的的微波测试系统。
微波技术实验报告
微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量________________________________ 2实验二测量线的调整与晶体检波器校准_______________________________ 5实验三微波驻波、阻抗特性测量_____________________________________ 8
实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 （1）熟悉基本微波测量仪器； （2）了解各种常用微波元器件； （3）学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。 测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件： （1）检波器（2）E-T接头（3）H-T接头（4）双T接头（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。
电磁场与微波技术实验天线部分实验二
信息与通信工程学院 电磁场与微波实验天线部分报告 XXX班 XXXX 学号：XXXXX 实验二 网络分析仪测试八木天线方向图 一、实验目的： 1.掌握网络分析仪辅助测试方法 2.学习测量八木天线方向图方法 3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性 二、实验步骤: （1）调整分析仪到轨迹（方向图）模式 （2）调整云台起点位置270° （3）寻找归一化点（最大值点） （4）旋转云台一周并读取图形参数 （5）坐标变换、变换频率（F=600MHz、900MHZ、1200MHZ），分析八木天线方向图三、实验原理 实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源振子，一个反射器，五个引向器（在此图中再加2个引向器即可） 八木天线原理图
引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号叠加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用，一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。 3.实验步骤 四、实验测量图 不同频率下的测量图如下： 600MHz: 最大增益方向：73度，幅度：1 3dB点：55度，幅度：0.715 3dB点：97度，幅度：0.703 主瓣宽度： 97-55=42度
微波技术基础 简答题整理
第一章传输线理论 1-1.什么叫传输线？何谓长线和短线？ 一般来讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统，均可成为传输线；长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟，反之为短线。（界限可认为是l/λ>=0.05） 1-2.从传输线传输波形来分类，传输线可分为哪几类？从损耗特性方面考虑，又可以分为哪几类？ 按传输波形分类： （1）TEM（横电磁）波传输线 例如双导线、同轴线、带状线、微带线；共同特征：双导体传输系统； （2）TE（横电）波和TM（横磁）波传输线 例如矩形金属波导、圆形金属波导；共同特点：单导体传输系统； （3）表面波传输线 例如介质波导、介质镜像线；共同特征：传输波形属于混合波形（TE波和TM 波的叠加） 按损耗特性分类： （1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线） （2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线） （3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线） （4）光频波段传输线（介质光波导、光纤） 1-3.什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什么？ 传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时，同一点的电压电流比。其数值只和传输线的结构，材料和电磁波频率有关。 阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波。 1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些？他们各自的特点是什么？在什么情况的终端负载下得到这些工作状态？
（1）行波状态： 0Z Z L =，负载阻抗等于特性阻抗（即阻抗匹配）或者传输线无限长。 终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。在传输线上波的传播过程中，只存在相位的变化而没有幅度的变化。 （2）驻波状态： 终端开路，或短路，或终端接纯抗性负载。 电压，电流在时间，空间分布上相差π/2，传输线上无能量传输，只是发生能量交换。传输线传输的入射波在终端产生全反射，负载不吸收能量，传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加，形成驻波状态。 （3）行驻波状态： 终端负载为复数或实数阻抗（L L L X R Z ±=或L L R Z =）。 信号源传输的能量，一部分被负载吸收，一部分反射回去。反射波功率小于入射波功率。 1-5.何谓分布参数电路？何谓集总参数电路？ 集总参数电路由集总参数元件组成，连接元件的导线没有分布参数效应，导线沿线电压、电流的大小与相位，与空间位置无关。分布参数电路中，沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化，传输线存在分布参数效应。 1-6.微波传输系统的阻抗匹配分为两种：共轭匹配和无反射匹配，阻抗匹配的方法中最基本的是采用λ/4阻抗匹配器和支节匹配器作为匹配网络。 1-7.传输线某参考面的输入阻抗定义为该参考面的总电压和总电流的比值；传输线的特征阻抗等于入射电压和入射电流的比值；传输线的波阻抗定义为传输线内横向电场和横向磁场的比值。 1-8.传输线上存在驻波时，传输线上相邻的电压最大位置和电压最小位置的距离相差λ/4，在这些位置输入阻抗共同的特点是纯电阻。 第二章 微波传输线 2-1.什么叫模式或波形？有哪几种模式？
