電磁場實驗報告

電磁場與微波技術(shù)實驗實驗報告書學(xué)院：電子信息學(xué)院

專業(yè)：電子信息工程實驗一：功率分接器一、實驗?zāi)康模?、了解功分器的原理及基本設(shè)計方法。2、用實驗?zāi)＝M實際測量以了解功分器的特性。3、學(xué)會使用MICROWAVE軟件對功分器設(shè)計及仿真，并分析結(jié)果。二、實驗儀器及器材:項次設(shè)備名稱數(shù)量備注1MOTECHRF2000測量儀1套亦可用網(wǎng)絡(luò)分析儀2功分器模組1A、2A2組RF2KM4-1ARF2KM4-2A350。終端負(fù)載1個LOAD4THRU端子1個THRU(RF2KM)550。BNC連接線2條CA-1、CA-261M。BNC連接線2條CA-3、CA-47MICROWAVE軟件1套微波軟件三、實驗原理：功率分接器是三端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(3-portnetwork)，如圖所示。信號輸入端(Port-1)的功率為P1，而其他兩個輸出端(Port-2及Port-3)的功率分別為P2及P3。由能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分貝(dBm)來表示三端功率間的關(guān)系，則可寫成：P2(dBm)=P3(dBm)=PjdBm)-3dBPort-1PowerPort-2fP2P1?Divider功率衰減器方框圖骨Port-3P3當(dāng)然P2并不一定要等于P3,只是相等的情況在實際電路中最常用。因此，功分器在大致上可分為等分型(P2=P3)及比例型(P2=k?P3)兩種類型。四、實驗步驟：將RF2000與PC機(jī)通過RS232連接，接好RF2000的電源，開機(jī)。啟動SCOPE2000軟件。⑵開始做電阻式功率分接器的S11參數(shù)測量。將標(biāo)號為“RF2KM4-1A”的模塊P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2\P3接上50歐姆匹配負(fù)載。接好模塊后，過幾秒鐘后按“Band”把頻段打到300M-500M，此時是電阻式功率分接器在300MHz-500MHz時的S11的曲線圖。接下來做電阻式功率分接器的S21參數(shù)測量。將標(biāo)號為“RF2KM4-1A”的模塊P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN,P3接50歐姆匹配負(fù)載。過幾秒鐘后把頻段打到300M-500M,此時是電阻式功率分接器在300MHz-500MHz時的S21的曲線圖。接下來做威爾金生式功率分接器的S11參數(shù)測量。將標(biāo)號為“RF2KM4-1A”的模塊P1端接至RF-2KSWEEP端，P2、P3接50歐姆匹配負(fù)載。過幾秒鐘后把頻段打到300M-500M，此時是威爾金生式功率分接器在300MHz-500MHz時的S11的曲線圖。接下來做威爾金生式功率分接器的S21參數(shù)測量。去掉P2端50歐姆匹配負(fù)載，將P2端接到RF-IN端子。過幾秒鐘后把頻段打到300M-500M，此時是威爾金生式功率分接器在300MHz-500MHz時的S21的曲線圖。五、實驗結(jié)果：201000201000-10■20■30-40■50■60DownConverter0.323.06-31111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111.344.12-3372.20-2395.60-2—111U_—4.416.66-31:11-L|；11:111111111■…n，---北---#4:-…才…6：JWl11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1111111115.442.40-36.463.46-37.489.20-2S.507.92-39.10.11.12.11111111111111LLLLLLL11L13.DownConverter20阿日即伯10oo8:-20■40■50DownConverter20阿日即伯10oo8:-20■40■50■600.323.06-111.344.12-112.372.20-123.395.60-144.41E.EE-175.442.40-24E.jgjjg竺7.489.20-240.507.92-229.10.11.12.|13.3043253493723964194424664395135362010201000■10-20■30■40■50■60DownConverter|S21||Band30.323.06-7111111111111111111111111111111111111-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1------1.344.12-62.372.20-61111111111111111111111111111111111113.395.60-64.416.66-6111111111111111111N11——H1——H1~I-：__|1111111_|5.442.40-61111111110：1：24：56：18：1111111111111111116.463.46-67.489.20-61111111111111111111111111111111111111111111110.507.92-71111111111111111111111111111111111111111111119.10.11111111111111111111111111111111111111111111111.12.