微波测量实验报告

课题：微波射频测量技术基础姓名：学号：班级：学院：

北京邮电大学

微波测量

实验报告

实验一 微波同轴测量系统的熟悉

一、实验目的

1、了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，熟悉其操作和特性。 2、熟悉矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

二、实验内容

1、常用微波同轴测量系统的认识，简要了解其工作原理。

微波同轴测量系统包括三个主要部分：矢量网络分析仪、同轴线和校准元件或测量元件。各部分功能如下： 1）矢量网络分析仪：对RF领域的放大器、衰减器、天线、同轴电缆、滤波器、分支分配器、功分器、耦合器、隔离器、环形器等RF器件进行幅频特性、反射特性和相频特性测量。 2）同轴线：连接矢量网络分析仪和校准元件或测量元件。

3）校准元件：对微波同轴侧量系统进行使用前校准，以尽量减小系统误差。 测量元件：待测量的原件（如天线、滤波器等），可方便地通过同轴线和矢量网络分析仪连起来。

2、掌握矢量网络分析仪的操作以及测量方法。

1）矢量网络分析仪的面板组成以及各部分功能 面板组成图如下所示：

1

各部分功能如下：

9

8 13 7

14

2）S 参数测量步骤

a)将一个待测的二端口网络通过同轴线接入矢量网络分析仪，组成一个微波同轴测量系统，如下图所示：

b)然后经过SOLT校准,消除系统误差；

c)在矢量网络分析仪上调处S参数测量曲线，读出相应的二端口网络的S参量，保存为s2p数据格式和cst数据格式的文件。

三、思考题

1、是否可以直接进行电路参数的测量，为什么？如何从测量的S参数导出电路参数。（给出S参数到Z参数的转换公式，以及如何在ADS中应用。）

答：不可以，因为微波同轴测量系统只能对于微波的入射和反射的电压电流关系进行分析。 S参数到Z参数的转换公式如下：

1+s11s12z11z121−s11−s12

=z0

s211+s22−s211−s22z21z22

实验二 微波同轴测量系统校准方法

一、实验目的

1、了解常用微波同轴测量系统的校准方法以及精度。

2、熟悉矢量网络分析仪的SOLT校准步骤以及校准精度验证方法。

二、实验内容

1、总结常用微波同轴测量系统的校准方法，比如TRL和SOLT，了解其校准原理和优缺点。 a)SOLT校准

OLT校准能够提供优异的精度和可重复性。这种校准方法要求使用短路、开路和负载标

准校准件。如果被测件上有雌雄连接器，还需要分别为雌雄连接提供对应的标准件，连接两个测量平面，形成直通连接。SOLT校准方法使用12项误差修正模型，其中被测件的正向有6项，反向有6项。图正向误差项：ED（方向）、ES（源匹配）、EL（负载匹配）、ERF（反射

跟踪）、ETF（发射跟踪）和EX（串扰）。操作正确的话，SOLT可以测量百分之一分贝数量级的功率和毫度级相位。常用的校准套件中都包含SOLT标准校准件。

• • • • • •

EDF，EDR：反射参数，衡量VNA耦合器分离前向波和反射波程度，数值越大越好。小的反射参数会导致信号的耦合泄漏。

ERR，ERF：传输参数，误差与反射测量相关，可以用短路和屏蔽开路校准件进行测量。

EXF，EXR：隔离，串扰，误差与串扰相关，可以通过测量接匹配负载的1口和2口来确定。

ESF，ESR以及 ELF，ELR：信号源匹配和负载匹配，指信号源与50欧姆负载的匹配程度以及负载的质量，这些误差可以通过测量S11和S22确定。

ETF，ETR：传输参数，误差与传输测量相关，通过测量1、2口互连时的传输确定。 网络分析仪的校准即是通过数学的方法消除以上误差项，得到被测器件真实参量(Sa11，Sa12，Sa21，Sa22)的过程。

b)

TRL校准

TRL校准极为精确，在大多数情况下，精确度甚至超过SOLT校准。然而绝大多数校准套件中都不包含TRL标准件。在要求高精度并且可用的标准校准件与 被测件的连接类型不同的情况下，一般采用TRL校准。使用测试夹具进行测量或使用探头进行晶圆上的测量，通常都属于这种情况。因此，某些情况下需要构建和 表征与被测件配置介质类型相同的标准件。制造和表征三个TRL标准件比制造和表征四个SOLT标准件更容易。TRL校准还有另一个重要优势：标准件不需要像SOLT标准件那样进行完整或精确的定义。虽然SOLT标准件是完全按照标准的定义进行表征和储存，而TRL标准件只建 立模型而不进行完整表征，但是TRL校准的精度与TRL标准件的质量和可重复性成正比。物理中断（例如传输线路弯曲和同轴结构中的焊缝）将会降低TRL校 准的精度。接口必须保持清洁并允许可重复的连接。