哈工大 微波技术实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 微波技术 实验报告 院系：电子与信息工程学院班级： 姓名： 学号： 同组成员： 指导老师： 实验时间：2014年12月18日 哈尔滨工业大学
目录 实验一短路线、开路线、匹配负载S参量的测量------------------------------3 实验二定向耦合器特性的测量------------------------------------------------------6 实验三功率衰减器特性的测量-----------------------------------------------------11 实验四功率分配器特性的测量-----------------------------------------------------14 附录一RF2000操作指南-------------------------------------------------------------19 附录二射频电路基本常用单位------------------------------------------------------23 实验总结------------------------------------------------------------------------------------24
实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量 一、实验目的 1、通过对短路线、开路线的S 参量S11的测量，了解传输线开路、短路的特性。 2、通过对匹配负载的S 参量S11及S21的测量，了解微带线的特性。 二、实验原理 S 参量 网络参量有多种，如阻抗参量[Z]，导纳参量[Y]，散射参量[S]等。微波频段 通常采用[S]参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量， 例如[Y]、[Z] 图1-1 一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。图中，a1,a2分 别为网络端口“１”和端口“２”的向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”和端口 “2”向外的反射波。对于线性网络，可用线性代数方程表示： b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2 (1-1) 写成矩阵形式： ?? ??????????????=????? ???a a S S S S b b 212212211121 (1-2) 式中S11，S12，S21，S22组成[S]参量，它们的物理意义分别为 S11=11 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时， “1”端口的反射系数 S21=12 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时， “1”端口至“2”端口的传输系数 S12=21 a b 01=a “1”端口外接匹配负载时， “2”端口至“1”端口的传输系数
北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一
北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一最新
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信息与通信工程学院 电磁场与微波实验报告 实验题目：网络分析仪测量振子天线输入阻抗 班级：2011211106 姓名：吴淳 学号：2011210180 日期：2014年3月
实验一网络分析仪测量阵子天线 输入阻抗 一、实验目的 1. 掌握网络分析仪校正方法； 2. 学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法； 3. 研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况。 注：重点观察谐振点与天线电径的关系。 二、实验原理 当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。这时可以采用镜像法来分析。天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。 图1 实验原理图
由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一 半。当h<<λ时，可认为R≈40 。由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为=60[ln(2h/a)-1]。 三、实验步骤： 1. 设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪； 2. 设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗； 3. 调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据； 4. 更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗 变化情况； 5. 设置参数如下： BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81. 6. 记录数据：在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部 为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。 四、实验数据： 1. 直径=1mm时： 第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1250MHz，电阻R=41.88ohm, SWR=1.193, RL=-20.0dB。 第二谐振点处频率约为（取最接近点）F=2450MHz，电阻R=626.8ohm, SWR=12.54,