一一一一—|—————|—一一一—1—一一一—|—一一一一［一————|—一一一—1—一一一—|—一一一—1—_____111111111111111111111111111111111111LLLLLLLLL13.304325349372396419442466439513536六、實驗結(jié)果分析：由實驗數(shù)據(jù)可知，實驗有效實現(xiàn)了將一路輸入信號能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的目的，即實現(xiàn)了功率分接器的效果。實驗二：放大器一、實驗?zāi)康模毫私馍漕l放大器的基本原理與設(shè)計方法。利用實驗?zāi)＝M實際測量以了解放大器的特性。學(xué)會使用微波軟件對射頻放大器的設(shè)計和仿真，并分析結(jié)果。、實驗儀器及器材:

項次設(shè)備名稱數(shù)量備注1MOTECHRF2000測量儀1套亦可用網(wǎng)絡(luò)分析儀2放大器模組1組RF2KM7-1A350。BNC及1MQBNC連接線4條CA-1、CA-2、CA-3、CA-44直流電源連接線1條DC-15MICROWAVE軟件1套微波軟件三、實驗原理：一個射頻品體放大電路可分為三大部分：二端口有源電路、輸入匹配電路及輸出匹配電路，如圖所示。一般而言，二端口有源電路采用共射極(或共源極)三極管(BJT、FET)電路，此外，還包括直流偏壓電路。而輸入匹配電路及輸出匹配電路大多采用無源電路，即利用電容、電感或傳輸線來設(shè)計電路。一般放大器電路，根據(jù)輸入信號功率不同可以分為小信號放大器、低噪聲放大器及功率放大器三類。而小信號放大器依增益參數(shù)及設(shè)計要求，可分成最大增益及固定增益兩類。而就S參數(shù)設(shè)計而言，則可有單向設(shè)計及雙邊設(shè)計兩種。本單元僅就小信號放大器來說明射頻放大器之基本理論及設(shè)計方法。RsS'11rS=S+￥111-SJ：L「OUT=%放大器電路方框圖rRl工ssrS=S+122122221—Sr11S四、箸驗步S：+S12S21rL將1RF20QRsS'11rS=S+￥111-SJ：L「OUT=%放大器電路方框圖rRl工ssrS=S+122122221—Sr11S接好模塊后，過幾秒鐘后按“Band”把頻段打到140M-300M。此時是MMIC放大器在140M-300MHz時的S11的曲線圖。把頻段打到300M-540M。此時是MMIC放大器在300M-540MHz時的S11的曲線圖。把頻段打到599M-1000M。此時是MMIC放大器在599M-1000MHz時的S11的曲線圖。接著做MMIC放大器的S21參數(shù)測量。將標(biāo)號為“RF2KM7-1A”的模塊P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接的RF-IN。過幾秒鐘后把頻段打到140M-300M，此時是MMIC放大器在140M-300MHz時的S21的曲線圖。把頻段打到300M-540M，此時是

MMIC放大器在300M-540MHz時的S21的曲線圖。把頻段打到599M-1000M，此時是MMIC放大器在599M-1000MHz時的S11的曲線圖。接著做BJT放大器的S11參數(shù)測量。將標(biāo)號為“RF2KM7-1A”的模塊P3端接至RF-2KSWEEP端，P4接50歐姆匹配負(fù)載。模塊接好后，過幾秒鐘按“Band”把頻段打到599M-1000M，此時是BJT放大器在599M-1000MHz時的S11的曲線圖。接著做BJT放大器的S21參數(shù)測量。去掉P4端的50歐姆匹配負(fù)載，將P4端用BNC線接到RF-IN端。模塊接好后，過幾秒鐘按“Band”把頻段打到599M-1000M，此時是BJT放大器在599M-1000MHz時的S21的曲線圖。五、實驗結(jié)果:DownConverter201000■20■50■600.DownConverter201000■20■50■600.154.13-51.169.03-52.185.53-63.201.23-64.216.93-75.234.20-66.249.90-77.264.03-60.9.10.11.12.|13.142156171107203219234250266201297201000-10■20■30-40■50■60DownConverter|S11||Band30.323.06-3111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|______■12_一-Pr—I——1/■1.346.46-2369.36-1393.26-14.416.66-1_hii1111I1|I；1lTJ~111111~~ri_—1|IIIIIII'■―I-——__廿-旦;----十---令-;**1111111"l1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----111111111111111111111111111111111111LLLLLLLLL442.40-2465.00-27.486.36-40.9.10.11.12.13.DownConverter0.637.46-21.676.0602.716.2603.755.66-14.795.06-55.830.40-116.877.00-147.913.26-90.9.10.11.12.13.606641631720760799030878917957996DownConverter|S21||Band20.154.13-19111111111111111111111