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A n I n t r o d u c t i o n t o

T h e D e s i g n a n d T e s t i n g o f M i c r o w a v e C i r c u i t s

L A B O R A T O R Y M A N U A L

f o r t h e

E E 7 1 0 A d j u n c t M i c r o w a v e L a b o r a t o r y

P a t r i c k R o b l i n

P r o f e s s o r

T h e O h i o S t a t e U n i v e r s i t y

2 0 0 5 ( 1 8 t h E d i t i o n )

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C o n t e n t s

A c k n o w l e d g e m e n t s i i i

1 I N T R O D U C T I O N 1

1 . 1 L a b o r a t o r y O v e r v i e w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 . 2 L a b o r a t o r y F a c i l i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 . 3 L a b o r a t o r y P o l i c i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1 . 4 L a b o r a t o r y S c h e d u l e a n d R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 L A B O R A T O R Y 1 w i t h H P 8 7 5 3 C : 4

2 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 . 2 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 . 3 W r i t e U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 L A B O R A T O R Y 1 w i t h A g i l e n t 5 0 7 1 B : 9

3 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3 . 2 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

3 . 3 W r i t e U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

4 L A B O R A T O R Y 2 w i t h H P 8 7 5 3 C : 1 5

4 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5


5 L A B O R A T O R Y 2 w i t h A g i l e n t 5 0 7 1 B : 1 9

5 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9


6 L A B O R A T O R Y 3 : 2 5

6 . 1 S e l e c t i o n o f t h e L a b o r a t o r y P r o j e c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

6 . 2 S i m u l a t i o n a n d P r e p a r a t i o n o f t h e L a y o u t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6

6 . 3 F a b r i c a t i o n P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8


6 . 5 W r i t e U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8

7 A P P E N D I C E S 3 1

7 . 1 H o w t o U s e A D S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

7 . 2 H o w t o U s e t h e L a y o u t T o o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

7 . 3 H o w t o U s e L i n e C a l c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

7 . 4 T i p s f o r S o l d e r i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6

7 . 5 C a r i n g F o r C o n n e c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8

7 . 6 D i r e c t i o n a l C o u p l e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

7 . 7 M e a s u r i n g B a n d w i d t h o f B a n d S t o p F i l t e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1

7 . 8 D i e l e c t r i c R e s o n a t o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3

7 . 9 L o a d i n g S - p a r a m e t e r d a t a i n A D S a n d M A T L A B . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

7 . 1 0 L e a s t S q u a r e a n d P l o t t i n g w i t h M A T L A B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8

7 . 1 1 M a k i n g a P o s t e r w i t h L a t e x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

7 . 1 2 L a b o r a t o r y R e p o r t S h e e t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1

i i

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A c k n o w l e d g e m e n t s

T h e d e v e l o p m e n t o f t h e e e 7 1 0 a d j u n c t l a b o r a t o r y w o u l d n o t w o u l d n o t h a v e b e e n p o s s i b l e

w i t h o u t t h e h e l p a n d s u p p o r t o f m a n y p e o p l e w h o s e c o n t r i b u t i o n s w e w o u l d l i k e t o a c k n o w l -

e d g e .

T h e N e t w o r k A n a l y z e r s a r e t h e c o r n e r s t o n e o f t h i s l a b o r a t o r y . W i t h o u t t h e m , t h i s l a b o r a -

t o r y w o u l d n o t h a v e b e e n p o s s i b l e . W e w o u l d l i k e t o t h a n k t h e H e w l e t t P a c k a r d C o m p a n y f o r

d o n a t i n g t h e r s t V e c t o r N e t w o r k A n a l y z e r ( H P 8 7 5 3 B n o w r e t i r e d ) w i t h w h i c h w e s t a r t e d

t h i s l a b . W e a r e v e r y g r a t e f u l t o D r J o h n M o l l o u r f a m o u s O S U a l u m n i t h e n d i r e c t o r o f

r e s e a r c h a t H e w l e t t P a c k a r d L a b o r a t o r i e s f o r t h e s u p p o r t h e p r o v i d e d t o o u r d o n a t i o n p r o -

p o s a l .

O u r s e c o n d n e t w o r k a n a l y z e r H P 8 7 5 3 C w a s a c q u i r e d t h a n k s t o a N a t i o n a l S c i e n c e F o u n -

d a t i o n e d u c a t i o n a l e q u i p m e n t g r a n t . O u r t h i r d n e t w o r k a n a l y z e r w a s a c q u i r e d t h a n k s t o a

g r a n t f r o m t h e O h i o B o a r d o f R e g e n t s . W e a r e i n d e b b t e d t o P r o f . Z h e n g f o r m a k i n g t h i s

g r a n t p o s s i b l e .

S e v e r a l p a r t s a n d s u p p l i e s h a v e b e e n g e n e r o u s l y d o n a t e d b y t h e m i c r o w a v e i n d u s t r y . W e

w o u l d l i k e t o t h a n k t h e R o g e r s C o r p o r a t i o n f o r t h e c o n t i n u o u s s u p p o r t o f t h i s l a b o r a t o r y

w i t h t h e d o n a t i o n o f m i c r o s t r i p c i r c u i t b o a r d s a n d W e s t e r n M i c r o w a v e f o r t h e d o n a t i o n o f

a c i r c u l a t o r . W e a r e g r a t e f u l t o P r o f . W a l t e r D . B u r n s i d e f o r p r o v i d i n g u s w i t h l t e r a n d

c o u p l e r d e m o n s t r a t i o n m i c r o w a v e d e v i c e s .

D e m o n s t r a t i o n m i c r o w a v e c i r c u i t s w e r e d e v e l o p e d f o r t h i s l a b o r a t o r y b y P a t r i c k K a i s e r , L i n

C h i a - L i a n g , T r u o n g X . N g u y e n , a n d B e n J o h n s o n d u r i n g t h e c o u r s e o f i n d e p e n d e n t s t u d y

p r o j e c t s .

I a m m o s t g r a t e f u l t o m y g r a d u a t e s t u d e n t s S u n g C h o o n K a n g , C h i h J u H u n g , V a k u r

E r t u r k a n d S i r a j A k h t a r , W e n h u a D i a a n d X i a n C u i f o r t h e i r d e d i c a t e d c o n t r i b u t i o n t o t h e

d e v e l o p m e n t o f t h i s l a b o r a t o r y .

I a m g r a t e f u l t o P r o f . J o h n s o n f o r r e c e n t l y t e a c h i n g t h a t c o u r s e a n d p r o v i d i n g c o r r e c t i o n s

f o r t h i s m a n u a l a n d o e r i n g s u g g e s t i o n s f o r f u r t h e r l a b d e v e l o p m e n t s .

F i n a l l y I w o u l d l i k e t o t h a n k P r o f e s s o r s . H . C . K o , B . M a y a n , D . H o d g e Y . Z h e n g a n d C .

K l e i n , f o r t h e s u p p o r t p r o v i d e d t o t h i s l a b o r a t o r y a s c h a i r m a n o r v i c e - c h a i r m a n o f t h e E E

d e p a r t m e n t .

P a t r i c k R o b l i n S e p t e m b e r 2 0 0 4 .

i i i

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1 . I N T R O D U C T I O N

1 . 1 L a b o r a t o r y O v e r v i e w

T h e E E 7 1 0 a d j u n c t m i c r o w a v e l a b o r a t o r y i s d e s i g n e d t o r u n i n p a r a l l e l w i t h E E 7 1 0 . A n

i n t r o d u c t i o n t o m i c r o w a v e c i r c u i t d e s i g n i s g i v e n i n t h e E E 7 1 0 l e c t u r e . I n s u p p o r t t o t h e

d e s i g n t h e o r y , t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n o f t h e m i c r o w a v e c i r c u i t s s t u d i e d a r e p e r -

f o r m e d u s i n g a n a d v a n c e d m i c r o w a v e c i r c u i t s i m u l a t o r ( A D S ) i n s t a l l e d i n t h e E R 4 c o m p u t e r

s y s t e m . T o c o m p l e t e t h e l e a r n i n g c y c l e t h e E E 7 1 0 a d j u n c t m i c r o w a v e l a b o r a t o r y p r o v i d e s

E E 7 1 0 s t u d e n t s w i t h t h e o p p o r t u n i t y t o e x p e r i m e n t a l l y v e r i f y t h e d e v i c e p r i n c i p l e s a n d

d e s i g n t h e o r y o f t h e m i c r o w a v e d e v i c e s a n d c i r c u i t s s t u d i e d . T h e t h r e e m a i n o b j e c t i v e s o f

t h e l a b o r a t o r y a r e t h e r e f o r e :

1 . T o i n t r o d u c e t h e E E 7 1 0 s t u d e n t t o t h e t e c h n i q u e s a n d p r i n c i p l e s o f m i c r o w a v e m e a -

s u r e m e n t w i t h m o d e r n N e t w o r k A n a l y z e r s .

2 . T o p r o v i d e t h e E E 7 1 0 s t u d e n t w i t h t h e o p p o r t u n i t y t o t e s t s o m e o f t h e m i c r o w a v e

d e v i c e s d i s c u s s e d i n E E 7 1 0 .

3 . T o i n v o l v e t h e E E 7 1 0 s t u d e n t i n a d e s i g n p r o j e c t o f t h e s t u d e n t c h o i c e . T h e p r o j e c t i n -

c l u d e r s t p r i n c i p l e d e s i g n , C A D s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n , C A D l a y o u t , f a b r i c a t i o n

a n d t e s t i n g o f a p r o t o t y p e .

N o t e t h a t s t u d e n t s w h o a r e i n t e r e s t e d i n p u r s u i n g a d e s i g n p r o j e c t o f t h e i r o w n w i l l h a v e t h e

o p p o r t u n i t y t o d o s o u n d e r a f o l l o w - u p i n d e p e n d e n t s t u d y ( s e e S e c t i o n 5 ) . S u c c e s s f u l d e s i g n

p r o j e c t s w i l l b e u s e d a s d e m o s i n t h e m i c r o w a v e l a b o r a t o r y .

1 . 2 L a b o r a t o r y F a c i l i t i e s

T h e l a b o r a t o r y f a c i l i t i e s l o c a t e d i n C L 3 0 5 p r o v i d e t h r e e f u n c t i o n s :

- T h e m e a s u r e m e n t s t a t i o n s

- T h e Q u i c k C i r c u i t f a b r i c a t i o n

- T h e s o l d e r i n g s t a t i o n s

T h e m e a s u r e m e n t s t a t i o n u s e d i n E E 7 1 0 c o n s i s t s o f o n e H P 8 7 5 3 C N e t w o r k A n a l y z e r a n d

t h e C o l o r p r o H P P l o t t e r .

