天线阻抗测量实验报告
5页1、天线阻抗测量实验报告一、实验目的1了解掌握微波与天线现代测量技术 2了解掌握矢量网络分析仪的使用和操作方法 3了解天线输入阻抗的频带特性二、实验内容1矢量网络分析仪测量频率范围设置和端口校准; 2被测天线与矢量网络分析仪的测量端口的连接,搭建实验测量系统; 3用矢量网络分析仪测量天线的输入阻抗,并观测天线输入阻抗的频率变化特性。三、基本原理网络分析仪有标量和矢量之分,标量网络分析仪只能测量网络的幅频特性,而矢量网络分析仪可以同 时测量被测网络的幅度和相位频率特性。1矢量网络分析仪工作原理如图 1 所示,一个最基本的矢量网络分析仪由四个主要部分组成,按信号走向依次是合成扫频信号源 (信号源)、S参数测试装置、高灵敏度幅相接收机和校准件。图 1 矢量网络分析仪整机系统组成框图( 1)信号源信号源是给被测网络提供入射信号的激励源,通常为正弦波信号,被测器件的频率响应特性测量需通 过信号源的扫频来确定。( 2)测试装置测量装置是实现入射、反射和传输信号的分离,从而分别测量它们各自的幅度和相位特性的硬件设 备,主要由功分器和定向耦合器完成。如图2所示。微波激励信号经不等分功分器分成两路信号,一路
2、作为参考信号,用R表示,间接地 代表着被测件的入射波。另一路加到测试连接端口,作为被测网络(DUT)的入射波。通过被测器件的传输波从端口2取出, 用 B 表示。被测器件的反射波通过端口1定向耦合器的耦合端口取出,用A表示。AI匕IPUT图2信号分离装置原理框图二端口网络有四个S参数,其中Si S21为正向S参数,S22,S12为反向S参数。被测器件的正向S 参数可用下式求得:S = A / R, S = B / R11 21当测量被测器件的反向S参数时,将被测器件的端口倒置,实现正向S参数与反向S参数测量的转换。 同理可获得被测器件的反向S参数。(3)中频数字幅相接收机微波测试信号的幅度和相位信息的提取是在幅相接收机中完成的,采用频率变换技术,先将微波信号 变换到固定的中频信号,在较低的中频频率上通过A/D将模拟信号变换成数字信号,由DSP数字信号处 理器采用数字滤波技术提取出矢量信号的实部和虚部,并运算求出被测器件的S参数。为了保证在频率变换过程中,原矢量信号的幅度和相位信息不丢失,幅相接收机采用了系统锁相接收 技术,合成扫频信号源和锁相接收同在一个锁相环路中,共用同一个时基。(4)
3、误差修正与校准矢量网络分析仪的测量误差包括随机误差、漂移误差和系统误差三大类。 随机误差是不可重复的误差项,如信号源和接收机中的噪声、外部电磁干扰、测量过程中或校准 过程中连接端口的测量重复性和开关重复性等都属于随机误差。减少随机误差的最有效方法是对 测试数据进行多次平均或平滑处理。 漂移误差主要是由环境温度变化造成的,通过构建具有稳定环境温度的测试环境,通常能将漂移 误差减至最小。 系统误差是由于微波器件性能的非理想性造成的,如定向耦合器的方向性误差,信号源的失配误 差、负载的失配误差、测试通道间的频率跟踪误差以及通道之间的干扰等。它们是仪器测量误差 的主要来源,而在一个稳定的测量环境中,这些影响是稳定的,可重复的,因而是可表征的,是 可以消除的。为了减小系统误差,过去主要是靠不断地改进有关微波器件的设计制造技术,力求提高其性能指标。 自从引进了计算机技术后,通过数学运算来消除扫频测量中的系统误差,用软件来弥补硬件指标的不足, 这就是误差修正技术,也称精度增强技术,它能最大程度地减小在传输和反射测量中的系统误差,从而提 高了测量精度。事实上,对于硬件指标不完善的矢量网络分析仪,可以等
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