111111111111111-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1------1.169.33-182.185.53-181111111111111111111111111111111111113.201.23-174.216.93-161111111111111111111111111111111111111111111115.234.20-15111111111111111111111111111116.249.90-15■-—4__\\——-7.264.03-161111111111::，:3：4：7：:0)li￡Jiiiiii1111111110.1111111111111111111111111111111111111111111119.10.11111111111111111111111111111111111111111111111.12.一一一一—|—————|—一一一—1—一一一—|—一一一一［一————|—一一一—1—一一一—|—一一一—1—_____11111111111111111113.142156171187203219234250266281297201000-10■20■30-40■50■60201000■10-20■30■40■50■60DownConverter|S21||Band30.323.06-18111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|______1111111111111111111111111111111111111111111111111111111.346.46-162.369.36-163.393.26-174.416.66-165.442.40-146.465.00-1311111Sn11n：i2：3：4：?"7：:o>■■■■■■■■111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----1-----111111111111111111111111111111111111LLLLLLLLL7.486.36-140.9.10.11.12.13.201000-10■20■30-40■50■60201000-10■20■30-40■50■60304325349372396419442466439513536DownConverter牌1||日"出0.637.46-18111111111111111111111111111111111111111111111111111111_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____111111111111111111111111111111111111111II-H"T1--li-_I—____.J11111111-1111111111-1-_____11111111.1111676.06-17716.26-14755.66-14795.06-14830.40-16877.00-17::2：3：4：'1'115?Ui111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111-----i-----i-----i-----i-----i-----i-----11111111111111111111LLLLLL----■—H111F；:111111111111111111111111■1-----1------11111111-LL7.913.26-150.9.10.11.12.13.606641631720760799030878917957996DownConverter201000?！?0■60606641631720760799030878917957996■200.637.46-21.676.0602.716.2603.755.66-14.795.06-55.830.40-116.877.00-147.913.26-90.9.10.11.12.|13.DownConverter201000■20■50■606066416317207607990308789179579960.637.46-201.676.06-162.716.26-123.755.66-124.795.06-135.830.40-166.877.00-167.913.26-13S.952.66-129.10.11.12.|13.六、實驗結(jié)果分析：由實驗數(shù)據(jù)可知，該實驗有效實現(xiàn)了放大器的效果。實驗三：濾波器一、實驗?zāi)康模毫私饣镜屯皫V波器之設(shè)計方法。利用實驗?zāi)＝M實際測量以了解濾波器的特性。學(xué)會使用微波軟件對低通和高通濾波器的設(shè)計和仿真，并分析結(jié)果。二、實驗儀器及器材:項次設(shè)備名稱數(shù)量備注1MOTECHRF2000測量儀1套亦可用網(wǎng)絡(luò)分析儀2低通濾波器模組帶通濾波器模組1組RF2KM6-1A350QBNC連接線2條CA-1、CA-241MQBNC連接線2條CA-3、CA-45MICROWAVE軟件1套微波設(shè)計軟件三、實驗原理：濾波器是指減少或消除諧波對電力系統(tǒng)影響的電氣部件。是一種用來消除十?dāng)_雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個特定頻率或消除一個特定頻率。分類：以信號被濾掉的頻率范圍來區(qū)分，可分為低通、高通、帶通及帶阻四種。若以濾波器的頻率響應(yīng)來分，則常見的有巴特渥茲型、切比雪夫I型、切比雪夫II型及橢圓型等。若按使用元件來分，則可分為有源型及無源型兩類。