微波技术实验报告-二端口微波网络散射参数的测量与阻抗匹配.docxVIP

微波技术实验报告:二端口微波网络散射参数的测量与阻抗匹配 　　微波技术基础实验　　班级：通信　　学号：　　姓名：　　实验名称：微波元件特性参数测量UXX　　XX年3月31日　　一实验目的　　1、掌握利用矢量网络分析仪扫频测量微带谐振器Q值的方法。　　2、学会使用矢量网络分析仪测量微波定向耦合器的特性参数。　　3、掌握使用矢量网络分析仪测试微波功率分配器传输特性的方法。二实验原理　　1.微波谐振腔Q值的测量　　品质因数Q是表征微波谐振系统的一个重要的技术参量，品质因素Q描述了谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度。它定义为　　Q0?2?WWW?2???0WTPTPll　　其中Pl为腔的平均损耗功率，W为腔内的储能。　　品质因素Q的测量方法很多，例如：功率传输法、功率反射法、阻抗法等等，通常可根据待测谐振腔Q值的大小、外界电路耦合的程度及要求的精度等，选用不同的测量方法。本实验主要运用扫频功率传输法来测量微带谐振器的Q值。　　功率传输法是根据谐振腔的功率传输特性来确定它的Q值。图2-1表示测量谐振腔功率特性的方框图。　　图2-1测量谐振腔功率传输特性的方框图　　当微波振荡源的频率逐渐改变时，由于谐振腔的特性，传输到负载的功率将随着改变，它与频率的关系曲线如图2-2所示。　　图2-2谐振腔传输功率与频率的关系曲线　　根据功率传输法测量谐振腔的等效电路可推得，谐振腔两端同时接有匹配微波源和匹配负载时的有载品质因数为　　QL?f0f?0f2?f1?f　　式中f0为谐振腔的谐振频率，f1、f2是传输功率P2自最大值下降到一半　　时的“半功率点”的频率。f2与f1之间的差值?f为谐振频率的通频带。　　2.微波定向耦合器　　工作原理与特性参数　　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、带状线及微带线等几种类型。理想的定向耦合器一般为互易无损四口网络，如图2-3所示。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙等耦合机构，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传输，而在另一个方向几乎没有或极少功率传输。　　图2-3定向耦合器方框图　　定向耦合器有四个端口，其作用可由图2-3所示的四端口网络说明。设图中1、3为主线，2、4为副线。若波由端口1输入，则一部分直通端口3输出，另一部分经耦合到端口2输出，端口4无输出；或端口4输出，端口2无输出。端口3称为输出端口，端口2称为耦合端口，端口4称为隔离端口。在一定条件下，1、2两端口彼此隔离，3、4两端口也彼此隔离。　　在各端口均接匹配负载的条件下，可以定义描述定向耦合器的特性参量，主要包括耦合度、方向性、输入驻波比和工作频带等。　　微带线定向耦合器　　微带线定向耦合器是由两条等宽的平行耦合微带线所构成，线长是奇模和偶模波长平均值的1/4，线的各端口都接以匹配负载Zc，如图2-4所示。若信号从端口1输入，则端口2和端口3将有输出，端口4没有输出。由于耦合信号的传输方向与输入信号方向相反，故这种定向耦合器称为反向定向耦合器。　　图2-4耦合微带线定向耦合器　　定向耦合器为什么会有方向性呢？要具有方向性必须要有两种以上的耦合因素起作用，使耦合到副线某一端口的能量能够互相抵消。我们来看一段如图2-5所示的平行耦合传输线。当导线1-3中有交变电流i1流过时，由于2-4线和1-3线互相靠近，故2-4　　线中便耦合有能量，此能量是既通过电场又通过磁场耦合过来的。通过Cm的耦合，在传输线　　2-4中引起的电流为ic2及ic4；同时由于的交变磁场的作用，在2-4线上感应有电　　流iL。根据电磁感应定律，感应电流iL的方向与i1的方向相反，如图上所示。因　　此，若能量由端口1输入，则耦合端口是2端口。而在4端口因为电耦合电流ic4与磁耦合电流iL的作用相反而能量互相抵消，故4端口是隔离端口。这样，我们就定性地了解了耦合微带线定向耦合器具有方向性的原理。　　图2-5耦合线方向性的解释　　3微波功率分配器　　工作原理　　在实际应用中，有时需要将信号源的功率分别馈送给若干个分支电路，就是说，进行功率分配，实现这种功能的射频器件就称为功率分配器。由于功率分配器一般为满足互易定理的无源网络，所以功率分配器与合成器是等价的。根据输出功率的比例，微波功率分配器有等分功率与不等分功率两类。当一个微波功率平均分成n路时，称为n路等分功率分配器，反之，称为n路不等分功率分配器。微波功率分配器在微波天线的馈线中和微波仪表中都得到了应用。大功率微波功率分配器采用同轴线结构，中小功率微波功率分配器采用带状线或微带线结构。　　功率分配器的具体结构型式很多，最常用的是采用?g/4阻