T h e d e s i g n b e n c h i n c l u d e s a w o r k b e n c h , a t o o l b o x , a d r i l l , a s o l d e r i n g i r o n , a n d a p a r t s

c a b i n e t . A b e n c h r a c k i s a v a i l a b l e f o r s t o r i n g y o u r c i r c u i t s u n d e r d e v e l o p m e n t . P l e a s e u s e

t h e w h i t e s t i c k e r s a v a i l a b l e i n C L 3 0 5 t o w r i t e y o u r n a m e ( s ) o n y o u r c i r c u i t s .

1

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T h e c i r c u i t s d e s i g n e d b y t h e s t u d e n t s a r e f a b r i c a t e d u s i n g c o m p u t e r a i d e d m a c h i n i n g b y t h e

E E 7 1 0 t e a c h i n g a s s i s t a n t i n C L 3 0 5 .

1 . 3 L a b o r a t o r y P o l i c i e s

F o r a p r o p e r a n d e c i e n t s h a r i n g o f t h e l a b o r a t o r y e q u i p m e n t a s e t o f r u l e s i s n e c e s s a r y . T h e

l a t t e r m a k e u p t h e L a b o r a t o r y p o l i c y . A s a m p l e o f t h e L a b o r a t o r y P o l i c y i s g i v e n b e l o w .

Y o u a r e a s k e d t o r e a d i t a n d o b i d e b y i t s r u l e s t o p a r t i c i p a t e i n t h i s l a b o r a t o r y .

E E 7 1 0 L a b o r a t o r y P o l i c y

1 . S c h e d u l e y o u r l a b m e a s u r e m e n t i n ( C L 3 0 5 ) t i m e i n a d v a n c e o n t h e s i g n u p s h e e t . Y o u

c a n r e s e r v e u p t o 2 h o u r s / p e r w e e k . M o r e t i m e i s h o w e v e r a l l o w e d o n a r s t c o m e ,

r s t s e r v e d b a s i s .

2 . R e a d y o u r l a b o r a t o r y m a n u a l a n d m a k e a p l a n o f w o r k b e f o r e c o m i n g t o t h e l a b .

3 . Y o u c a n o b t a i n t h e l a b o r a t o r y k e y a g a i n s t y o u r I . D c a r d a t t h e r e c e p t i o n d e s k o f t h e

E E d e p a r t m e n t o c e . T h e r e c e p t i o n i s t s h o u l d c h e c k t h a t y o u a r e o n t h e E E 7 1 0 c l a s s

r o s t e r r e m i n d h i m / h e r t o d o s o !

4 . F o r t h e e q u i p m e n t s e c u r i t y m a k e s u r e t h a t t h e l a b o r a t o r y d o o r i s c l o s e d w h e n y o u l e a v e

t h e r o o m e v e n f o r a s h o r t p e r i o d . F o r y o u r o w n s e c u r i t y c o n s i d e r c l o s i n g t h e d o o r a t

n i g h t . T h e r e i s a p h o n e i n t h e r o o m .

5 . C a r e f o r t h e m e a s u r e m e n t c a b l e s a n d c o n n e c t o r s ( r e f e r t o A p p e n d i x 7 . 5 o f y o u r l a b o -

r a t o r y m a n u a l ) a n d t h e e q u i p m e n t i n g e n e r a l . T h e m e a s u r e m e n t s w i l l b e m a d e u s i n g

S M A t e s t c a b l e s . D o n o t d i s c o n n e c t t h e S M A t e s t c a b l e s f r o m t h e N e t w o r k A n a l y z e r .

6 . R e a d s o l d e r i n g t i p s i n A p p e n d i x 7 . 4 o f y o u r l a b o r a t o r y m a n u a l t o e n s u r e a p r o p e r u s e

o f t h e t o o l s a n d t o a s s u r e y o u r p r o c t e c t i o n . I f y o u a r e u n c o m f o r t a b l e w i t h a p a r t i c u l a r

l a b o r a t o r y p r o c e d u r e r e q u e s t h e l p f r o m t h e i n s t r u c t o r .

7 . R e p o r t d a m a g e o r m a l f u n c t i o n i m m e d i a t e l y ( y o u w i l l n o t b e p e n a l i z e d ) t o t h e i n s t r u c -

t o r o r t e a c h i n g a s s i s t a n t .

1 . 4 L a b o r a t o r y S c h e d u l e a n d R e p o r t

A l a b o r a t o r y r e p o r t i s d u e f o r e a c h l a b o r a t o r y a n d s h o u l d b e t u r n e d i n b y t h e d u e d a t e

s p e c i e d i n y o u r E E 7 1 0 s y l l a b u s . I n a d d i t i o n a p o s t e r p a g e s u m m a r i z i n g y o u r d e s i g n s h o u l d

b e i n c l u d e d w i t h t h e l a s t l a b o r a t o r y r e p o r t . A f e w g u i d e l i n e s a r e g i v e n b e l o w :

2

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u s e f o r r s t p a g e o f y o u r l a b r e p o r t , t h e l a b o r a t o r y r e p o r t s h e e t g i v e n i n A p p e n d i x

7 . 1 2 ,

i n c l u d e a t a b l e o f c o n t e n t s d e s c r i b i n g t h e m a t e r i a l a p p e n d e d ,

w r i t e a c a p t i o n o n e a c h g u r e a n d p l o t ,

d i s c u s s a n y p r o b l e m s e n c o u n t e r e d .

O n l y o n e r e p o r t p e r t e a m s h o u l d b e t u r n e d i n . T h e r e p o r t s d o n o t n e e d t o b e l o n g b u t

m u s t b e w e l l o r g a n i z e d . T h e r s t t w o l a b o r a t o r y r e p o r t s d o n o t n e e d t o b e t y p e d . H o w e v e r

t o h e l p w i t h c l a r i t y p l e a s e w r i t e t h e l a b o r a t o r y 3 ( d e s i g n p r o j e c t ) r e p o r t a n d p o s t e r p a g e

o n a w o r d p r o c e s s o r . A P D F c o p y o f y o u r p r o p o s a l , p o s t e r s l i d e s a n d n a l r e p o r t s h o u l d

b e p r o v i d e d t o t h e T A ( s e e s y l l a b u s f o r d e a l i n e ) . N o t e t h a t y o u c a n s t o r e y o u r s i m u l a t i o n

p l o t s i n a p o s t s c r i p t l e a n d i n c l u d e t h e m i n y o u r r e p o r t w i t h o u t c u t t i n g a n d p a s t i n g . Y o u r

r e p o r t w i l l b e a r c h i v e d i n t h e c l a s s w e b s o t h a t i t c a n b e u s e d a s a r e f e r e n c e b y f u t u r e E E 7 1 0

s t u d e n t s a n d y o u r p o s t e r w i l l d i s p l a y e d i n t h e d i s p l a y c a s e i n t h e D r e e s e - C a l d w e l l b r i d g e .

3

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2 . L A B O R A T O R Y 1 w i t h H P 8 7 5 3 C :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t w i t h t h e N e t w o r k A n a l y z e r

L a b o r a t o r y G o a l : T h e p u r p o s e o f t h i s r s t l a b o r a t o r y i s t o g e t f a m i l i a r i z e d w i t h t h e N e t -

w o r k A n a l y z e r a n d t h e m e a s u r e m e n t o f o n e - p o r t d e v i c e s . I n p a r t i c u l a r t h e s t u d e n t w i l l

p e r f o r m b o t h f r e q u e n c y d o m a i n m e a s u r e m e n t a n d t i m e d o m a i n a n a l y s i s t o e x t r a c t t h e e e c -

t i v e l e n g t h s o f a m i c r o s t r i p o p e n s t u b a n d S M A l a u n c h e r a n d e v a l u a t e t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t

o f t h e m i c r o s t r i p s u b s t r a t e .

A p p r o x i m a t e D u r a t i o n : 2 - 3 h o u r s

2 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1

1 . P r e l i m i n a r y R e a d i n g :

R e a d i n t h e U s e r ' s g u i d e o f t h e H P 8 7 5 3 C N e t w o r k A n a l y z e r t h e f o l l o w i n g c h a p t e r s :

- C h a p t e r 1 : O p e r a t i n g t h e H P 8 7 5 3 C

- C h a p t e r 3 : R e e c t i o n M e a s u r e m e n t s w i t h t h e H P 8 7 5 3 C

- C h a p t e r 4 : T i m e D o m a i n A n a l y s i s

T h e U s e r ' s G u i d e o f t h e H P 8 7 5 3 C N e t w o r k A n a l y z e r i s a v a i l a b l e i n t h e E E 7 1 0 c l a s s

w e b p a g e f o r b r o w s i n g . A N e t w o r k A n a l y z e r U s e r ( N A U ) g u i d e i s a l s o a v a i l a b l e

i n t h e C L 3 0 5 l a b f o r q u i c k r e f e r e n c e .

2 . L a b o r a t o r y O v e r v i e w :

R e a d t h e r e m a i n i n g o f t h e i n s t r u c t i o n s f o r L a b 1 b e f o r e c o m i n g t o y o u r s c h e d u l e d

l a b o r a t o r y t i m e . D e t e r m i n e t h e g o a l s t o b e a t t a i n e d .

3 . C o n n e c t o r a n d C a b l e C a r e :

T h e m e a s u r e m e n t o f m i c r o w a v e c i r c u i t i s a s c i e n c e . I n t h i s l a b o r a t o r y a n d t h e s u b s e -

q u e n t o n e s y o u w i l l p h y s i c a l l y c o n n e c t i n g m a n y m i c r o w a v e d e v i c e s t o t h e t e s t c a b l e s o f

t h e n e t w o r k a n a l y z e r . T h e q u a l i t y o f y o u r m e a s u r e m e n t a n d t h e l i f e t i m e o f t h e d e v i c e s

a n d c a b l e s w i l l d e p e n d e n t c r i t i c a l l y o n t h i s s i m p l e p r o c e s s . P l e a s e r e a d A p p e n d i x 7 . 5

w h i c h g i v e s s o m e k e y a d v i c e s a b o u t i t . I t i s i n d e e d i m p o r t a n t t o l e a r n h o w t o d o i t

r i g h t a n d d e v e l o p h a b i t s w h i c h y o u c a n k e e p d u r i n g y o u r p r o f e s s i o n a l l i f e .

4

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2 . 2 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e

1 . C l e a n t h e S M A c o n n e c t o r s o f t h e c a b l e s , a n d s t a n d a r d s :

T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t r e a l l y m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e

t h a n a f e w t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s ,

a n d s t a n d a r d s w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . T h e

s t a n d a r d s w h i c h a r e s k e t c h e d b e l o w a r e a v a i l a b l e i n a s m a l l w o o d e n b o x . C l e a n t h e

c a b l e s a n d s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t ) u s i n g a c o t t o n s w a b , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d

a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e i n A p p e n d i x 7 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T i f i t i s a l r e a d y o n .