微波技术基础
摘要 本文主要介绍了微波的基础知识，在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用，在第二章中介绍了微波传输线理论，主要介绍了TE型波的理论和传输特性。 10 This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.
微波技术基础 第一章微波简介 1.1 什么是微波 微波是频率非常高的电磁波，就现代微波理论的研究和发展而论，微波是指频率从GHz 300的电磁波，其相应的波长从1m~0.1mm，这段电磁频谱包~ MHz3000 括分米波（频率从300MHz~3000MHz），厘米波（频率从3GHz~30GHz），毫米波（频率从30GHz~300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz~3000GHz）四个波段。 下图为电磁波谱分布图： 1.2微波的基本特点 1.似光性和似声性 微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多，当微波辐射到这些物体上时，将产生显著地反射、折射，这和光的反射折射一样。同时微波的传播特性也和几何光学相似，能够像光线一样直线传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设
考研专业介绍：电磁场与微波技术
非统考专业介绍：电磁场与微波技术 一、专业介绍 电磁场与微波技术隶属于电子科学与技术一级学科。 1、研究方向 目前，各大院校与电磁场与微波技术专业相关的研究方向都略有不同的侧重点。以西安电子科技大学为例，该专业研究方向有： 01电磁兼容、电磁逆问题、计算微波与计算电磁学 04计算电磁学、智能天线、射频识别 07宽带天线、电磁散射与隐身技术 08卫星通信、无线通信、智能天线、信号处理 09天线理论与工程及测量、新型天线 10电磁散射与微波成像 11天线CAD、工程与测量 13移动卫星通信天线 14天线理论与工程 16电磁散射与隐身技术 17电磁兼容、微波测量、信号完整性分析 20移动通信中的相控阵、共形相控阵天线技术 21计算微波与计算电磁学、微波通信、天线工程、电磁兼容 22电阻抗成像、电磁兼容、非线性电磁学 23天线工程与CAD、微波射频识别技术、微波电路与器件 24电磁场、微波技术与天线电磁兼容 25天线测量技术与伺服控制 26天线理论与工程技术 27天线近远场测试技术及应用、无线网络通讯技术 28天线工程及数值计算 29微波电路与微波工程 30近场辐射及散射测量理论与技术 31微波系统和器件设计、电磁场数值计算 32电磁新材料、计算电磁学、电磁兼容 33计算电磁学、电磁兼容、人工合成新材料 34计算电磁学 35电磁隐身技术、天线理论与工程 36宽带小型化天线及电磁场数值计算 37射频识别、多天线技术 38天线和微波器件的宽带设计、小型化设计 2、培养目标 本专业培养德、智、体全面发展，在电磁信号（高频、微波、光波等）的产生、交换、发射、传输、传播、散射及接收等有关的理论与技术和信息（图像、语音、数据等）的获取、处理及传输的理论与技术两大方面具有坚实的理论基础和实验技能，了解本学科发展前沿和动态，具有独立开展本学科科学研究工作能力的高层次人才。 3、专业特色
电磁场与微波技术实验指导书(新)
电磁场与微波技术实验指导书 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXX
注意事项 一、实验前应完成各项预习任务。 二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。 三、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。 四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。自主完成实验和报告。 五、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规 定处理。 六、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的 电源 ,并将仪器整理好。协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。 七、不迟到，不早退，不无故缺席。按时交实验报告。 八、实验报告中应包括： 1、实验名称。 2、实验目的。 3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。 4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。 5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。 6、思考题。
实验仪器 JMX－JY－002电磁波综合实验仪 一、概述 电磁波综合实验仪，提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。它能使学生通过应用本发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第电磁感应定律、电偶极子、天线基本结构及其特性等重要知识点，使学生直观形象地认识时谐电磁场，深刻理解电磁感应的原理和作用，深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理，掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法，帮助学生建立电磁波的形象化思维方式，加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及相关特性的认识，培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。《JMX-JY-002电磁波综合实验仪》在001型基础上，添加了对天线不同极化角度的测量，学生通过测量，可绘制不同极化天线的方向图，使得学生对电磁波的感受更加深刻。 