11.4 矢网分析

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1、注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有发现抄袭，作者概不负责！实验11.4矢网分析（注：此份作业之前由同学代为提交，但不确定那位同学是否投至正确信箱内，故保险起见重新打印提交一次。因而如有重复提交，请忽略此实验报告。谢谢！）一、实验目的1.了解矢量网络分析仪的操作和使用。2.掌握矢量网络分析仪测量s参数的原理和方法。3.掌握传输/反射法由s参数计算介电常数和磁导率的过程和方法。二、实验原理矢量网络分析仪能够对网络参数进行全面测量，它既可测量网络的幅频特性，又可测量网络的相频特性和群延迟特性。可广泛应用于天线和雷达散射截面R

2、CS测量，发射/接收（T/R）模块测量，介质材料特性测量，微波脉冲特性测量，光电特性测量和低温电子测量等领域，是相控阵雷达、精密制导、电子对抗、隐身和反隐身技术、微波通信和卫星等电子系统的科研、生产过程中必不可少的测试设备。矢量网络分析仪的工作原理：矢量网络分析仪的信号源产生测试信号输入到被测件，当测试信号通过被测件时，一部分信号被反射，另一部分信号则被传输，那么反射和传输信号就携带了被测件的特征信息，矢量网络分析仪通过测量反射和传输信号得到被测件的特征参量。矢量网络分析仪AV3629用于测量器件和网络的反射和传输特性。整机主要

3、包括45MHz—40GHz合成信号源、53MHz—24GHz本振源、s参数测试装置模块、幅相接收模块、数字信号处理与嵌入式计算机模块和液晶显示模块。合成信号源产生45MHz—40GHz的测试激励信号，此信号通过整机锁相电路与本振源同步扫描。s参数测试装置模块用于分离被测件的入射信号、反射信号和传输信号。当源在端口1时，产生入射信号R1、反射信号A和传输信号B；当源在端口2时，产生入射信号R2、反射信号B和传输信号A。幅相接收模块将射频信号转换成固定频率的中频信号，由于采用系统锁相技术，本振源和信号源锁相在同一个参考时基上，保证在

4、频率变换过程中，被测件的幅度和相位信息不丢失。在数字信号处理与嵌入式计算机模块中，将模拟中频变成数字信号，通过计算得到被测件的幅相信息，第9页共9页注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有发现抄袭，作者概不负责！这些信息做各种格式变换处理后，将结果送给显示模块，液晶显示模块将被测件的幅相信息以用户需要的格式显示出来。实验中待测样品材料通过同轴波导转换器接在矢量网络分析仪端口1和端口2之间。根据微波网络理论，本实验实际上是测量一个二端口网络的s参数，如图1所示，a1、a2和b1、b2分别是端口1和端口2的内向波和外向波；T1和

5、T2分别为端口1和端口2的参考[s]T1T2I1I2V1V2a1b1a2b2面；V1，I1和V2，I2分别端口1和端口2的归一化电压和电流。图1二端口网络外向波与内向波和s参数之间的关系可表示为：其中，，，，s11表示端口1的反射系数，s12表示端口2到端口1的传输系数，s21表示端口1到端口2的传输系数，s22示端口2的反射系数。本实验两端口网络具有对称性，因此有s11=s22，s12=s21。根据传输/反射法，在矩形波导传输线中包含样品时，微波在空气—介质界面要发生反射和透射，s参数与反射系数和传输系数有关，可以得到：第9页

6、共9页注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有发现抄袭，作者概不负责！其中，Tl表示待测样品的传输系数，Γc表示待测样品的反射系数。由上述两式，令可以得到其中号的选择依据是满足

7、Γc

8、<1同时考虑到材料样品的传输系数Tl可以通过传播常数γ与材料的电磁参数εr，μr联系起来，即其中，l为待测样品厚度，γ为样品区的传播常数，c为光速，λ0为空气中的工作波长，λ0=c/f，λc为截止波长。空气—介质界面的反射系数Γc也可以通过波阻抗与材料的电磁参数εr，μr联系起来，即其中，Zc和Z0分别代表传输线中样品段和空气段的波阻抗，即有第

9、9页共9页注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有发现抄袭，作者概不负责！联合以上各式可以得到式中，并且有λg为待测材料中的波导波长。综合上述诸式，只要测得材料样品端面的散射参数s11和s21，就可以得到界面的反射系数Γc和材料的传输系数Tl，继而得到材料的电磁参数εr，μr。此方法优点，简单且具有较高精度，同时对波导与同轴系统均适用。此方法会产生以下两个问题：（1）厚度谐振问题对于低损耗材料，某些频点，即微波材料样品长度正好是半波长的整数倍时，s11→0，K值具有极大的不确定性，εr产生尖峰，即厚度谐振为不确定值需要去除。

10、（2）多值问题传播常数与厚度紧密相关，当l>λ时，传播常数有多个解，在式中需要对Tl取自然对数，设Tl=Tejθ，则有由于n可能取多个不同的值，γ值存在多个值，因而得到的介电常数可能存在多值。三、实验仪器第9页共9页注：本实验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有发