微波技术与天线实验报告

组长:王信                        组员：熊慧美、杨光磊、宋阳

一、  实验名称：测量微波通信系统各模块的特性参数

二、  实验目的与要求

u  了解矢量网络分析仪的工作原理

u  理解模块的频率特性、驻波比、反射系数、插损、S参数等概念

u  测量并分析微波通信系统各模块的S参数

三、  实验设备：矢量网络分析仪、PNA 天线实验测量仪

四、  实验原理（共同部分）

1. 矢量网络分析仪的工作原理

矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。

矢量网络分析仪的原理与使用力直接取决于系统的动态范围指标。

相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟(Electrical Delay)功能来实现的。直接观察插入相移通常不是很有用，这是因为器件的电长度相移相对于频率呈现负斜率(器件越长，斜率越大)。由于只有偏离线性相移才会引起失真，因此希望移去相位响应的线性部分。利用网络分析仪的电子延迟功能，能够抵消被测器件的电长度，结果得到与线性相移的偏差，即相位波动(失真)。

矢量网络分析仪既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。

2. 几个重要的概念

频率特性：系统频率响应与输入信号的复数比称为频率特性，频率特性表征了系统输入输出之间的关系，故可由频率特性来分析系统性能。

驻波比：驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。

在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波节处的电压幅值Vmin之比。

驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1， 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1， 则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电波在发射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。

反射系数： 反射电压/入射电压, 为标量。

插损：插入损耗指在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。

用频谱分析仪，或调频接收机或跟踪发生器，很容易测量插入损耗。不带滤波器是建一个零dB参考点。然后插入滤波器，记录在所需频率范围内提供的衰减。

S参数：S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。

下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如上图所示。二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：

S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；

S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；

S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；

S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。

五、 实验内容及步骤（共同部分）

实验结果及分析：

1. 测阻抗

如图可见偏离圆心的黄点即为所示阻抗，四个档位中我们选取的是图像最为清晰的档位来呈像。

2. 测回损

    回损的示数如图所示，其为四个档位中最清楚的一档。

实验结果及分析：

    驻波图像如图所示。

实验结果：

   如图所示为显示群时延的插损曲线，由于仪器最多只能采样81个点，故将频率间隔调大后得到此图像。

如图所示为显示相位的插损曲线。

六、 实验总结与体会（个人部分）

    这次实验我们接触到了一个新的实验设备，就是网络分析仪。尽管一开始我们有点不熟悉它的操作，但是经过组员们的互相讨论与探索，还是一步步地完成了各项操作。网络分析仪可以从数值上得到很多的参数曲线及特性曲线，是非常有用的一台设备，学会使用它对于我们来说是受益匪浅。至此所有微波实验圆满完成，真的很感谢老师的帮助及指导，让我们收获了很多。

第二篇：电磁场与微波技术

电磁场与微波技术

080904

（一级学科：电子科学与技术）

    本学科是电子科学与技术一级学科下属的二级学科，是1990年由国务院学位办批准的博士学位授予点，同时承担接收博士后研究人员的任务，20##年被批准为国防科工委委级重点学科点。本学科专业内容涉及电磁场理论、微波毫米波技术及其应用，主要领域包括电磁波的产生、传播、辐射、散射的理论和技术，微波和毫米波电路系统的理论、分析、仿真、设计及应用，以及环境电磁学、光电子学、电磁兼容等交叉学科内容。多年来在多种军事和国民经济应用的推动下，本学科在天线理论与技术、电磁散射与逆散射、电磁隐身技术、微波毫米波理论与技术、光电子技术、电磁兼容、计算电磁学与电磁仿真技术、微波毫米波系统工程与集成应用等方面的研究形成了鲜明的特色，取得了显著成果。其主要研究方向有：

    1.计算电磁学及其应用：设计、研究、开发高精度、高效率电磁计算算法；研究高效精确电磁计算算法在目标特性、微波成像及遥感、电磁环境预测、天线分析和设计等方面的应用。

    2.微波/毫米波电路设计理论与技术：研究有源元器件与电路模型、与微电子、微机械工艺相关的材料器件等模型的建立及参数提取；研究低相噪频率源技术，微波/毫米波单片集成电路设计，基于微机械（MEMS）的微波/毫米波开关、移相器和滤波器设计。

    3.电磁波与物质的相互作用：研究电磁散射和逆散射算法，军事装备目标特性测试技术，隐身目标测试技术，目标散射中心三维成像技术；研究轻质、宽频、自适应智能隐身材料。

    4.微波/毫米波系统理论与集成应用技术：设计、研究、开发特殊环境下的微波/毫米波系统；研究微波/毫米波测试技术；研究天线设计理论与技术。

一、培养目标

    掌握坚实的电磁场与微波技术以及相应学科的基础理论，具有系统的专门知识，熟练应用计算机，掌握相应的实验技术，掌握一门外国语，学风端正，具备独立从事科学研究工作和独立担负专门技术工作的能力，能胜任科研、生产单位和高等院校的研究、开发、教学或管理等工作。

二、课程设置

三、必修环节

    1．文献综述报告（1学分）：本学科硕士学位研究生的文献阅读要结合课题研究方向和具体的研究领域进行，参考文献应在20篇以上，文献综述报告要反映国际和国内在本领域的研究历史、现状和发展趋势。文献综述报告可以和开题报告结合起来进行，文献综述报告应不少于4000字。

    2．学术活动（1学分）：在学期间至少应参加6次以上学术活动，其中本人进行正规性的学术报告或学位论文阶段性报告1次以上。每次参加学术活动要有500字左右的总结报告，注明参加学术活动的时间、地点、报告人、学术报告题目，简述内容并阐明自己对相关问题的学术观点或看法。

    3．专业外语（1学分）：使研究生了解、熟悉外语论文的写作及如何在国际会议上发表论文和进行学术报告。由指导教师负责指导研究生选读和笔译相关专业外文文献，学院组织考试。

    4．教学实践：至少参加18学时教学实践活动。以协助主讲教师完成本科生专业课程教学中的实验指导、答疑、批改作业或协助导师指导一名本科生毕业设计的方式。

四、科学研究与学位论文

    1．学位论文选题和开题报告：论文选题应紧跟国内外发展前沿，涉及工程应用的选题应具有明确的工程实用价值和技术上的先进性。

    2．发表论文：应满足校学位评定委员会的要求。

    3．学位论文：论文的学术水平应由校内外各1名相关专业的副教授以上职称的专家进行评审，写出评语并明确表示通过或不通过意见。上述两名专家意见一致通过的，则论文通过；2名专家意见均不通过的，则论文不通过；一名专家意见不通过的，可另请一名专家重审，若意见通过则论文通过，反之论文不通过。

五、课程简介