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微波技术基础实验指导书 郭伟 陈柯 编 华中科技大学电信系 前 言 与更早时期定位在波导与场论相比，现代微波工程中占支配地位的内容是分布电路分析。当今大多数微波工程师从事平面结构元件和集成电路设计，无需直接求助于电磁场分析。当今微波工程师所使用的基本工具是微波CAD（计算机辅助设计）软件和网络分析仪，而微波技术的教学必须对此给出回应，把重点转移到网络分析、平面电路和元器件以及有源电路设计方面。微波技术仍总离不开电磁学（许多较为复杂的CAD软件包要使用严格的电磁场理论求解），而学生仍将从揭示事物的本质中受益（诸如波导模式和通过小孔耦合），但是把重点改变到微波电路分析和设计上这一点是不容置疑的。 微波与射频（RF）技术已蔓延到了各个方面。在商业等领域，更是如此，其现代应用包括蜂窝电话、个人通信系统、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、用于广播和电视的直播卫星、全球定位系统（GPS）、射频识别标识（identification tagging）、超宽频带无线通信和雷达系统以及微波环境遥感系统。防卫系统继续大量地依靠微波技术用于无源和有源测向、通信以及武器操控系统。这样的业务发展态势意味着，在可预见的将来，在射频和微波工程方面不存在缺少挑战性的课题；同时对于工程师们，显然需要领悟微波技术的基本原理，同样需要把这些知识应用于实际感兴趣问题的创造能力。 本微波技术基础教学实验的设置，就是为了使学生通过实验更多地获得有关微波器件的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能方面的理性和感性认识，真正掌握时域和频域、传输线、微波电路等基本的概念，并学会使用重要的微波测试仪器。 实验一 矢量网络分析仪的使用及传输线的测量 一 实验目的 学习矢量网络分析仪的基本工作原理； 初步掌握AV3620矢量网络分析仪的操作使用方法； 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； 通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。 S 参数测试装置、幅相接收机和显示部分。 矢量网络分析仪的信号源产生一测试信号，当测试信号通过待测件时，一部分信号被反射，另一部分则被传输。图1-1 说明了测试信号通过待测器件（DUT）后的响应。 图1-1 DUT对信号的响应 以我们现在使用的AV3620矢量网络分析仪为例，其原理框图如图1-2 所示：合成信号源产生30k～3GHz 的信号，此信号与幅相接收机中心频率实现同步扫描；S参数测试装置用于分离被测件的入射信号R、反射信号A 和传输信号B；幅相接收机将射频信号转换成频率固定的中频信号，为了真实测量出被测网络的幅度特性、相位特性，要求在频率变换过程中，被测信号幅度信息和相位信息都不能丢失，因此必须采用系统锁相技术；显示部分将测量结果以各种形式显示出来。 图1-2 AV3620 型矢网整机原理框图 AV3620矢网的工作原理如下，由内置合成信号源产生30k～3GHz的信号，经过S参数测试装置分成两路，一路作为参考信号R，另一路作为激励信号，激励信号经过被测件后产生反射信号A和传输信号B，由S 参数测试装置进行分离，R、A、B 三路射频信号在幅相接收机中进行下变频，产生4kHz的中频信号，由于采用系统锁相技术，合成扫频信号源和锁相接收机同在一个锁相环路中，共用同一时基，因此被测网络的幅度信息和相位信息包含在4kHz 的中频信号中，此中频信号经A/D 变换器转换为数字信号，嵌入式计算机和数字信号处理器（DSP）从数字信号中提取被测网络的幅度信息和相位信息，通过比值运算求出被测网络的S 参数，最后把测试结果以图形或数据的形式显示在液晶屏幕上。 图1-3 AV3620 型矢网整机内部结构框图 ◆ 合成信号源：由30k~3GHz YI-G 振荡器、3.8GHz介质振荡器、源模块组件、时钟参考和小数环组成。 ◆ 测试装置： 由定向耦合器和开关构成，用于分离反射信号和入射信号。 ◆ 接收机： 由取样/混频器、中频处理和数字信号处理等部分组成，用于信号的下变频及中频数字信号处理。 ◆ 显示： 由图形处理器、高亮度LCD 显示器、逆变器组成，用于字符和图形的高亮度、高速显示。 2. AV3620矢量网络分析仪简介 2.1 结构特征 我们实验使用的是四十一所生产的一体化矢量网络分析仪AV3620，本节将介绍AV3620的前面板和后面板的基本按键与接口的设置说明。 图1-4 AV3620矢网前面板图 1. 前面板 a) LCD 液晶显示器 （1） AV3620 采用高亮度、8.4 英寸LCD 显示器，能迅速、清晰地显示测量曲线、数据、光标、极限线、软键菜单等。 b）硬键（2） 硬键即前面板按键，在文本中这些键由键名加【 】来描述。如【Pres