3 . P e r f o r m a 1 - P o r t C a l i b r a t i o n o f t h e N e t w o r k A n a l y z e r :

P r e s s M E A S a n d s e l e c t S 1 1 ( p . 9 o f u s e r ' s g u i d e ) .

Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e S M I T H C H A R T f o r m a t ( N A U g u i d e p . 1 0 )

b e f o r e c a l i b r a t i n g . S i m p l y p r e s s F O R M A T a n d s e l e c t S M I T H C H A R T .

T o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n p r e s s C A L a n d s e l e c t t h e 1 - p o r t C a l i b r a t i o n ( N A U g u i d e p . 1 1 ) .

U s e t h e c a l i b r a t i o n s h o r t , o p e n a n d 5 0 l o a d i n t h e S M A c a l i b r a t i o n k i t ( a v a i l a b l e i n

t h e s m a l l w o o d e n b o x ) f o r t h e r e e c t i o n c a l i b r a t i o n o f p o r t 1 . A s k e t c h o f t h e s t a n d a r d s

i s g i v e n b e l o w .

D o N O T H O L D t h e c a b l e w h e n y o u c a l i b r a t e a s t h i s i n t r o d u c e s c a l i b r a t i o n

i n s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e y o u

s e l e c t S H O R T , O P E N a n d 5 0 L O A D i n t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e .

P r e s s D O N E w h e n d o n e . S a v e y o u r c a l i b r a t i o n i n a r e g i s t e r ( N A U g u i d e p . 3 1 ) .

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 l o a d , t h e o p e n a n d s h o r t c o n n e c t i o n s . N o t e

t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e y o u a r e u s i n g a t p o r t 1

a n d w o u l d n o l o n g e r b e v a l i d i f t h e c a b l e w a s r e m o v e d ( P l e a s e d o n o t r e m o v e / d i s c o n n e c t

t h e t e s t c o a x i a l c a b l e s ! ) . Y o u a r e n o w r e a d y t o p e r f o r m a o n e - p o r t m e a s u r e m e n t .

OPEN50

THRUSHORT

F i g u r e 2 . 1 : C a l i b r a t i o n S t a n d a r d s

5

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4 . E v a l u a t i o n o f t h e e e c t i v e l e n g t h o f a n o p e n s t u b a t = 4 :

I d e n t i f y t h e t e s t b o a r d c o n s i s t i n g o f t h r e e 5 0 m i c r o s t r i p o p e n s t u b s ( 3 , 6 a n d 9

c m ) a v a i l a b l e o n t h e r a c k . C o n n e c t t h e s h o r t e s t o p e n s t u b ( 3 c m ) t o p o r t 1 . U s e t h e

S m i t h C h a r t f o r m a t t o d i s p l a y S 1 1 . U s i n g t h e m a r k e r ( p r e s s M K R ) ( N A U g u i d e p . 1 7 )

d e t e r m i n e a t w h i c h f r e q u e n c y t h e o p e n t e r m i n a t i o n o f t h e s t u b i s t r a n s f o r m e d i n t o a

s h o r t a t t h e l e v e l o f p o r t 1 . A t t h i s f r e q e n c y t h e s t u b i s a q u a r t e r w a v e t r a n s f o r m e r . P l o t

t h i s S m i t h C h a r t ( N A U g u i d e p . 1 7 ) u s i n g t h e p l o t t e r . Y o u n e e d w i l l t h i s i n f o r m a t i o n i n

y o u r w r i t e u p t o e s t i m a t e t h e l e n g t h o f t h e s t u b + c o n n e c t o r s y s t e m . Y o u w i l l a s s u m e

t h a t t h e V E L O C I T Y F A C T O R ( 1 =

p

r

( e ) ) i s 0 . 7 1 9 6 f o r b o t h t h e c o n n e c t o r a n d t h e

m i c r o s t r i p b o a r d u s e d .

N o t e : T o m a k e a h a r d c o p y o u t p u t o n t h e p l o t t e r f o l l o w t h e i n s t r u c t i o n g i v e n i n t h e

U s e r ' s g u i d e m a n u a l p . 1 7 . T h e n e t w o r k a n a l y z e r s h o u l d o n l y b e c o m e t h e s y s t e m

c o n t r o l l e r f o r t h e t i m e n e c e s s a r y t o p l o t ( P r e s s L O C A L S Y S T E M a n d s e l e c t C O N -

T R O L L E R ) . O n c e y o u a r e d o n e f r e e t h e H P I B ( I E E E 4 8 8 ) n e t w o r k ( P r e s s S Y S T E M

a n d s e l e c t T A L K E R / L I S T E N ) t o g i v e a c c e s s t o t h e p l o t t e r a n d d i s k d r i v e t o o t h e r

u s e r s .

5 . E v a l u a t i o n o f t h e e e c t i v e l e n g t h o f a n o p e n s t u b w i t h a r e f e r e n c e p l a n e s h i f t :

T h e r e f e r e n c e p l a n e f o r S 1 1 w a s d e n e d d u r i n g c a l i b r a t i o n b y t h e s h o r t a t t h e e n d o f

t h e t e s t c a b l e o n t h e d i e l e c t r i c p l a n e . I t i s p o s s i b l e t o e l e c t r o n i c a l l y m o v e i t ( N A U

g u i d e p . 2 4 ) . P r e s s S C A L E R E F a n d s e l e c t E L E C T R I C A L D E L A Y . V a r y t h e k n o b t o

m o v e t h e r e f e r e n c e p l a n e u p t o t h e l e v e l o f t h e o p e n a n d m e a s u r e t h e e l e c t r i c a l l e n g t h .

R e s e t t h e E L E C T R I C A L D E L A Y t o z e r o b e f o r e c o n t i n u i n g . Y o u w i l l u s e t h i s d a t u m

i n y o u r r e p o r t t o e s t i m a t e t h e e e c t i v e l e n g t h o f t h e s t u b + c o n n e c t o r s y s t e m . N o t e

t h a t y o u m u s t a c c o u n t f o r a f a c t o r 2 a s s o c i a t e d w i t h t h e r o u n d t r i p o f t h e w a v e . Y o u

w i l l a s s u m e t h a t t h e V E L O C I T Y F A C T O R ( 1 =

p

r

( e ) ) i s a p p r o x i m a t e l y 0 . 7 1 9 6 f o r

b o t h t h e c o n n e c t o r a n d t h e m i c r o s t r i p s t u b c o n s i d e r e d .

6 . E v a l u a t i o n o f t h e e e c t i v e l e n g t h o f a n o p e n s t u b w i t h t i m e d o m a i n :

F o l l o w i n g t h e p r o c e d u r e d e s c r i b e d o n p a g e 3 7 o f t h e N e t w o r k A n a l y s e r U s e r g u i d e ,

g e n e r a t e t h e i m p u l s e r e s p o n s e o f t h e m i c r o s t r i p o p e n s t u b c i r c u i t . W i t h T R A N S F O R M

O F F v e r i f y t h a t t h e S T A R T a n d S T O P f r e q u e n c i e s a r e 3 0 0 k H z a n d 3 G H z r e s p e c t i v e l y .

W i t h T R A N S F O R M O N s e l e c t t h e L O W P A S S I M P U L S E a n d a S T A R T a n d S T O P

t i m e o f - 1 0 a n d 1 0 n s ( o r s m a l l e r ) r e s p e c t i v e l y . U s e L O G M A G f o r m a t .

L o c a t e t h e p o s i t i o n o f t h e t o p o f t h e i m p u l s e f o r a n o p e n c i r c u i t ( s t u b d i s c o n -

n e c t e d ) .

6

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M e a s u r e t h e t i m e d e l a y s a s s o c i a t e d w i t h a l l t h e 3 o p e n s t u b s ( 3 , 6 a n d 9 c m ) .

T h e d e l a y i s m e a s u r e d a t t h e m o t i o n o f t h e t o p o f i m p u l s e r e l a t i v e t o t h e i m p u l s e

o b t a i n e d f o r t h e o p e n ( s t u b d i s c o n n e c t e d ) . N o t e t h a t y o u m u s t a c c o u n t f o r a

f a c t o r 2 a s s o c i a t e d w i t h t h e r o u n d t r i p o f t h e w a v e . Y o u w i l l u s e t h e s e d a t a i n

y o u r r e p o r t t o e v a l u a t e t h e e e c t i v e l e n g t h o f t h e s h o r t e s t s t u b ( a b o u t 3 c m ) , t h e

l e n g t h o f t h e c o n n e c t o r a n d e x t r a c t t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t o f t h e m i c r o s t r i p b o a r d .

Y o u w i l l a s s u m e i n y o u r c a l c u l a t i o n t h a t t h e V E L O C I T Y F A C T O R ( 1 =

p

r

( e ) )

i s a p p r o x i m a t e l y 0 . 7 1 9 6 f o r t h e m i c r o s t r i p s t u b c o n s i d e r e d .

R e c o r d t h e 3 d B w i d t h o f t h e p u l s e t o e s t i m a t e t h e s m a l l e s t d i s t a n c e b e t w e e n t w o

s u c c e s s i v e r e e c t i o n s w h i c h c a n b e r e s o l v e d .

I d e n t i t y t h e p r e s e n c e o f a s e c o n d a r y s m a l l p e a k b e f o r e t h e p r i n c i p a l i m p u l s e p e a k

f o r t h e 9 c m s t u b . E x p l a i n i t s o r i g i n .

7 . R a d i a t i n g o p e n s t u b

A s t u b o f l e n g t h t e r m i n a t e d b y a n o p e n a t b o t h e n d i s a r e s o n a t o r w h o s e r s t r e s o n a n t

f r e q u e n c y o c c u r s a t h a l f a w a v e l e n g t h = = 2 . I n w i d e o p e n s t u b s t h e r a d i a t i o n

l o s s b e c o m e s i m p o r t a n t a n d t h e s e s t u b s c a n b e u s e d a s a n e e c t i v e r a d i a t i n g e l e m e n t

c a l l e d a p a t c h a n t e n n a . C o n n e c t t h e 2 . x x G H z p a t c h a n t e n n a . T u r n T R A N S F O R M

o a n d s e t C A L c o r r e c t i o n O N ( t h e c a l i b r a t i o n c o r r e c t i o n i s s o m e h o w t u r n e d o b y

T R A N S F O R M ) . D i s p l a y S

1 1

o n t h e S m i t c h c h a r t . N o t i c e t h a t a t i t s r e s o n a n t f r e q u e n c y

o f 2 . x x G H z t h e p a t c h a n t e n n a i s m a t c h e d . A d d a n e l e c t r i c a l d e l a y o f a b o u t 1 0 5 p s t o

c o m p e n s a t e f o r t h e c o n n e c t o r d e l a y b y m o v i n g t h e r e f e r e n c e p l a n e n e x t t o t h e a n t e n n a .