二、特点 1、理论与实践结合性强 2、直接面向《电磁场与波》的课程建设与改革需要，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验环节紧密结合。 3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难，形象地体验抽象的知识。 4、实验内容的设置，融综合性、设计性与验证性与一体，帮助学生建立一套电磁波的形象化思维方式，加深和加强对电磁波产生、发射、传输、接收过程及相关特性的认识。 5、培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。 三、系统配置及工作原理 （1）系统配置 1、JMX-JY-002电磁波教学综合实验仪主机控制系统：通过常规控制仪表与微波功率信号发生器、功率信号放大器构成电磁波教学综合实验仪主机控制系统，实现了对被控电磁场与波信号发射控制。 2、测试支架平台：包括支撑臂、测试滑动导轨、测量尺、天线连接杆件、感应器连接杆件、反射板连接杆件、微安表等组件。 3、测试套件：包括多极化天线（垂直极化、水平极化、左右螺旋极化）、射频连接电缆套件、感应器、感应器连接电缆、极化尺、标准测试天线板、反射板等构成测试套件。 （2）工作原理 实验仪主机控制系统的微波信号源产生微波信号，经由微波功率放大器放大后输出至OUTPUT端口，通过射频电缆将输出信号传送给发射天线向空间发射电磁波信号作为实验测试
微波技术试验分解
微波技术试验 姓名：洪小沯
实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量 一、实验目的 1、通过对短路线、开路线的S 参量S 11的测量，了解传输线开路、短路的特性。 2、通过对匹配负载的S 参量S 11及S 21的测量，了解微带线的特性。 二、实验原理 S 参量 一个二端口微波元件用二端口网络来表示。a 1,a 2分别为网络端口“１”和端口“２”的 向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”和端口“2”向外的反射波。对于线性网络，可 用线性代数方程表示。 b 1=S 11a 1+S 12a 2 (1-1) b 2=S 21a 1+S 22a 2 写成矩阵形式： ??? ?????????????=????????a a S S S S b b 212212211121 (1-2) 式中S 11，S 12，S 21，S 22组成[S]参量，它们的物理意义分别为 S 11=11a b 0 2=a “2”端口外接匹配负载时“1”端口的反射系数 S 21=12a b 0 2=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数 S 12=21a b 0 1=a “1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“1”端口的传输系数 S 22= 22a b 01=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数 对于多端口网络，[S]参量可按上述方法同样定义，对于互易二端口网络，S12=S21,则 仅有三个独立参量。 三、实验仪器及装置图 1模组编号：RF2KM1-1A (OPTN/SHORT/THRU CAL KIT) 3 RF2000测量主机：一台 4 PC 机一台，BNC 连接线若干 四、实验内容及步骤
微波技术实验指导_报告2017
Harbin Institute of Technology 微波技术 实验报告 院系： 班级： 姓名： 学号： 同组成员： 指导老师： 实验时间： 哈尔滨工业大学
实验一短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量 一、实验目的 1、通过对短路线、开路线的S 参量S11的测量，了解传输线开路、短路的特性。 2、通过对匹配负载的S 参量S11及S21的测量，了解微带线的特性。S11 二、实验原理 （一）基本传输线理论 在一传输线上传输波的电压、电流信号会是时间及传递距离的函数。一条单位长度传输线之等效电路可由R 、L 、G 、C 等四个元件来组成，如图1-1（a ）所示。假设波传输播的方向为＋Z 轴的方向，则由基尔霍夫电压及电流定律可得下列二个传输线方程式。 其中假设电压及电流是时间变量t 的正弦函数，此时的电压和电流可用角频率ω的变数表示。亦即是 而两个方程式的解可写成 z z e V e V z V γγ--++=)( (1-1) z z e I e I z I γγ--+-=)((1-2) 其中V + ,V -,I +,I - 分别是波信号的电压及电流振幅常数，而+、-则分别表示+Z,-Z 的传输方向。 γ则是[传输系数]（propagation coefficient ），其定义如下。 ))((C j G L j R ωωγ++= (1-3) 而波在z 上任一点的总电压及电流的关系则可由下列方程式表示。 I L j R dz dV ?+-=)(ωV C j G dz dI ?+-=)(ω (1-4) 将式（1-1）及（1-2）代入式（1-3）可得 C j G I V ωγ +=++ t j e z V t z v ω)(),(=t j e z I t z i ω)(),(=
电磁场与微波技术实验
