1、 北京郵電大學微波測量實驗報告課題：微波射頻測量技術(shù)基礎(chǔ)姓名：學號：班級：學院：實驗一 微波同軸測量系統(tǒng)的熟悉一、實驗目的1、了解常用微波同軸測量系統(tǒng)的組成，熟悉各部分構(gòu)件的工作原理，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量方法。二、實驗內(nèi)容1、常用微波同軸測量系統(tǒng)的認識，簡要了解其工作原理。微波同軸測量系統(tǒng)包括三個主要部分：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、同軸線和校準元件或測量元件。各部分功能如下：1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：對RF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RF器件進行幅頻特性、反射特性和相頻特性測量。2）同軸線：連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和校準

2、元件或測量元件。3）校準元件：對微波同軸側(cè)量系統(tǒng)進行使用前校準，以盡量減小系統(tǒng)誤差。測量元件：待測量的原件（如天線、濾波器等），可方便地通過同軸線和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連起來。2、掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的操作以及測量方法。1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的面板組成以及各部分功能面板組成圖如下所示：1235467981011121314各部分功能如下：（1）CRT顯示器顯示儀器當前工作狀態(tài)和測試結(jié)果。（2）BEGIN（開始）在測量放大器、濾波器、寬帶無源器件、電纜等被測時能快速、簡便的配置儀器，可引導用戶完成初始步驟，根據(jù)用戶的選擇自動配置儀器。（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）SY

3、STEM（系統(tǒng)功能）SAVERECALL：存儲或調(diào)用數(shù)據(jù)。HARD COPY：打印或者存儲測量曲線、數(shù)據(jù)。SYSTEM OPTIONS：系統(tǒng)選項。（5）PRESET（復位）復位儀器。（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：校準菜單。MARKER：頻標功能鍵。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、掃描時間。POWER：RF信號輸出開關(guān)或者設(shè)置RF信號輸出功率。MENU：設(shè)置掃描點數(shù)及單次掃描、連續(xù)掃描或保持等。（8）MEAS（測量

4、通道）MEAS1：設(shè)置通道1的測量方式。MEAS2：設(shè)置通道2的測量方式。（9）軟鍵對應的功能顯示在左邊顯示屏上。（10）亮度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)顯示器亮度。（11）電源開關(guān)打開或關(guān)閉整機電源。（12）U盤接口Usb盤接口（13）RF OUT（射頻輸出）射頻信號輸出口，N型K頭。（14）RF IN（射頻輸入）射頻信號輸入口，N型K頭。2）S 參數(shù)測量步驟a)將一個待測的二端口網(wǎng)絡(luò)通過同軸線接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，組成一個微波同軸測量系統(tǒng)，如下圖所示：被測b)然后經(jīng)過SOLT校準,消除系統(tǒng)誤差；c)在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上調(diào)處S參數(shù)測量曲線，讀出相應的二端口網(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

5、。三、思考題1、是否可以直接進行電路參數(shù)的測量，為什么？如何從測量的S參數(shù)導出電路參數(shù)。（給出S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式，以及如何在ADS中應用。）答：不可以，因為微波同軸測量系統(tǒng)只能對于微波的入射和反射的電壓電流關(guān)系進行分析。S參數(shù)到Z參數(shù)的轉(zhuǎn)換公式如下：z11z12z21z22=z01+s11s12s211+s221-s11-s12-s211-s22實驗二 微波同軸測量系統(tǒng)校準方法一、實驗目的1、了解常用微波同軸測量系統(tǒng)的校準方法以及精度。2、熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準步驟以及校準精度驗證方法。二、實驗內(nèi)容1、總結(jié)常用微波同軸測量系統(tǒng)的校準方法，比如TRL和SOLT，了解其校準原理和優(yōu)

6、缺點。a) SOLT校準OLT校準能夠提供優(yōu)異的精度和可重復性。這種校準方法要求使用短路、開路和負載標準校準件。如果被測件上有雌雄連接器，還需要分別為雌雄連接提供對應的標準件，連接兩個測量平面，形成直通連接。SOLT校準方法使用12項誤差修正模型，其中被測件的正向有6項，反向有6項。圖正向誤差項：ED（方向）、ES（源匹配）、EL（負載匹配）、ERF（反射跟蹤）、ETF（發(fā)射跟蹤）和EX（串擾）。操作正確的話，SOLT可以測量百分之一分貝數(shù)量級的功率和毫度級相位。常用的校準套件中都包含SOLT標準校準件。 EDF，EDR：反射參數(shù)，衡量VNA耦合器分離前向波和反射波程度，數(shù)值越大越好。小的反射

7、參數(shù)會導致信號的耦合泄漏。 ERR，ERF：傳輸參數(shù)，誤差與反射測量相關(guān)，可以用短路和屏蔽開路校準件進行測量。 EXF，EXR：隔離，串擾，誤差與串擾相關(guān)，可以通過測量接匹配負載的1口和2口來確定。 ESF，ESR以及 ELF，ELR：信號源匹配和負載匹配，指信號源與50歐姆負載的匹配程度以及負載的質(zhì)量，這些誤差可以通過測量S11和S22確定。 ETF，ETR：傳輸參數(shù)，誤差與傳輸測量相關(guān)，通過測量1、2口互連時的傳輸確定。 網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準即是通過數(shù)學的方法消除以上誤差項，得到被測器件真實參量(Sa11，Sa12，Sa21，Sa22)的過程。 b) TRL校準TRL校準極為精確，在大多數(shù)情況

