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+S12a2b2=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=11a b 02=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数S21=12a 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=21a 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S22=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) 2模组内容：代号 名称 说明 适用频率范围 主要特性MOD-1A OPEN 开路传输线 50-500MHz Return Loss ≥-1dbMOD-1B SHORT 短路传输线 50-500MHz Return Loss ≥-1dbMOD-1C THRU 50Ω微带线 50-500MHz Return Loss ≥-15db Insertion Loss ≥-0.5db3 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（一）开路线（MOD-1A ）的S11测量（1）将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000电源，开机。
启动SCOPE2000软件，软件界面如图所示。
（2）将模块RF2KM1-1A的开路端口，即P1端口，与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起。
模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz的频段（BAND 3 频率范围为300-500MHz），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP MHz”，第二行显示为“---db 299-540”时，此时软件界面显示的为开路状态下300MHz-500MHz时的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）软件显示如图：（3）在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。
（二）短路线（MOD-1B）的S11测量（1）将RF2KM1-1A模块的短路端口，即P2通过BNC连接线与RF2000的SWEEP/CW1 OUT端子相连，频率的频段选择不变。
（2）此时软件界面显示的为短路状态下300MHz-500MHz时S11的曲线图同样，若此时软件显示为S21,可通过S11/S21进行选择。
（3）在曲线图中任意选取九个点，记录下每个点的频率和它所对应的S11的dB值，并在坐标纸上利用所取的点大致画出S11曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。
（三）匹配负载（MOD-1C）的S11及S22的测量（1）将模块RF2KM1-1A的P3端子通过BNC连接线与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端子连接，将模块的P4端子与RF2000主机的RF-IN端子连接，频段仍为BAND3（300MHz-500MHz）。
（2）此时软件界面显示的是匹配负载状态下300MHz-500MHz时的S11的曲线图，如图所示。
按S11/S21可以切换S11/S21曲线图。
（3）在S11和S21曲线图中分别任意选取九个点，分别记录下每个点的频率和它所对应的S11和S21的db值，并在坐标纸上利用所取的点分别大致画出S11和S21的曲线图（在软件界面用鼠标左键单击即可完成取点）。
注：在测试过程中，DOD-1A,MOD-1B的S11范围为0±5db，MOD-1C的S11≤-8db，S21=0±2db五、实验结果及分析（一）在传输线理论中，开路、短路、匹配有哪些特性？答：开路和短路的阻抗为纯阻抗，值在0~±∞之间，且线中传输的是驻波。
开路反射系数为1，短路反射系数为-1;匹配负载值等于传输线特性阻抗，线中传输的是行波，无反射波。
反射系数为0（二）理想情况下，开路线、短路线、匹配负载测得值是多少？答：开路线：S11 = 1;短路线：S11=-1；匹配负载：S11=0，S21=1.实验二定向耦合器特性的测量一、实验目的1、通过对MOD-5A：叉路型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解叉路型定向耦合器的特性。
2、通过对MOD-5B：平行线型定向耦合器的方向性，隔离度的测量，了解平行线型定向耦合器电路的特性。
二、实验原理1、定向耦合器是微波测量和其他微波系统中的常用元件，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。
定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线几种类型，定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传播的微波功率通过小孔或间隙等耦合元件，将一部分功率耦合到副线中的一个方向传输（称“耦合输出”），而在另一个方向几乎没有（或极小）功率传输（称“隔离输出”）。
2、在本实验中，定向耦合器是个四端口网络结构（4－port network ），如图3－1所示。
若信号输入端（Port-1，Input Port ）的功率为P1，信号传输端（Port-2，Transmission Port ）的功率为P2，信号耦合端（Port-3，Coupling Port ）的功率为P3，而信号隔离端（Port-4，Isolation Port ）的功率为P4。
若P1、P2、P3、P4皆用毫瓦（mW ）来表示，定向耦合器的四大参数，则可定义为：传输系数：()10log 2/1Transmission T dB P P ==-⋅ 耦合系数：()10log 3/1Coupling C dB P P ==-⋅ 隔离度：()10log 4/1Isolation I dB P P ==-⋅ 方向性：()()()Directivity D dB I dB C dB ==-常见的定向耦合器可分成支线型和平行线型两种。
3、主要技术参数：（1）隔离度 定向耦合器的隔离度定义为输入功率P 入与隔离臂输出功率P 隔之比的分贝数，记以KI ，即 KI=10lg P P隔入=10lg 2421b a =20lg S 141式中S14=S41为网络的互易性，S14代表波由1口向4口的传输系数。
本实验中的功率的单位为dBm ，所以隔离度的值为输入端（或传输端）与隔离端测得的功率的差值。
（2）方向性 方向性的定义是副通道中耦合臂和隔离臂输出功率之比的分贝数，记以KD ，即KD=10lg PP隔耦=20lg S 13 -20lg S 14本实验中测功率的单位均dBm，所以方向性的值为耦合端与隔离端测得的功率的差值。
由定义知道，耦合到副通道中隔离臂的功率愈小，则方向性愈高。
通常希望定向耦合器的方向性愈高愈好。
理想定向耦合器的方向性和隔离度均为无穷大（因P隔=0）。
三、实验仪器及装置1、模组编号：RF2KM5-1A （L-C BRANCH LINE COUPLER）RF2KM5-2A （PARALLEL LINE COUPLER）2、模组内容：3、RF2000测量主机：一台4、PC机：一台5、连接线若干，50Ω匹配端子2个四、实验内容及步骤注：在以下实验中，信号从P1端输入，P2为传输端，P3为耦合端，P4为隔离端（一）MOD-5A的P1端子的S11的测量1、将RF2000主机通过RS232与PC机相联接，接好RF2000电源，开机，并启动SCOPE2000软件。
2、将模块MOD-5A的P1端口与RF2000主机的SWEEP/CW1 OUT端口通过连接线连在一起，将P2，P3，P4端口分别与50Ω匹配端子相连。
模块接好以后，在RF2000主机的面板上找到“BAND”键，按“BAND”把频段选到299-540MHz 的频段（BAND3,频率范围为300-500MHz），按REM键进行连接，当RF2000的LCD画面第一行显示为“SWEEP MHz”，第二行显示为“---db 299-540”时，此时软件界面显示的为叉路型定向耦合器在300MHz-500MHz的S11曲线图（如果此时软件界面显示的为S21曲线图，可通过软件界面下方的S11/S21按键进行选择）。