实验三对称天线和天线阵的方向图 实验目的：1、熟悉对称天线和天线阵的概念； 2、熟悉不同长度对称天线的空间辐射方向图； 3、理解天线阵的概念和空间辐射特性。 实验原理：天线阵就是将若干个单元天线按一定方式排列而成的天线系统。排列方式可以是直线阵、平面阵和立体阵。实际的天线阵多用相似元组成。所谓相似元，是指各阵元的类型、尺寸相同，架设方位相同。天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。只要调整好各单元天线辐射场之间的相位差，就可以得到所需要的、更强的方向性 方向图乘积定理 f(θ,φ)=f1(θ,φ)×fa(θ,φ) 上式表明，天线阵的方向函数可以由两项相乘而得。第一项f1(θ,φ)称为元因子（Primary Pattern），它与单元天线的结构及架设方位有关；第二项fa(θ,φ)称为阵因子（Array Pattern），取决于天线之间的电流比以及相对位置，与单元天线无关。方向函数（或方向图）等于单元天线的方向函数（或方向图）与阵因子（或方向图）的乘积，这就是方向图乘积定理。 已知对称振子以波腹电流归算的方向函数为 实验步骤：1、对称天线的二维极坐标空间辐射方向图 （1）建立对称天线二维极坐标空间辐射方向函数的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中不同长度对称天线的空间辐射特性 E面方向函数： 2、天线阵—端射阵和边射阵 （1）建立端射阵和边射阵空间辐射方向函数的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中两种天线阵的空间辐射特性 实验报告要求：（1）抓仿真程序结果图 （2）理论分析与讨论 1、对称天线方向图 01）clc clear lambda=1;%自由空间的波长 L0=1; %改变L0值，得到不同长度对称阵子的方向图 L=L0*lambda; %分别令 L=λ/4,λ/2,3λ/4,λ,3λ/2,2λ k=2*pi/lambda;%自由空间的相移常数theta0=[0.0001:0.1:360]; theta=theta0*pi/180; 90 270 0 L=λ时对称阵子天线的方向图
微波技术实验指导书(带封皮版)
微 波 技 术 实 验 报 告 班级： 学号： 姓名：
实验一微波测量系统的了解与使用 实验性质：验证性实验级别：选做 开课单位：信息与通信工程学院学时：2学时 一、实验目的： 1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。 2．学会测量设备的使用。 二、实验器材： 1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容： 1．了解微波测试系统 2. 学习使用测量线 四、基本原理： 图1.1 微波测试系统组成 1．信号源 信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。 本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。
2．选频放大器 当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。 3．测量线 3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4．可变衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤： 1．了解微波测试系统 1．1观看如图装置的的微波测试系统。 1．2观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如：铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。2．了解测量线结构，掌握各部分功能及使用方法。 2．1按图检查本实验仪器及装置。 2．2将微波衰减器置于衰减量较大的位置（约20至30dB），指示器灵敏度置于较低位置，以防止指示电表偶然过载而损坏。 2．3调节信号源频率，观察指示器的变化。 2．4调节衰减器，观察指示器的变化。 2．5调节滑动架，观察指示器的变化。 六、预习与思考： 总体复习微波系统的知识，熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。
电磁场与微波技术专业(080904)研究生培养方案
电磁场与微波技术专业(080904)研究生培养方案 一、培养目标 1、硕士研究生： 牢固树立爱校、爱国、爱中华民族的思想，具备坚持真理、献身科学的勇气和品质以及科学职业道德、敬业精神、团结合作精神。 具备电磁场与微波技术方面扎实的理论基础和宽厚的知识面。掌握与本专业相关的实验技能，对与本学科相邻及相关学科的知识有一定的了解。具备灵活应用所学知识分析和解决实际问题的能力。有独立从事科学研究的能力。 掌握一到二门外国语，能用英语阅读专业书籍、文献并撰写科学论文。 2、博士研究生： 牢固树立爱校、爱国、爱中华民族的思想，具备坚持真理、献身科学的勇气和品质以及科学职业道德、敬业精神、团结合作精神。 在硕士研究生培养目标所达到的要求基础之上，不仅要掌握本专业理论和实验的专业知识，还要掌握与本学科相邻及相关学科的知识，在独立从事科研工作中，具备综合、分析能力，在开展所从事研究方面的前沿研究工作中，具备创新和发展的能力。熟悉所从事研究方向的科学技术发展新动向。 掌握一至二门外语，能用英语熟练阅读专业书籍、文献，并能撰写并在国际会议上宣读科学论文。 二、学科介绍 1、电磁场与微波技术学科的主要研究方向 (1) 极高频段电磁资源的开发与利用； (2) 人工电磁材料及在无线电技术中的应用； (3) 射频、微波及光电子器件与应用。 2、师资力量和科研水平 本学科师资力量较雄厚，有中国科学院院士、“长江学者奖励计划”特聘教授和讲座教授以及教育部“新世纪优秀人才”等一批优秀学者，成为本学科的学术带头人和学术骨干。目前有教授9人、博士生导师9人、副教授和高工4人。 在科学研究方面，以电子学、物理学的基本理论方法和现代实验技术作为手段，探索新型电子材料，研究其中有关物理过程和电磁现象的基本规律，据以开发新型的微波和太赫兹电子器件和系统，并在实际中推广应用。目前，本学科不仅开展了大量国际前沿性的研究工作，取得了突出的成果，享有很高的国际声誉，同时也开展应用和工程化研究，为我国国民经济和国防现代化做出了重要贡献。 3、近期承担科研项目和重大课题 本学科承担了大量国家973计划、国家863计划、国家自然科学基金等重大科技计划项目，以及省、部级科研项目和横向合作的研发项目，产生了较大的社会效益和经济效益。近期主要科研项目和重大课题有： 科技部973项目子课题：太赫兹辐射的高灵敏检测技术基础研究； 科技部973项目子课题：超导结型器件的物理、工艺及应用基础研究； 科技部973项目子课题：磁性复合材料以及光子共振介质中负折射特性研究;
微波技术实验报告