P l o t o n t h e p l o t t e r t h e r e s u l t i n g S

1 1

p a r a m e t e r o n t h e S m i t h C h a r t . D e t e r m i n e w h e t h e r

t h e r e s o n a n c e i s t h a t o f p a r a l l e l o r s e r i e s R L C r e s o n a n t c i r c u i t .

2 . 3 W r i t e U p

C o m p l e t e t h e l a b r e p o r t s h e e t g i v e n i n A p p e n d i x 7 . 1 2 .

D o c u m e n t s t e p s 4 , 5 , a n d 7 . I n c l u d e t h e p l o t s g e n e r a t e d .

C o m p a r e t h e e e c t i v e l e n g t h c a l c u l a t e d f o r t h e s h o r t s t u b ( 3 c m ) u s i n g e a c h m e t h o d . L i s t

t h e s o u r c e o f e r r o r s i n e a c h m e a s u r e m e n t . E s t i m a t e t h e d i e r e n t p h y s i c a l c o n t r i b u t i o n s t o

t h i s l e n g t h . T h e d i e r e n t p h y s i c a l c o n t r i b u t i o n s a r e

{ t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f t h e c o n n e c t o r s t a r t i n g f r o m t h e c o a x i a l d i e l e c t r i c p l a n e t o t h e

m i c r o s t r i p b o a r d .

{ t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f t h e m i c r o s t r i p s t u b .

{ t h e l e n g t h c o n t r i b u t e d b y t h e f r i n g i n g e l d ( s e e P o z a r p . 2 5 4 ) .

7

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N o t e : T h e a d d e d e l e c t r i c a l l e n g t h b e y o n d t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f a n o p e n m i c r o s t r i p

l i n e i s g i v e n b y ( s e e D a v i s p . 1 2 8 )

h

= 0 : 4 1 2

"

e f f

+ 0 : 3

e f f

; 0 : 2 5 8

#

w = h + 0 : 2 6 2

w = h + 0 : 8 1 3

w h e r e

e f f

= 1 : 9 3 1 i s t h e e e c t i v e r e l a t i v e d i e l e c t r i c c o n s t a n t , w = 7 5 : 5 7 7 m i l i s t h e m i c r o s t r i p

l i n e w i d t h , a n d h = 3 0 m i l i s t h e t h i c k n e s s o f t h e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e .

P l o t ( u s i n g M A T L A B , s e e A p p e n d i x 7 . 1 0 ) t h e t i m e d e l a y s m e a s u r e d o f t h e 3 s t u b s v e r s u s

t h e p h y s i c a l l e n g t h o f t h e s t u b s ( 3 , 6 a n d 9 c m ) . G e n e r a t e a l e a s t s q u a r e t ( s e e A p p e n d i x

7 . 1 0 ) o f t h e t h r e e d a t a p o i n t u s i n g a s t r a i g h t l i n e t = a + b a n d e x t r a p o l a t e t h e d e l a y b

c o n t r i b u t e d b y t h e S M A l a u n c h e r f o r a s t u b o f l e n g t h = 0 c m .

C a l c u l a t e t h e l e n g t h o f t h e S M A l a u n c h e r u s i n g a v e l o c i t y f a c t o r o f 0 . 7 3 .

C a l c u l a t e f r o m t h e s l o p e o f y o u r l e a s t s q u a r e t t h e e s t i m a t e d e e c t i v e d i e l e c t r i c f o r t h e

m i c r o s t r i p l i n e s .

I d e n t i t y t h e p r e s e n c e o f a s e c o n d a r y s m a l l p e a k b e f o r e t h e p r i n c i p a l i m p u l s e p e a k f o r t h e 9

c m s t u b . E x p l a i n i t s o r i g i n .

D i s c u s s a n y d i c u l t i e s y o u e x p e r i e n c e d d u r i n g t h e l a b .

8

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3 . L A B O R A T O R Y 1 w i t h A g i l e n t 5 0 7 1 B :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t w i t h t h e N e t w o r k A n a l y z e r

L a b o r a t o r y G o a l : T h e p u r p o s e o f t h i s r s t l a b o r a t o r y i s t o g e t f a m i l i a r i z e d w i t h t h e N e t -

w o r k A n a l y z e r a n d t h e m e a s u r e m e n t o f o n e - p o r t d e v i c e s . I n p a r t i c u l a r t h e s t u d e n t w i l l

p e r f o r m b o t h f r e q u e n c y d o m a i n m e a s u r e m e n t a n d t i m e d o m a i n a n a l y s i s t o e x t r a c t t h e e e c -

t i v e l e n g t h s o f a m i c r o s t r i p o p e n s t u b a n d S M A l a u n c h e r a n d e v a l u a t e t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t

o f t h e m i c r o s t r i p s u b s t r a t e .



1 . P r e l i m i n a r y R e a d i n g :

R e a d i n t h e U s e r ' s G u i d e o f t h e A g i l e n t 5 0 7 1 B N e t w o r k A n a l y z e r t h e f o l l o w i n g c h a p t e r s :

- C h a p t e r 2 : O v e r v i e w o f F u n c t i o n s

- C h a p t e r 3 : S e t t i n g M e a s u r e m e n t C o n d i t i o n s

- C h a p t e r 4 : C a l i b r a t i o n

- C h a p t e r 6 : D a t a A n a l y s i s

- C h a p t e r 8 : A n a l y s i s i n T i m e D o m a i n

- C h a p t e r 9 : D a t a O u t p u t

T h e U s e r ' s G u i d e a n d G e t t i n g S t a r t e d G u i d e s o f t h e A g i l e n t 5 0 7 1 B N e t w o r k A n a l y z e r

i s a v a i l a b l e i n t h e E E 7 1 0 c l a s s w e b p a g e f o r b r o w s i n g .

A N e t w o r k A n a l y z e r U s e r G u i d e ( N A U ) f o r A g i l e n t E 5 0 7 1 B i s a l s o a v a i l a b l e

i n t h e C L 3 0 5 l a b f o r q u i c k r e f e r e n c e .



l a b o r a t o r y t i m e . D e t e r m i n e t h e g o a l s t o b e a t t a i n e d .

3 . C o n n e c t o r a n d C a b l e C a r e :

T h e m e a s u r e m e n t o f m i c r o w a v e c i r c u i t i s a s c i e n c e . I n t h i s l a b o r a t o r y a n d t h e s u b s e -

q u e n t o n e s y o u w i l l b e p h y s i c a l l y c o n n e c t i n g m a n y m i c r o w a v e d e v i c e s t o t h e t e s t c a b l e s

o f t h e n e t w o r k a n a l y z e r . T h e q u a l i t y o f y o u r m e a s u r e m e n t a n d t h e l i f e t i m e o f t h e d e -

v i c e s a n d c a b l e s w i l l d e p e n d c r i t i c a l l y o n t h i s s i m p l e p r o c e s s . P l e a s e r e a d A p p e n d i x

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7 . 5 w h i c h g i v e s s o m e k e y a d v i c e s a b o u t i t . I t i s i n d e e d i m p o r t a n t t o l e a r n h o w t o d o

i t r i g h t a n d d e v e l o p h a b i t s w h i c h y o u c a n k e e p t h r o u g h o u t y o u r p r o f e s s i o n a l l i f e .

4 . T h e N e w N e t w o r k A n a l y z e r | A g i l e n t E 5 0 7 1 B :

T h e b a s i c o p e r a t i o n s o f A g i l e n t E 5 0 7 1 B , s u c h a s c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t s , a r e

v e r y s i m i l a r t o t h o s e o f t h e o l d H P 8 7 5 3 n e t w o r k a n a l y z e r . E 5 0 7 1 B c a n e a s i l y s a v e d a t a

i n t o l e s ( * . d a t o r * . c s v ) o n o p p y d i s k . O p e r a t i n g A g i l e n t E 5 0 7 1 B i s l i k e u s i n g a P C .

H o w e v e r , i t s i n t e r n a l o p e r a t i o n s y s t e m c o n g u r a t i o n i s d i e r e n t f r o m t h e n o r m a l W i n -

d o w s 2 0 0 0 s y s t e m . P L E A S E D O N O T C H A N G E A N Y S Y S T E M C O N F I G U R A T I O N

O R D E L E T E A N Y F I L E S O N T H E A G I L E N T E 5 0 7 1 B . T H A N K Y O U ! T o r e d u c e

t h e r i s k o f v i r u s i n f e c t i o n , p l e a s e O N L Y o n l y u s e t h e o p p y d i s k s p e c i a l l y r e s e r v e d f o r

E 5 0 7 1 B i n s t e a d o f y o u r o w n d i s k ! U s e t h e D E L L P C t o t r a n s f e r t h e l e s f r o m t h e

o p p y d i s k t o o t h e r m e d i a .



T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t r e a l l y m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e

t h a n a f e w t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s ,

a n d s t a n d a r d s w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . T h e

s t a n d a r d s w h i c h a r e s k e t c h e d b e l o w a r e a v a i l a b l e i n a s m a l l w o o d e n b o x . C l e a n t h e

c a b l e s a n d s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t ) u s i n g a c o t t o n s w a b , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d

a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e i n A p p e n d i x 7 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T i f i t i s a l r e a d y o n . L o g - i n

u s e r n a m e : s t u d e n t L o g - i n p a s s w o r d : s t u d e n t


U s e t h e c a l i b r a t i o n S H O R T , O P E N a n d 5 0 L O A D i n t h e S M A c a l i b r a t i o n k i t ( a v a i l -

a b l e i n t h e s m a l l w o o d e n b o x ) f o r t h e 1 - P o r t C a l i b r a t i o n o f p o r t 1 . A s k e t c h o f t h e

s t a n d a r d s i s g i v e n b e l o w .

Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e S M I T H C H A R T f o r m a t b e f o r e c a l i b r a t i n g .

S i m p l y p r e s s F O R M A T a n d s e l e c t S M I T H C H A R T . 1 - P o r t C a l i b r a t i o n s t e p s ( c h a p 4

i n N A U ) a r e l i s t e d b e l o w :

S t e p 1 . P r e s s S T A R T b u t t o n , s e t t i n g t o 3 0 0 k H z . P r e s s S T O P b u t t o n , s e t t i n g t o

3 G H z ( c o u l d b e d i e r e n t f o r o t h e r l a b s ) .

S t e p 2 . P r e s s C a l b u t t o n .

1 0

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OPEN50

THRUSHORT


S t e p 3 . P r e s s C a l i b r a t e .

S t e p 4 . P r e s s 1 - P o r t C a l .

S t e p 5 . P r e s s S e l e c t P o r t .

S t e p 6 . S e l e c t a t e s t p o r t ( P o r t 1 ) o n w h i c h a 1 - p o r t c a l i b r a t i o n w i l l b e p e r f o r m e d .