其中無源型又可分為L-C型及傳輸線型。而傳輸線型以其結(jié)構(gòu)不同又可分為平行耦合型、交叉指型、梳型及發(fā)針型等等不同結(jié)構(gòu)。濾波器的主要參數(shù)：中心頻率、截止頻率、通帶帶寬、插入損耗、阻帶抑制度等。特性指標(biāo)：通帶截頻、阻帶截頻、轉(zhuǎn)折頻率、固有頻率等。增益與衰耗：濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。對低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時的增益；高通指w-8時的增益；帶通則指中心頻率處的增益；對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)；四、實驗步驟：先將RF2000與PC及通過RS232連接，接好RF2000的電源，開機(jī)。啟動SCOPE2000軟件。開始做“低通濾波器”實驗，將標(biāo)號為“RF2KM6-1A”的模塊按圖示的接法P1端接在RF2000的SWEEP/CW1OUT端子上，P2接上50歐姆匹配負(fù)載。接好模塊以后，過幾秒鐘按“BAND”把頻段打到49M-110M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、S21可以切換S11、S21的曲線圖。開始低通濾波器的S21參數(shù)測量，模塊標(biāo)號為“RF2KM6-1A”模塊P1端接至RF-2KSWEEP端，P2接至RF-2K的RF-IN。過幾秒鐘后把頻段打到49M-110M。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、

S21可以切換S11、S21的曲線圖。（6）開始做帶通濾波器的S參數(shù)測量，模塊標(biāo)號為“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2KSWEEP端，P4接50歐姆匹配負(fù)載。（7）過幾秒鐘后把頻段打到140M-300,M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、S21可以切換S11、S21的曲線圖。（8）接著做帶通濾波器的S31參數(shù)測量，模塊標(biāo)號為“RF2KM6-1A”，P3端接至RF-2KSWEEP端，P4RF-2K的RF-IN。（9）過幾秒鐘后把頻段打到140M-300,M軟件界面。按BAND可以在各頻段間切換，按S11、S21可以切換S11、S21的曲線圖。五、實驗結(jié)果：DownConverter10no■20■50-6051.656762.460.173.0DownConverter10no■20■50-6051.656762.460.173.079.505.290.996.6102100200.54.99-241.60.12-132.-53.74.37-24.gjgD5.90.9006.100.0201.106.2900.9.10.11.12.13.DownConverter|S21||Band20.150.99-37111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|______11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111JR1rj…0_二_；2；3——--11111111111111111,111-H-i—1—iHH-——i—HH111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111LLLLLLLLL1.165.12-372.105.53-373.204.37-374.227.92-375.249.90-376.275.02-357.292.29-353.9.10.11.12.13.201000■10-20■30■40■50■60201000■10-20■30■40■50■60142156171187203219234250266231297DownConverter|關(guān)11|阮nd?0.150.99-9011111111-1111111111:1:::111111111111111111111111111111-|111111111—LL111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111_11111_^-1—!―:1.165.12-6105.53-3204.37-14.227.92-21111-J11IlliI-11111111131-_J-1Cr-*-1:::q:1111111■11111JF11111111111111*111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111|||1111111111111111111111111111111LLLLLLL249.90-4275.02-107.292.29-133.9.10.11.12.13.142156171187203219234250266231297六、實驗結(jié)果分析：由實驗數(shù)據(jù)可知，實驗有效實現(xiàn)了低通，帶通濾波器的效果。

實驗四、微波波導(dǎo)系統(tǒng)中波長與頻率的測量、實驗內(nèi)容用吸收式波長計測f,用測量線測入g。要求測量f與入g各三組。測量流程圖二、實驗原理頻率的測量頻率的測量比較簡易的方法是測量波長，然后由波長推算出頻率。在分米波與厘米波段，常用諧振式頻率計(波長表)，見實驗教材附錄30B圖30-10。波長表由傳輸波導(dǎo)與