Thru

Reflect

Line

√∆

2 √S12=2

T121-S22

()

2、掌握矢量网络分析仪的SOLT校准步骤以及校准精度验证方法。 方法如下：

（1） 按CAL 键激活校准菜单

（2） 按‘Start Cal’键进入下一级校准菜单

（3） 按‘Two-Port P1 P2’键选择2端口校准，并进入下一级菜单

（4） 按‘TOSM’键选择TOSM校准方式，选择正确的接头形式（Connector），注意这里的接头指的是测试电缆的接头形式，不是标准件的接头形式，以及正确的校准件（Calibration Kit）的型号。

（5） 点击“Next”键，进入校准菜单，SOLT校准共有7个步骤： ①在1端口接开路校准件，用鼠标点击“开路open”； ②在1端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”； ③在1端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”； ④在2端口接开路校准件，用鼠标点击“开路Open”； ⑤在2端口接短路校准件，用鼠标点击“短路Short”； ⑥在2端口接负载校准件，用鼠标点击“负载Load”；

⑦在1端口和2端口之间接直通校准件, 用鼠标点击“直通Through”,同时下方的”Apply”键也生效。点击“Apply”，使校准数据生效。

三、实验步骤及结果

注意在实验报告中包括下列内容：

a) 校准前测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）S参数，并保存数据 1）开路

S11

2）短路S11

3）匹配

S11

4）直通S11

b) 校准后测量各校准件（开路、短路、匹配和直通）S参数，并保存数据

1） 开路S11

2） 短路S11

3） 匹配S11

4） 直通S11

c) 比较校准前后校准件（开路、短路、匹配和直通）的S参数，解释说明各条曲线，并

指出所做校准的精度情况

分析比较校准前后的数据可以发现，经过校准后有效的减少了原来的误差，带宽的微弱变化虽然很小，但是对于误差来说还是足够证明每次连接测量器件之前校准步骤都是必要的，而且在校准过程中，有校准之后的图形可分析：在Smith圆图上，开路和短路不再是一圈圈缠绕的线，已经减少到靠近开路和短路点的一段线，匹配点经过校准后已经非常接近理论上的一个点而不是一个区域。所以，校准之后的测量才是符合实际的近乎标准值，在未校准时进行的测量只能大概估计下元件的类型及带宽，对于精确的参数测量未校准时是完全不符合标准的。

实验三 利用微波同轴测量系统进行实际器

件测量

一、实验目的

1、利用SOLT校准方法进行微波同轴测量系统的校准

2、测量天线和滤波器的实际性能

二、实验内容

1、存储测量结果，并通过测量结果了解天线和滤波器的工作原理以及性能

a) 天线和滤波器的S参数测量曲线

b) 通过分析其S参数，了解天线和滤波器所组成的网络的特性。

2、在分别经过校准和没有校准的情况下测量天线和滤波器的性能，比较两类测量结果

a) 未校准和校准后天线和滤波器测量曲线比较

b) 结合实验二指出对于三个器件，十二项误差模型中哪个误差项的影响比较大，原

因是什么？

c) 通过测量结果分析三个器件的工作原理。

三、实验结果及分析

1）校准后天线S11

天线是单端口器件，故只有S11的结果，在工作频率点处，即2.22GHz，S11（回波损耗）很小，即全部能量发射出去。

2）校准后滤波器S21

滤波器均带通滤波器。在工作频率点处，S11即回波损耗非常小，几乎全部能量都通过了滤波器，S21非常大，表示全部能量都通过滤波器传播过来。该滤波器的3dB带宽为100MHz。

3） 校准后耦合器直通端S21

4） 校准后耦合器耦合端

S21

5）校准后耦合器隔离端S21

耦合器为四端口器件，分别为输入端，直通端，隔离端，耦合端。直通端的S21

很大，

说明输入的能量几乎全部从直通端输出，隔离端的S21很小，不输出能量，有很小一部分能量从耦合端输出，插入损耗为20dB。

实验总结

虽然本次微波测量实验就上了一次课，但是我还是从中学到了许多。通过观察老师操作和自己实际测量，初步掌握了测试元件的s参数，了解常用微波同轴测量系统的组成，熟悉各部分构件的工作原理，同时了解了不同元器件的滤波特性，加深了我对微波这门课理论知识的理解，使我能更好学习微波这门课。虽然这次微波测量实验非常短暂， 但对我现在乃至将来都有很大的帮助，锻炼了自己的动手能力，也加深了自己对微波课程的兴趣。