S t e p 7 . C o n n e c t a n O P E N c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t o t h e P o r t 1 .

S t e p 8 . P r e s s O p e n t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .

S t e p 9 . C o n n e c t a S H O R T c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t o t h e t e s t P o r t 1 .

S t e p 1 0 . P r e s s S h o r t t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .

S t e p 1 1 . C o n n e c t a L O A D c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t o t h e t e s t P o r t 1 .

S t e p 1 2 . P r e s s L o a d t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .

S t e p 1 3 . P r e s s D o n e t o t e r m i n a t e t h e 1 - p o r t c a l i b r a t i o n p r o c e s s . U p o n p r e s s i n g

t h e k e y , c a l i b r a t i o n c o e c i e n t s w i l l b e c a l c u l a t e d a n d s a v e d . T h e e r r o r c o r r e c t i o n

f u n c t i o n w i l l a l s o b e a u t o m a t i c a l l y e n a b l e d .


i n s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e y o u

s e l e c t S H O R T , O P E N a n d 5 0 L O A D i n t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e .

P r e s s D O N E w h e n d o n e . I f y o u w a n t t o s a v e y o u r c a l i b r a t i o n r e s u l t , p r e s s S a v e / R e c a l l

b u t t o n . C l i c k S a v e T y p e t o b e " S t a t e & C a l " . C l i c k S a v e S t a t e t h e n s t o r e i n t o a n y o f

t h e e i g h t s t a t e r e g i s t e r s .

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 L O A D , t h e O P E N a n d S H O R T c o n n e c -

t i o n s . N o t e t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e y o u a r e

u s i n g a t p o r t 1 a n d w o u l d n o l o n g e r b e v a l i d i f t h e c a b l e w a s r e m o v e d ( P l e a s e d o n o t

r e m o v e / d i s c o n n e c t t h e t e s t c o a x i a l c a b l e s ! ) . Y o u a r e n o w r e a d y t o p e r f o r m a o n e - p o r t

m e a s u r e m e n t .

4 . E v a l u a t i o n o f t h e e e c t i v e l e n g t h o f a n o p e n s t u b a t = 4 :

I d e n t i f y t h e t e s t b o a r d c o n s i s t i n g o f t h r e e 5 0 m i c r o s t r i p o p e n s t u b s ( 3 , 6 a n d 9 c m )

1 1

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y o u r r e p o r t t o e v a l u a t e t h e e e c t i v e l e n g t h o f t h e s h o r t e s t s t u b ( a b o u t 3 c m ) , t h e

l e n g t h o f t h e c o n n e c t o r a n d e x t r a c t t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t o f t h e m i c r o s t r i p b o a r d .

Y o u w i l l a s s u m e i n y o u r c a l c u l a t i o n t h a t t h e V E L O C I T Y F A C T O R ( 1 =

p

r

( e ) )

i s a p p r o x i m a t e l y 0 . 7 1 9 6 f o r t h e m i c r o s t r i p s t u b c o n s i d e r e d .

R e c o r d t h e 3 d B w i d t h o f t h e p u l s e t o e s t i m a t e t h e s m a l l e s t d i s t a n c e b e t w e e n t w o

s u c c e s s i v e r e e c t i o n s w h i c h c a n b e r e s o l v e d .

I d e n t i t y t h e p r e s e n c e o f a s e c o n d a r y s m a l l p e a k b e f o r e t h e p r i n c i p a l i m p u l s e p e a k

f o r t h e 9 c m s t u b . E x p l a i n i t s o r i g i n .

7 . R a d i a t i n g o p e n s t u b

A s t u b o f l e n g t h t e r m i n a t e d b y a n o p e n a t b o t h e n d i s a r e s o n a t o r w h o s e r s t r e s o n a n t

f r e q u e n c y o c c u r s a t h a l f a w a v e l e n g t h = = 2 . I n w i d e o p e n s t u b s t h e r a d i a t i o n l o s s

b e c o m e s i m p o r t a n t a n d t h e s e s t u b s c a n b e u s e d a s a n e e c t i v e r a d i a t i n g e l e m e n t c a l l e d

a p a t c h a n t e n n a . C o n n e c t t h e 2 . x x G H z p a t c h a n t e n n a . T u r n T R A N S F O R M o , p r e s s

C a l b u t t o n a n d s e t C A L c o r r e c t i o n O N ( t h e c a l i b r a t i o n c o r r e c t i o n i s s o m e h o w t u r n e d

o b y T R A N S F O R M ) . D i s p l a y S

1 1

o n t h e S m i t c h c h a r t . N o t i c e t h a t a t i t s r e s o n a n t

f r e q u e n c y o f 2 . x x G H z t h e p a t c h a n t e n n a i s m a t c h e d . A d d a n e l e c t r i c a l d e l a y o f a b o u t

1 0 5 p s t o c o m p e n s a t e f o r t h e c o n n e c t o r d e l a y b y m o v i n g t h e r e f e r e n c e p l a n e n e x t t o

t h e a n t e n n a . P r i n t o u t t h e r e s u l t i n g S

1 1

p a r a m e t e r o n t h e S m i t h C h a r t . D e t e r m i n e

w h e t h e r t h e r e s o n a n c e i s t h a t o f a p a r a l l e l o r s e r i e s R L C r e s o n a n t c i r c u i t .

3 . 3 W r i t e U p

C o m p l e t e t h e l a b r e p o r t s h e e t g i v e n i n A p p e n d i x 7 . 1 2 .

D o c u m e n t s t e p s 4 , 5 , a n d 7 . I n c l u d e t h e p l o t s g e n e r a t e d .

C o m p a r e t h e e e c t i v e l e n g t h c a l c u l a t e d f o r t h e s h o r t s t u b ( 3 c m ) u s i n g e a c h m e t h o d . L i s t

t h e s o u r c e o f e r r o r s i n e a c h m e a s u r e m e n t . E s t i m a t e t h e d i e r e n t p h y s i c a l c o n t r i b u t i o n s t o

t h i s l e n g t h . T h e d i e r e n t p h y s i c a l c o n t r i b u t i o n s a r e

{ t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f t h e c o n n e c t o r s t a r t i n g f r o m t h e c o a x i a l d i e l e c t r i c p l a n e t o t h e

m i c r o s t r i p b o a r d .

{ t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f t h e m i c r o s t r i p s t u b .

{ t h e l e n g t h c o n t r i b u t e d b y t h e f r i n g i n g e l d ( s e e P o z a r p . 2 5 4 ) .

N o t e : T h e a d d e d e l e c t r i c a l l e n g t h b e y o n d t h e m e c h a n i c a l l e n g t h o f a n o p e n m i c r o s t r i p

l i n e i s g i v e n b y ( s e e D a v i s p . 1 2 8 )

1 3

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h

= 0 : 4 1 2

"

e f f

+ 0 : 3

e f f

; 0 : 2 5 8

#

w = h + 0 : 2 6 2

w = h + 0 : 8 1 3

w h e r e

e f f

= 2 : 2 i s t h e e e c t i v e r e l a t i v e d i e l e c t r i c c o n s t a n t , w = 1 2 3 : 5 1 5 m i l i s t h e m i c r o s t r i p

l i n e w i d t h , a n d h = 4 0 m i l i s t h e t h i c k n e s s o f t h e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e .

P l o t ( u s i n g M A T L A B , s e e A p p e n d i x 7 . 1 0 ) t h e t i m e d e l a y s m e a s u r e d o f t h e 3 s t u b s v e r s u s

t h e p h y s i c a l l e n g t h o f t h e s t u b s ( 3 , 6 a n d 9 c m ) . G e n e r a t e a l e a s t s q u a r e t ( s e e A p p e n d i x

7 . 1 0 ) o f t h e t h r e e d a t a p o i n t u s i n g a s t r a i g h t l i n e t = a + b a n d e x t r a p o l a t e t h e d e l a y b

c o n t r i b u t e d b y t h e S M A l a u n c h e r f o r a s t u b o f l e n g t h = 0 c m .

C a l c u l a t e t h e l e n g t h o f t h e S M A l a u n c h e r u s i n g a v e l o c i t y f a c t o r o f 0 . 7 3 .

C a l c u l a t e f r o m t h e s l o p e o f y o u r l e a s t s q u a r e t t h e e s t i m a t e d e e c t i v e d i e l e c t r i c f o r t h e

m i c r o s t r i p l i n e s .

D i s c u s s a n y d i c u l t i e s y o u e x p e r i e n c e d d u r i n g t h e l a b .

1 4

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4 . L A B O R A T O R Y 2 w i t h H P 8 7 5 3 C :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t o f 2 , 3 a n d 4 P o r t D e v i c e s

L a b o r a t o r y G o a l : T h e p u r p o s e o f t h i s l a b o r a t o r y i s t o g e t f a m i l i a r i z e d w i t h t h e N e t w o r k A n a l y z e r

a n d t h e m e a s u r e m e n t o f 2 , 3 a n d 4 p o r t d e v i c e s . T h e s t u d e n t w i l l t e s t v a r i o u s d e v i c e s i n c l u d i n g a

l t e r , a c i r c u l a t o r , a d i r e c t i o n a l c o u p l e r a n d a d i e l e c t r i c r e s o n a t o r l t e r .




R e a d t h e r e m a i n i n g o f t h e i n s t r u c t i o n s f o r L a b 2 b e f o r e c o m i n g t o y o u r s c h e d u l e d l a b o r a t o r y

t i m e .

2 . A d d i t i o n a l R e a d i n g M a t e r i a l :

T h i s l a b o r a t o r y e x p o s e s y o u t o a n u m b e r o f m i c r o w a v e d e v i c e s b e f o r e t h e y h a v e b e e n c o v e r e d

i n t h e l e c t u r e . Y o u w i l l t h e r e f o r e b e n e t f r o m r e a d i n g m o r e a b o u t t h e m i n o u r t e x t b o o k

( P o z a r , M i c r o w a v e E n g i n e e r i n g ) b e f o r e m e a s u r i n g t h e m . C i r c u l a t o r s a r e c o v e r e d i n S e c t i o n

9 . 6 . C o u p l e r s a r e c o v e r e d i n S e c t i o n 7 . 1 a n d i n A p p e n d i x 7 . 6 o f t h i s m a n u a l . D i e l e c t r i c

r e s o n a t o r s a r e c o v e r e d i n S e c t i o n 6 . 5 . R e a d i n g t h e i n t r o d u c t i o n ( r s t t w o p a g e s ) o f t h e s e

s e c t i o n s w i l l s u c e f o r o u r p r e s e n t p u r p o s e .



T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e t h a n a f e w

t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s , a n d s t a n d a r d s

w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . C l e a n t h e c a b l e s a n d

s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t a v a i l a b l e i n t h e s m a l l w o o d e n b o x a n d s k e t c h e d b e l o w ) u s i n g a

c o t t o n s w a b , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e i n A p p e n d i x 7 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T i f i t i s a l r e a d y o n .


Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e S M I T H C H A R T f o r m a t ( N A U g u i d e p . 1 0 ) f o r a l l

t h e s c a t t e r i n g p a r a m e t e r s b e f o r e c a l i b r a t i n g .

P r e s s C A L a n d s e l e c t t h e 2 - p o r t C a l i b r a t i o n ( N A U g u i d e p . 1 3 ) .

1 5

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19/57

U s e t h e c a l i b r a t i o n s h o r t , o p e n a n d 5 0 l o a d i n t h e S M A c a l i b r a t i o n k i t ( a v a i l a b l e i n t h e

s m a l l w o o d e n b o x ) f o r t h e r e e c t i o n c a l i b r a t i o n o f p o r t s 1 a n d 2 . U s e t h e t h r u f o r t h e f o u r

t r a n s m i s s i o n c a l i b r a t i o n s . A s k e t c h o f t h e s t a n d a r d s i s g i v e n b e l o w .

D o N O T H O L D t h e c a b l e w h e n y o u c a l i b r a t e a s t h i s i n t r o d u c e s c a l i b r a t i o n i n -

s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e y o u s e l e c t

S H O R T , O P E N , 5 0 L O A D , T H R U a n d s o o n i n t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e .

OPEN50

THRUSHORT


F o r t h e i s o l a t i o n c a l i b r a t i o n s e l e c t O m i t I s o l a t i o n .

P r e s s D O N E w h e n d o n e . S a v e y o u r c a l i b r a t i o n i n a r e g i s t e r ( N A U g u i d e p . 3 1 ) .

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 l o a d , t h e o p e n a n d s h o r t a n d t h r u c o n n e c t i o n s .

N o t e t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e s y o u a r e u s i n g . Y o u a r e

n o w r e a d y t o p e r f o r m a t w o - p o r t m e a s u r e m e n t .

B e f o r e c o n t i n u i n g , a f e w c o m m e n t s a r e i n o r d e r . T h e t r a n s m i s s i o n c a l i b r a t i o n r e q u i r e d t h e

u s e o f a t h r u s t a n d a r d . A t h r u i s s u p p o s e d t o h a v e n o l e n g t h . W e h a v e a m a t i n g p r o b l e m

s i n c e o u r S M A c o n n e c t o r s a r e b o t h m a l e c a n b e c o n n e c t e d t o g e t h e r . S i n c e a n e r r o r i n t h e t h r u

c a l i b r a t i o n i s n o t c r i t i c a l a t 3 G H z y o u c a n u s e t h e s h o r t f e m a l e t o f e m a l e b a r r e l a v a i l a b l e . A

m o r e r i g o r o u s a p p r o a c h a t h i g h - f r e q u e n c y r e q u i r e s t h e u s e o f t w o e q u a l l e n g t h b a r r e l s . T h e

f e m a l e t o f e m a l e b a r r e l i s c o n n e c t e d b e t w e e n p o r t 1 a n d p o r t 2 d u r i n g t h e t h r u c a l i b r a t i o n .

T h e f e m a l e t o m a l e w h i c h p r o v i d e s a n e q u a l e l e c t r i c l e n g t h i s c o n n e c t e d s a y t o p o r t 1 f o r t h e

S

1 1

c a l i b r a t i o n a n d f o r t h e s u b s e q u e n t S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s .

4 . T e s t i n g o f L o w P a s s F i l t e r :

C o n n e c t o n e o f t h e F i l t e r s a v a i l a b l e ( b l a c k c y l i n d r i c a l b o d y w i t h 2 S M A c o n n e c t o r s ) . M e a s u r e

j S

2 1

j i n d B . F i n d t h e 3 d B c o r n e r f r e q u e n c y u s i n g t h e m a r k e r . M a k e a h a r d c o p y o u t p u t o n

t h e p l o t t e r .

5 . T e s t i n g o f a C i r c u l a t o r :

C o n n e c t t h e W e s t e r n M i c r o w a v e C i r c u l a t o r ( b l u e b o d y d e v i c e w i t h 3 S M A f e m a l e c o n n e c t o r s ) .

S i n c e t h i s i s a t h r e e - p o r t d e v i c e y o u n e e d t o u s e a m a t c h e d l o a d a t t h e p o r t w h i c h i s n o t

c o n n e c t e d t o t h e N e t w o r k A n a l y z e r . T h i s c i r c u l a t o r i s i n t e n d e d t o o p e r a t e a r o u n d 2 G H z .

M e a s u r e t h e a m p l i t u d e a n d p h a s e o f t h e c i r c u l a t o r s c a t t e r i n g p a r a m e t e r s a t t h i s f r e q u e n c y .

C o m p a r e t h e 3 b y 3 s c a t t e r i n g p a r a m e t e r m a t r i x o b t a i n e d w i t h t h a t o f t h e i d e a l c i r c u l a t o r .

1 6

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6 . T e s t i n g o f a D i r e c t i o n a l C o u p l e r :

C o n n e c t t h e D i r e c t i o n a l C o u p l e r ( g r e y b o d y w i t h 4 S M A f e m a l e c o n n e c t o r s ) . S i n c e t h i s i s a

f o u r - p o r t d e v i c e y o u n e e d t o u s e t w o m a t c h e d l o a d s a t t h e p o r t s w h i c h a r e n o t c o n n e c t e d t o

t h e n e t w o r k a n a l y z e r . U s e t h e t w o 5 0 l o a d s w h i c h l o o k s i m i l a r t o t h e c a l i b r a t i o n 5 0 l o a d

b u t h a v e a s i l v e r b o d y . T h e c e n t e r f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n i s 1 . 2 G H z . M e a s u r e t h e f r a c t i o n a l

b a n d w i d t h f

3 d b

= f

c e n t e r

. S h o w t h e d i r e c t i o n a l c o u p l e r s y m b o l w i t h t h e p r o p e r l a b e l i n g o f

t h e p o r t . I s i t a n H y b r i d c o u p l e r ? W h a t i s t h e i n s e r t i o n l o s s , c o u p l e d p o w e r , d i r e c t i v i t y

a n d i s o l a t i o n o f t h e D i r e c t i o n a l c o u p l e r a t t h e c e n t e r f r e q u e n c y ( s e e A p p e n d i x 7 . 6 f o r t h e i r

d e n i t i o n ) .

7 . D i e l e c t r i c R e s o n a t o r F i l t e r E x p e r i m e n t :

A d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s r e a l i z e d b y a p i e c e o f l o w l o s s m a t e r i a l w i t h a h i g h d i e l e c t r i c c o n s t a n t

w h i c h e n s u r e s t h a t t h e E M e l d s a r e m o s t l y c o n n e d i n t h e d i e l e c t r i c m a t e r i a l . I n o u r

e x p e r i m e n t a c y l i n d r i c a l d i e l e c t r i c r e s o n a t o r m a d e i n c e r a m i c w i t h a l o w e s t ( d o m i n a n t m o d e

T E

0 1

) r e s o n a n t f r e q u e n c y a r o u n d 2 . 4 G H z i s u s e d . I t i s g l u e d t o a p i e c e o f d u r o i d t o s l i d e i t

o n t h e m i c r o s t r i p b o a r d . P l e a s e d o n o t t o u c h t h e c e r a m i c w i t h y o u r n g e r s a s a n y d e p o s i t s

o n t h e r e s o n a t o r w i l l i n c r e a s e i t s l o s s . A t r e s o n a n c e t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r b e h a v e s l i k e a

n e a r l y i d e a l s h u n t L C r e s o n a t o r . T h e f r e q u e n c y o f t h e r e s o n a t o r c a n b e t u n e d m e c h a n i c a l l y

b y m o v i n g a p i e c e o f m e t a l ( w e u s e a m i c r o s t r i p b o a r d ) o n t o p o f i t w h i c h a l s o s h i e l d s i t

f r o m u n w a n t e d c o u p l i n g . I n o u r e x p e r i m e n t t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s p l a c e d i n p r o x i m i t y o f

a m i c r o s t r i p l i n e c o n n e c t i n g p o r t 1 t o p o r t 2 ( 2 - p o r t t h r u ) . T h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c o u p l e s

t o t h e m i c r o s t r i p l i n e v i a t h e m a g n e t i c e l d l i n e s w r a p p i n g a r o u n d t h e c u r r e n t p a t h . T h e

r e s u l t i n g c i r c u i t r e a l i z e s a h i g h - Q b a n d - s t o p l t e r a t t h e D R r e s o n a n t f r e q u e n c y . I n d e e d a s i s

d e m o n s t r a t e d i n A p p e n d i x 7 . 4 , a t r e s o n a n c e t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i n t r o d u c e s a n e e c t i v e

o p e n - c i r c u i t l o c a t e d a t t h e p o s i t i o n ( c e n t e r ) o f t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r .

D e c r e a s e t h e f r e q u e n c y r a n g e d u s e d f o r t h e f r e q u e n c y s c a n n i n g b y s e l e c t i n g M E N U .

P r e s s S T A R T t o s e l e c t a s t a r t f r e q u e n c y o f 2 . 3 G H z . P r e s s S T O P t o s e l e c t a s t o p

f r e q u e n c y o f 2 . 6 G H z . T h e n R E C A L I B R A T E t h e n e t w o r k a n a l y z e r u s i n g a 2 - p o r t

c a l i b r a t i o n !

C o n n e c t t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c i r c u i t b e t w e e n p o r t 1 a n d p o r t 2 a n d l o c a t e t h e d i -

e l e c t r i c r e s o n a t o r n e a r t h e m i c r o s t r i p l i n e . T h e n d i s p l a y o n t h e s c r e e n o f t h e N e t w o r k

A n a l y z e r b o t h S

1 1

u s i n g t h e S m i t h C h a r t a n d j S

2 1

j i n d B u s i n g a l o g s c a l e . T o s e e

b o t h c h a n n e l p r e s s D I S P L A Y a n d s e l e c t D U A L C H A N O N . T w o d i s p l a y s a p p e a r o n

t h e C R T . Y o u c a n s w i t c h f r o m o n e c h a n n e l t o o t h e r u s i n g t h e A C T I V E C H A N N E L

C H 1 a n d C H 2 k e y e s .

L o c a t e t h e r e s o n a n c e f r e q u e n c y f

r

a t w h i c h S

1 1

i s t a n g e n t t o t h e u n i t c i r c l e o n t h e S m i t h

C h a r t ( j S

1 1

( f

r

) j = 1 i d e a l l y , 0 . 8 i s r e a l l y o b s e r v e d ) a n d p o r t 1 a n d 2 a r e d i s c o n n e c t e d

1 7

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( S

2 1

= 0 i d e a l l y ) . M o v e t h e r e s o n a t o r l a t e r a l l y a n d e v a l u a t e a t w h i c h a p p r o x i m a t e

d i s t a n c e f r o m p o r t 1 ( i n t e r m s o f w a v e l e n g t h ) S

1 1

i s a s h o r t S

1 1

( f

r

) = ; 1 .