8、下，精確度甚至超過SOLT校準。然而絕大多數(shù)校準套件中都不包含TRL標準件。在要求高精度并且可用的標準校準件與 被測件的連接類型不同的情況下，一般采用TRL校準。使用測試夾具進行測量或使用探頭進行晶圓上的測量，通常都屬于這種情況。因此，某些情況下需要構(gòu)建和 表征與被測件配置介質(zhì)類型相同的標準件。制造和表征三個TRL標準件比制造和表征四個SOLT標準件更容易。TRL校準還有另一個重要優(yōu)勢：標準件不需要像SOLT標準件那樣進行完整或精確的定義。雖然SOLT標準件是完全按照標準的定義進行表征和儲存，而TRL標準件只建 立模型而不進行完整表征，但是TRL校準的精度與TRL標準件的質(zhì)量和可重復性成正比。

9、物理中斷（例如傳輸線路彎曲和同軸結(jié)構(gòu)中的焊縫）將會降低TRL校 準的精度。接口必須保持清潔并允許可重復的連接。ThruReflect Line 2、掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的SOLT校準步驟以及校準精度驗證方法。方法如下： （1） 按CAL 鍵激活校準菜單 （2） 按Start Cal鍵進入下一級校準菜單 （3） 按Two-Port P1 P2鍵選擇2端口校準，并進入下一級菜單 （4） 按TOSM鍵選擇TOSM校準方式，選擇正確的接頭形式（Connector），注意這里的接頭指的是測試電纜的接頭形式，不是標準件的接頭形式，以及正確的校準件（Calibration Kit）的型號。 （5） 點擊“Ne

10、xt”鍵，進入校準菜單，SOLT校準共有7個步驟： 在1端口接開路校準件，用鼠標點擊“開路open”；在1端口接短路校準件，用鼠標點擊“短路Short”；在1端口接負載校準件，用鼠標點擊“負載Load”；在2端口接開路校準件，用鼠標點擊“開路Open”； 在2端口接短路校準件，用鼠標點擊“短路Short”； 在2端口接負載校準件，用鼠標點擊“負載Load”； 在1端口和2端口之間接直通校準件, 用鼠標點擊“直通Through”,同時下方的”Apply”鍵也生效。點擊“Apply”，使校準數(shù)據(jù)生效。三、實驗步驟及結(jié)果 注意在實驗報告中包括下列內(nèi)容：a) 校準前測量各校準件（開路、短路、匹配和直通

11、）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù)1）開路S112）短路S113）匹配S114）直通S11b) 校準后測量各校準件（開路、短路、匹配和直通）S參數(shù)，并保存數(shù)據(jù)1） 開路S112） 短路S113） 匹配S114） 直通S11c) 比較校準前后校準件（開路、短路、匹配和直通）的S參數(shù)，解釋說明各條曲線，并指出所做校準的精度情況分析比較校準前后的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過校準后有效的減少了原來的誤差，帶寬的微弱變化雖然很小，但是對于誤差來說還是足夠證明每次連接測量器件之前校準步驟都是必要的，而且在校準過程中，有校準之后的圖形可分析：在Smith圓圖上，開路和短路不再是一圈圈纏繞的線，已經(jīng)減少到靠近開路和短路點的一段線，匹

12、配點經(jīng)過校準后已經(jīng)非常接近理論上的一個點而不是一個區(qū)域。所以，校準之后的測量才是符合實際的近乎標準值，在未校準時進行的測量只能大概估計下元件的類型及帶寬，對于精確的參數(shù)測量未校準時是完全不符合標準的。實驗三 利用微波同軸測量系統(tǒng)進行實際器件測量一、實驗目的1、利用SOLT校準方法進行微波同軸測量系統(tǒng)的校準2、測量天線和濾波器的實際性能二、實驗內(nèi)容1、存儲測量結(jié)果，并通過測量結(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)測量曲線b) 通過分析其S參數(shù)，了解天線和濾波器所組成的網(wǎng)絡(luò)的特性。2、在分別經(jīng)過校準和沒有校準的情況下測量天線和濾波器的性能，比較兩類測量結(jié)果a) 未校準和校

13、準后天線和濾波器測量曲線比較b) 結(jié)合實驗二指出對于三個器件，十二項誤差模型中哪個誤差項的影響比較大，原因是什么？c) 通過測量結(jié)果分析三個器件的工作原理。三、實驗結(jié)果及分析1）校準后天線S11天線是單端口器件，故只有S11的結(jié)果，在工作頻率點處，即2.22GHz，S11（回波損耗）很小，即全部能量發(fā)射出去。2）校準后濾波器S21濾波器均帶通濾波器。在工作頻率點處，S11即回波損耗非常小，幾乎全部能量都通過了濾波器，S21非常大，表示全部能量都通過濾波器傳播過來。該濾波器的3dB帶寬為100MHz。3） 校準后耦合器直通端S214） 校準后耦合器耦合端S215）校準后耦合器隔離端S21耦合器為四端口器件，分別為輸入端，直通端，隔離端，耦合端。直通端的S21很大，說明輸入的能量幾乎全部從直通端輸出，隔離端的S21很小，不輸出能量，有很小一部分能量從耦合端輸出，