微波技术与计算机仿真实验报告 实验一史密斯圆图与传输线理论的关系 1.1不同负载阻抗所对应的传输线工作状态及其在史密斯圆图上对应的区域； 实验步骤： 1.连接负载、传输线和微波端口,传输线长度 电路连接如图所示： 2.进一步将负载阻抗设置为50欧姆，传输线阻抗设置为50欧姆，传输线长度为0，衰减为0，微波端口阻抗也设置为50欧姆。 3.分析计算后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 4. 将负载阻抗实部设置为小于50欧姆，虚部为零，其余设置不变，
分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 5.将负载阻抗实部设置为大于50欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 6.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为大于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 7.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为小于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录； 8.将负载阻抗的实部设置为0，虚部为分别设置为0、大于0，小于0和10000，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
1.2 反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上的轨迹的观察研究 1.如图1示连接负载、传输线和微波端口，将频率设置为固定频率。 2.将负载阻抗设置为复数，其余参数不变； 3.改变传输线的长度，从0到λ/2变化（分别选6个以上长度以上进行计算仿真），观察反射系数随传输线长度改变在阻抗圆图上位置的变化，填入实验报告 4.将传输线的衰减值设置为有限值（如5），其余参数不变，重复步骤3，观察反射系数随传输线长度改变在圆图上的变化，将结果填入实验报告。 5.对步骤2.3和2.4的结果进行分析和比较，总结反射系数幅度和相位随参考面变化的规律并写入实验报告 实验内容反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上轨迹的 研究
微波技术基础实验一
华中科技大学 《微波技术基础》实验报告 实验名称：矢量网络分析仪的使用及传 输线的测量 院（系）：电子信息与通信学院 专业班级： 姓名： 学号：
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AV36580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、实验内容 1. 矢量网络分析仪操作实验 ?初步运用矢量网络分析仪AV36580，熟悉各按键功能和使用方法 以RF带通滤波器模块为例，学会使用矢量网络分析仪AV36580测量微波电路的S 参数。 2. 微带传输线测量实验 ?使用网络分析仪观察和测量微带传输线的特性参数。 ?测量1/4波长传输线在不同负载情况下的频率、输入阻抗、驻波比、反射系数。
观察1/4波长传输线的阻抗变换特性。 三、系统简图 四、步骤简述 实验一：矢量网络分析仪操作实验 步骤一按【复位】调用误差校准后的系统状态 步骤二选择测量参数 设置频率范围： 按【起始】【600】【M/μ】：设置起始频率600 MHz。 按【终止】【1800】【M/μ】：设置终止频率1800 MHz。 设置源功率： 按鼠标点击菜单栏的激励，在下拉菜单功率，设置矢网合成源的功率大小，单位是dBm。 将功率电平设置为-10dBm。
步骤三连接待测件测量S参数 ①按照装置图连接待测器件； ②测量待测器件的S参数： 按【测量】选择正向传输测量S21。 按【光标】调出可移动光标，光标位置的读数位于屏幕右上角。 按【格式】[相位]：测量待测器件插入相位响应，即S21的相位。 按【格式】[对数幅度]：选择对数dB形式测量S21的幅值。 按【搜索】［最小值］：测量待测器件的正向插入损耗，读出此时光标的读数，为待测器件的最小正向插入损耗。 按【搜索】［最大值］：测量待测器件的正向插入损耗，读出此时光标的读数，为待测器件的最大正向插入损耗。 按【测量】选择反向传输测量。观察此时的曲线与S21曲线的关系。 按【搜索】［最小值］：测量待测器件的反向插入损耗，读出此时的读数，为待测器件的最小反向插入损耗。观察与最小正向插入损耗的关系 按【搜索】［最大值］：测量待测器件的反向插入损耗，读出此时读数，为待测器件的最大反向插入损耗。观察与最大正向插入损耗的关系 按【测量】选择正向反射测量S11。 按【格式】[对数幅度]：选择对数dB形式测量S11的幅值。 按【格式】[驻波比]：选择以驻波比形式测量S11的幅值。
微波技术实验报告
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
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)求出波导波长和驻波比 3．实验原理 a)所使用的实验仪器及元器件 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）
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。 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）。 I 0 I 0Z 0|| U || I /4λ/2λ3/4λλ5/4λ3/2λ 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 z V 0 I
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 2 g λ，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λg 。 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： max min E E ρ= (1) 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n I KE =，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