T h e b a n d w i d t h f c a n b e a d j u s t e d b y v a r y i n g t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e d i e l e c t r i c

r e s o n a t o r a n d t h e m i c r o s t r i p l i n e . O b s e r v e t h e v a r i a t i o n o f t h e r e s o n a n t f r e q u e n c y a s

t h e t o p c o n d u c t i v e p l a n e ( m i c r o s t r i p b o a r d ) i s s l i g h t l y l o w e r e d b y g e n t l y p r e s s i n g o n i t .

G i v e a s i m p l e j u s t i c a t i o n u s i n g a p a r a l l e l p l a t e c a v i t y m o d e l .

D e t e r m i n e t h e r e s o n a n t f r e q u e n c y f

r

, t h e i n s e r t i o n l o s s a t r e s o n a n c e ( ; j S

2 1

( f

r

) j d B ) ,

t h e + 3 d B b a n d w i d t h f = f

2

; f

1

a n d t h e l o a d e d Q ( Q

L

) o f t h e r e s o n a t o r d e n e d a s

t h e i n v e r s e o f t h e f r a c t i o n a l b a n d w i d t h :

Q

L

=

f

r

f

T h e p r o c e d u r e f o r a c q u i r i n g t h e 3 d B b a n d w i d t h o f b a n d p a s s l t e r s ( s e e A p p e n d i x

7 . 7 ) d o e s n o t a p p l y t o b a n d s t o p l t e r s . A s i s d e m o n s t r a t e d i n A p p e n d i x 7 . 7 t h e

3 d B f r e q u e n c i e s f ( 3 d B ) ( f

1

a n d f

2

) a r e t h e f r e q u e n c i e s g i v i n g a n i n s e r t i o n l o s s o f

L

I

f ( 3 d B ) ] = m i n L

I

( f ) ] + 3 d B .

T h e Q o f t h e r e s o n a t o r i n c r e a s e s a s t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s m o v e d a w a y f r o m t h e

m i c r o s t r i p l i n e . T u n e t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r a n d t h e m i c r o s t r i p

l i n e a n d r e p e a t t h e b a n d w i d t h m e a s u r e m e n t s t e p s t i l l y o u a c h i e v e a l o a d e d Q w h i c h

i s a p p r o x i m a t e l y o n t h e o r d e r o f 1 0 0 . O n c e y o u a c h i e v e i t p l o t j S

2 1

j a n d j S

1 1

j . T h i s

p r o v i d e s y o u w i t h a r e c o r d o f f

r

, f a n d Q

L

.

A r o u n d i t s r e s o n a n t f r e q u e n c y a h i g h - Q d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c a n b e a p p r o x i m a t e d b y

a n R L C s h u n t r e s o n a t o r a n d t h e r e f o r e c h a r a c t e r i s e d b y t h r e e q u a n t i t i e s : t h e r e s o n a n t

f r e q u e n c y , t h e l o a d Q

L

a n d t h e l o a d e d Q

U

. M e a s u r e S

2 1

i n d B a n d c a l c u l a t e t h e

u n l o a d e d Q ( Q

U

) o f t h e r e s o n a t o r u s i n g t h e f o r m u l a c o n n e c t i n g i t t o t h e i n s e r t i o n l o s s

a t r e s o n a n c e :

L

I

( !

r

) = 2 0 l o g

1

j S

2 1

j

= 2 0 l o g

Q

U

Q

L

3 . 3 W r i t e U p W r i t e a s h o r t r e p o r t w h i c h d o c u m e n t s s t e p s 4 , 5 , 6 , a n d 7 . I n c l u d e a l l y o u r

p l o t s a n d c a l c u l a t i o n s . C o m p l e t e t h e l a b o r a t o r y r e p o r t s h e e t ( s e e A p p e n d i x 7 . 1 2 ) .

1 8

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22/57

5 . L A B O R A T O R Y 2 w i t h A g i l e n t 5 0 7 1 B :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t o f 2 , 3 a n d 4 P o r t D e v i c e s

L a b o r a t o r y G o a l : T h e p u r p o s e o f t h i s l a b o r a t o r y i s t o g e t f a m i l i a r i z e d w i t h t h e N e t w o r k

A n a l y z e r a n d t h e m e a s u r e m e n t o f 2 , 3 a n d 4 p o r t d e v i c e s . T h e s t u d e n t w i l l t e s t v a r i o u s

d e v i c e s i n c l u d i n g a l t e r , a c i r c u l a t o r , a d i r e c t i o n a l c o u p l e r a n d a d i e l e c t r i c r e s o n a t o r l t e r .





l a b o r a t o r y t i m e .

2 . A d d i t i o n a l R e a d i n g M a t e r i a l :

T h i s l a b o r a t o r y e x p o s e s y o u t o a n u m b e r o f m i c r o w a v e d e v i c e s b e f o r e t h e y h a v e b e e n

c o v e r e d i n t h e l e c t u r e . Y o u w i l l t h e r e f o r e b e n e t f r o m r e a d i n g m o r e a b o u t t h e m i n

o u r t e x t b o o k ( P o z a r , M i c r o w a v e E n g i n e e r i n g ) b e f o r e m e a s u r i n g t h e m . C i r c u l a t o r s a r e

c o v e r e d i n S e c t i o n 9 . 6 . C o u p l e r s a r e c o v e r e d i n S e c t i o n 7 . 1 a n d i n A p p e n d i x 7 . 6 o f t h i s

m a n u a l . D i e l e c t r i c r e s o n a t o r s a r e c o v e r e d i n S e c t i o n 6 . 5 . R e a d i n g t h e i n t r o d u c t i o n

( r s t t w o p a g e s ) o f t h e s e s e c t i o n s w i l l s u c e f o r o u r p r e s e n t p u r p o s e .



T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e t h a n

a f e w t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s , a n d

s t a n d a r d s w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . C l e a n

t h e c a b l e s a n d s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t a v a i l a b l e i n t h e s m a l l w o o d e n b o x a n d

s k e t c h e d b e l o w ) u s i n g a c o t t o n s w a b , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e

i n A p p e n d i x 7 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T i f i t i s a l r e a d y o n . U s e r

N a m e : s t u d e n t P a s s w o r d : S t u d e n t

1 9

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U s e t h e c a l i b r a t i o n S H O R T , O P E N , 5 0 L O A D a n d T H R U i n t h e S M A c a l i b r a t i o n

k i t ( a v a i l a b l e i n t h e s m a l l w o o d e n b o x ) f o r t h e 1 - P o r t C a l i b r a t i o n o f p o r t 1 . A s k e t c h

o f t h e s t a n d a r d s i s g i v e n b e l o w .

OPEN50

THRUSHORT


Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e S M I T H C H A R T f o r m a t b e f o r e c a l i b r a t i n g .

S i m p l y p r e s s F O R M A T a n d s e l e c t S M I T H C H A R T . 2 - P o r t C a l i b r a t i o n s t e p s ( c h a p 4

i n N A U ) a r e l i s t e d b e l o w :

S t e p 1 . P r e s s S T A R T b u t t o n , s e t t i n g t o 3 0 0 k H z . P r e s s S T O P b u t t o n , s e t t i n g t o

3 G H z ( c o u l d b e d i e r e n t f o r o t h e r l a b s ) .

S t e p 2 . P r e s s C a l b u t t o n .

S t e p 3 . P r e s s C a l i b r a t e .

S t e p 4 . P r e s s 2 - P o r t C a l .

S t e p 5 . P r e s s S e l e c t P o r t s .

S t e p 6 . S e l e c t t h e t e s t p o r t s ( p o r t 1 - 2 ) o n w h i c h a f u l l 2 - p o r t c a l i b r a t i o n w i l l b e

p e r f o r m e d .

S t e p 7 . P r e s s R e e c t i o n .

S t e p 8 . C o n n e c t a n O P E N c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t o t e s t p o r t 1 .

S t e p 9 . P r e s s P o r t 1 O p e n t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .

S t e p 1 0 . D i s c o n n e c t t h e O P E N c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t h a t w a s c o n n e c t e d i n S t e p

8 a n d r e p l a c e i t w i t h a S H O R T c a l i b r a t i o n s t a n d a r d .

S t e p 1 1 . P r e s s P o r t 1 S h o r t t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .

S t e p 1 2 . D i s c o n n e c t t h e S H O R T c a l i b r a t i o n s t a n d a r d t h a t w a s c o n n e c t e d i n S t e p

8 a n d r e p l a c e i t w i t h a L O A D s t a n d a r d .

S t e p 1 3 . P r e s s P o r t 1 L o a d t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t

2 0

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S t e p 1 4 . R e p e a t S t e p 8 t o S t e p 1 3 f o r p o r t 2 .

S t e p 1 5 . P r e s s R e t u r n .

S t e p 1 6 . P r e s s T r a n s m i s s i o n .

S t e p 1 7 . M a k e a T H R U c o n n e c t i o n b e t w e e n p o r t s 1 a n d 2 ( b e t w e e n t h e c o n n e c t o r s

t o w h i c h t h e D U T w i l l b e c o n n e c t e d ) s e l e c t e d i n S t e p 6 .

S t e p 1 8 . P r e s s P o r t 1 - 2 T h r u t o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n m e a s u r e m e n t .


S t e p 2 0 . O m i t t h e I s o l a t i o n c a l i b r a t i o n s t e p .


S t e p 2 2 . P r e s s D o n e t o t e r m i n a t e t h e f u l l 2 - p o r t c a l i b r a t i o n p r o c e s s . U p o n

p r e s s i n g t h e k e y , c a l i b r a t i o n c o e c i e n t s w i l l b e c a l c u l a t e d a n d s a v e d . T h e e r r o r

c o r r e c t i o n f u n c t i o n w i l l a l s o b e a u t o m a t i c a l l y e n a b l e d .


i n s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e

y o u s e l e c t S H O R T , O P E N a n d 5 0 L O A D a n d T H R U i n t h e c a l i b r a t i o n

p r o c e d u r e .

P r e s s D O N E w h e n d o n e . I f y o u w a n t t o s a v e y o u r c a l i b r a t i o n r e s u l t , p r e s s S a v e / R e c a l l

b u t t o n . C l i c k S a v e T y p e t o b e " S t a t e & C a l " . C l i c k S a v e S t a t e t h e n s t o r e i n t o a n y o f

t h e e i g h t s t a t e r e g i s t e r s .

