摘 要

基于微波网络S参数的综合分析与测量是微波电路研发的基本方法，双端口微波元件是微波电路分析的基本单元，矢量网络分析仪（VNA）是微波电路S参数测量仪器，它的基本构成主要包括RF发生器，S参数测量模块和多个接收器。深入理解微波网络的S参数的原理，形成S参数测量可视化仿真软件，有利于微波工程发展。本文在分析有关微波理论的基础上，开展了利用双端口微波元件S参数理论进行可视化软件开发的研究工作。以矢量网络分析仪的基本测量要求和界面为仿真原型，设计了仿真软件的功能和界面布局，并使用MATLAB中的GUI制作了仿真软件，实现了后台计算并在界面显示S参数以及绘制其特性曲线等功能。本文一共设计并实现了四种双端口网络电路的模拟仿真界面，分别是串联阻抗电路、并联导纳电路、理想变压器电路以及短截线电路。

关键词：微波元件、微波测量、VNA、S参数、仿真、微波软件。

Abstract

The comprehensive analysis and measurement based on S-parameters of microwave network is the basic method of microwave circuit research and development. The dual-port microwave component is the basic unit of microwave circuit analysis. The vector network analyzer (VNA) is the microwave circuit S-parameter measuring instrument. Its basic composition is mainly It includes an RF generator, an S-parameter measurement module and multiple receivers. In-depth understanding of the principle of S-parameters in microwave networks, the formation of S-parameter measurement visualization simulation software, is conducive to the development of microwave engineering. Based on the analysis of microwave theory, this paper carried out research work on visualization software development using S-parameter theory of dual-port microwave components. The basic measurement requirements and interface of the vector network analyzer are used as the simulation prototype. The function and interface layout of the simulation software are designed. The simulation software is created by using the GUI in MATLAB. The background calculation is realized and the S parameters are displayed on the interface and the characteristics are drawn. Curves and other functions. In this paper, a total of four analog simulation interfaces for dual-port network circuits are designed and implemented, which are series impedance circuit, parallel admittance circuit, ideal transformer circuit and stub circuit.

Keywords: Microwave components, Microwave measurement, VNA, S-parameters, Simulation, Microwave software.

目 录

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1.3研究的基本内容及各章节内容 2

第2章 理论研究 3

2.1 S参数原理 3

2.1.1 双端口网络的S参数的讨论 5

2.1.2 S参数的测量 6

2.2 设计原理 7

2.2.1 MATLAB仿真 7

2.2.2 GUI设计 8

2.3 电路原理 9

2.3.1 双端口网络串联阻抗电路 10

2.3.2 双端口网络并联导纳电路 11

2.3.3 双端口网络理想变压器电路 12

2.3.4 双端口网络短截线电路 13

2.4 章末小结 14

第3章 界面的制作与仿真 15

3.1 串联阻抗电路的设计 15

3.1.1 串联阻抗电路的界面设计 15

3.1.2 串联阻抗电路的代码设计 19

3.1.3 界面运行结果 23

3.2 串联阻抗电路的设计 26

3.2.1 并联导纳电路的界面设计 26

3.2.2 并联导纳电路的代码设计 27

3.2.3 界面运行结果 28

3.3 理想变压器电路的设计 29

3.3.1 理想变压器电路的界面设计 29

3.3.2 理想变压器电路的代码设计 30

3.3.3 界面运行结果 31

3.4 短截线电路的设计 33

3.4.1 短截线电路的界面设计 33

3.4.2 短截线电路的代码设计 34

3.4.3 界面运行结果 35

3.5 章末小结 37

第4章 总结 38

参考文献 39

致 谢 40

第1章 绪论

1.1目的及意义

本次研究的主要目的是研究双端微波元件S参数的原理与可视化仿真实例。首先需要查阅书籍或者相关资料弄清楚微波元件的S参数原理，然后需要编程开发出一个模拟仿真软件，这个软件的功能就是将S参数用图像或者数字表示出来。

为了用编程开发出模拟仿真软件，首先，需要调研可以测量S参数的测量仪器的可视化终端功能，提出一个模拟软件方案。然后，针对通用和试验装置的S参数测量，开展终端软件模拟软件的开发，得到模拟软件。最后，通过实验完成对S参数的测量以及可视化。

研究双端微波元件的S参数原理主要是因为微波元件在现在通信技术中的地位，微波元件是通信技术的一个必不可缺是的核心，现在流行的5G热,它的工作频率就是在微波的频段内。要研究微波元件的特性，S参数是不可或缺的。S参数，我们称之为散射参数，是一个重要的微波传输参数。S参数是被用来表征射频元件或网络的属性或功能的，它与我们在微波网络中的常用的需要测量的参数（如增益、损耗和反射系数）有关。是反向传输系数，我们称之为隔离；是正向传输系数，我们称之为增益；是输入反射系数，我们称之为输入回波损耗；是输出反射系数，我们称之为输出回波损耗。研究微波元件尤其是研究微波元件的S参数的测量以及可视化是当今学术界和工程界的一个研究热点。

1.2国内外的研究现状分析

现在国内外的主要研究S参数的可视化，就是怎么方便的测量S参数并且直观的看到S参数。在使用VNA前，必须进行非常严格的校准，并且如何对VNA进行正确的校准是一个难点^[1]。