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 L O A D , O P E N , S H O R T a n d T H R U c o n -

n e c t i o n s . N o t e t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e y o u a r e

u s i n g a t p o r t 1 a n d w o u l d n o l o n g e r b e v a l i d i f t h e c a b l e w a s r e m o v e d ( P l e a s e d o n o t

r e m o v e / d i s c o n n e c t t h e t e s t c o a x i a l c a b l e s ! ) . Y o u a r e n o w r e a d y t o p e r f o r m a t w o - p o r t

m e a s u r e m e n t .

B e f o r e c o n t i n u i n g , a f e w c o m m e n t s a r e i n o r d e r . T h e t r a n s m i s s i o n c a l i b r a t i o n r e q u i r e d

t h e u s e o f a t h r u s t a n d a r d . A t h r u i s s u p p o s e d t o h a v e n o l e n g t h . W e h a v e a m a t i n g

p r o b l e m s i n c e o u r S M A c o n n e c t o r s a r e b o t h m a l e c a n b e c o n n e c t e d t o g e t h e r . S i n c e a n

e r r o r i n t h e t h r u c a l i b r a t i o n i s n o t c r i t i c a l a t 3 G H z y o u c a n u s e t h e s h o r t f e m a l e t o

f e m a l e b a r r e l a v a i l a b l e . A m o r e r i g o r o u s a p p r o a c h a t h i g h - f r e q u e n c y r e q u i r e s t h e u s e

o f t w o e q u a l l e n g t h b a r r e l s . T h e f e m a l e t o f e m a l e b a r r e l i s c o n n e c t e d b e t w e e n p o r t 1

a n d p o r t 2 d u r i n g t h e t h r u c a l i b r a t i o n . T h e f e m a l e t o m a l e w h i c h p r o v i d e s a n e q u a l

e l e c t r i c l e n g t h i s c o n n e c t e d s a y t o p o r t 1 f o r t h e S

1 1

c a l i b r a t i o n a n d f o r t h e s u b s e q u e n t

S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s .

2 1

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4 . T e s t i n g o f L o w P a s s F i l t e r :

C o n n e c t o n e o f t h e F i l t e r s a v a i l a b l e ( b l a c k c y l i n d r i c a l b o d y w i t h 2 S M A c o n n e c t o r s ) .

M e a s u r e

jS

2 1

ji n d B . F i n d t h e 3 d B c o r n e r f r e q u e n c y u s i n g t h e m a r k e r . P r i n t o u t t h e

t r a c e u s i n g H P 7 2 2 C p r i n t e r . ( T o p r i n t o u t t h e t r a c e , P r e s s S y s t e m b u t t o n a n d t h e n

c l i c k P r i n t . T o s a v e t h e t r a c e , p r e s s S a v e / R e c a l l b u t t o n , a n d t h e n c l i c k S a v e T r a c e

D a t a . T r a c e d a t a c a n b e s a v e d a s * . c s v l e , w h i c h c a n b e p r o c e s s e d b y E x c e l l . )

5 . T e s t i n g o f a C i r c u l a t o r :

C o n n e c t t h e W e s t e r n M i c r o w a v e C i r c u l a t o r ( b l u e b o d y d e v i c e w i t h 3 S M A f e m a l e

c o n n e c t o r s ) . S i n c e t h i s i s a t h r e e - p o r t d e v i c e y o u n e e d t o u s e a m a t c h e d l o a d a t t h e

p o r t w h i c h i s n o t c o n n e c t e d t o t h e N e t w o r k A n a l y z e r . T h i s c i r c u l a t o r i s i n t e n d e d t o

o p e r a t e a r o u n d 2 G H z . M e a s u r e t h e a m p l i t u d e a n d p h a s e o f t h e c i r c u l a t o r s c a t t e r i n g

p a r a m e t e r s a t t h i s f r e q u e n c y . C o m p a r e t h e 3 b y 3 s c a t t e r i n g p a r a m e t e r m a t r i x o b t a i n e d

w i t h t h a t o f t h e i d e a l c i r c u l a t o r .

6 . T e s t i n g o f a D i r e c t i o n a l C o u p l e r :

C o n n e c t t h e D i r e c t i o n a l C o u p l e r ( g r e y b o d y w i t h 4 S M A f e m a l e c o n n e c t o r s ) . S i n c e

t h i s i s a f o u r - p o r t d e v i c e y o u n e e d t o u s e t w o m a t c h e d l o a d s a t t h e p o r t s w h i c h a r e n o t

c o n n e c t e d t o t h e n e t w o r k a n a l y z e r . U s e t h e t w o 5 0 l o a d s w h i c h l o o k s i m i l a r t o t h e

c a l i b r a t i o n 5 0 l o a d b u t h a v e a d i e r e n t g e n d e r . T h e c e n t e r f r e q u e n c y o f o p e r a t i o n i s

1 . 2 G H z . M e a s u r e t h e f r a c t i o n a l b a n d w i d t h f

3 d b

= f

c e n t e r

. S h o w t h e d i r e c t i o n a l c o u p l e r

s y m b o l w i t h t h e p r o p e r l a b e l i n g o f t h e p o r t . I s i t a n H y b r i d c o u p l e r ? W h a t i s t h e

i n s e r t i o n l o s s , c o u p l e d p o w e r , d i r e c t i v i t y a n d i s o l a t i o n o f t h e D i r e c t i o n a l c o u p l e r a t t h e

c e n t e r f r e q u e n c y ( s e e A p p e n d i x 7 . 6 f o r t h e i r d e n i t i o n ) .

7 . D i e l e c t r i c R e s o n a t o r F i l t e r E x p e r i m e n t :

A d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s r e a l i z e d b y a p i e c e o f l o w l o s s m a t e r i a l w i t h a h i g h d i e l e c t r i c

c o n s t a n t w h i c h e n s u r e s t h a t t h e E M e l d s a r e m o s t l y c o n n e d i n t h e d i e l e c t r i c m a t e r i a l .

I n o u r e x p e r i m e n t a c y l i n d r i c a l d i e l e c t r i c r e s o n a t o r m a d e i n c e r a m i c w i t h a l o w e s t

( d o m i n a n t m o d e T E

0 1

) r e s o n a n t f r e q u e n c y a r o u n d 2 . 4 G H z i s u s e d . I t i s g l u e d t o a

p i e c e o f d u r o i d t o s l i d e i t o n t h e m i c r o s t r i p b o a r d . P l e a s e d o n o t t o u c h t h e c e r a m i c w i t h

y o u r n g e r s a s a n y d e p o s i t s o n t h e r e s o n a t o r w i l l i n c r e a s e i t s l o s s . A t r e s o n a n c e t h e

d i e l e c t r i c r e s o n a t o r b e h a v e s l i k e a n e a r l y i d e a l s h u n t L C r e s o n a t o r . T h e f r e q u e n c y o f t h e

r e s o n a t o r c a n b e t u n e d m e c h a n i c a l l y b y m o v i n g a p i e c e o f m e t a l ( w e u s e a m i c r o s t r i p

b o a r d ) o n t o p o f i t w h i c h a l s o s h i e l d s i t f r o m u n w a n t e d c o u p l i n g . I n o u r e x p e r i m e n t

t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s p l a c e d i n p r o x i m i t y o f a m i c r o s t r i p l i n e c o n n e c t i n g p o r t 1

t o p o r t 2 ( 2 - p o r t t h r u ) . T h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c o u p l e s t o t h e m i c r o s t r i p l i n e v i a t h e

2 2

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m a g n e t i c e l d l i n e s w r a p p i n g a r o u n d t h e c u r r e n t p a t h . T h e r e s u l t i n g c i r c u i t r e a l i z e s

a h i g h - Q b a n d - s t o p l t e r a t t h e D R r e s o n a n t f r e q u e n c y . I n d e e d a s i s d e m o n s t r a t e d i n

A p p e n d i x 7 . 4 , a t r e s o n a n c e t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i n t r o d u c e s a n e e c t i v e o p e n - c i r c u i t

l o c a t e d a t t h e p o s i t i o n ( c e n t e r ) o f t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r .

D e c r e a s e t h e f r e q u e n c y r a n g e d u s e d f o r t h e f r e q u e n c y s c a n n i n g b y s e l e c t i n g M E N U .

P r e s s S T A R T t o s e l e c t a s t a r t f r e q u e n c y o f 2 . 3 G H z . P r e s s S T O P t o s e l e c t a s t o p

f r e q u e n c y o f 2 . 6 G H z . T h e n R E C A L I B R A T E t h e n e t w o r k a n a l y z e r u s i n g a

2 - p o r t c a l i b r a t i o n !

C o n n e c t t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c i r c u i t b e t w e e n p o r t 1 a n d p o r t 2 a n d l o c a t e t h e

d i e l e c t r i c r e s o n a t o r n e a r t h e m i c r o s t r i p l i n e . T h e n d i s p l a y o n t h e s c r e e n o f t h e

N e t w o r k A n a l y z e r b o t h S

1 1

u s i n g t h e S m i t h C h a r t a n d

jS

2 1

ji n d B u s i n g a l o g

s c a l e . T o s e e b o t h c h a n n e l s , p r e s s D I S P L A Y { > A l l o c a t e T r a c e s { > 2 ( t h e

t h i r d s o f t k e y ) . A l s o p r e s s D I S P L A Y { > N u m o f T r a c e s { > 2 . T w o d i s p l a y s , t o p

a n d b o t t o m g r a h p s , a p p e a r o n t h e C R T . Y o u c a n s w i t c h f r o m o n e t o t h e o t h e r

t r a c e , b y c l i c k i n g t h e o n e y o u w a n t .

L o c a t e t h e r e s o n a n c e f r e q u e n c y f

r

a t w h i c h S

1 1

i s t a n g e n t t o t h e u n i t c i r c l e o n

t h e S m i t h C h a r t (

jS

1 1

( f

r

)

j= 1 i d e a l l y , a r o u n d 0 . 9 c o u l d b e r e a l l y o b s e r v e d ) a n d

p o r t 1 a n d 2 a r e d i s c o n n e c t e d ( S

2 1

= 0 i d e a l l y ) . M o v e t h e r e s o n a t o r l a t e r a l l y a n d

e v a l u a t e a t w h i c h a p p r o x i m a t e d i s t a n c e f r o m p o r t 1 ( i n t e r m s o f w a v e l e n g t h ) S

1 1

i s a s h o r t S

1 1

( f

r

) = ; 1 .

T h e b a n d w i d t h f c a n b e a d j u s t e d b y v a r y i n g t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e d i e l e c t r i c

r e s o n a t o r a n d t h e m i c r o s t r i p l i n e . O b s e r v e t h e v a r i a t i o n o f t h e r e s o n a n t f r e q u e n c y

a s t h e t o p c o n d u c t i v e p l a n e ( m i c r o s t r i p b o a r d ) i s s l i g h t l y l o w e r e d b y g e n t l y p r e s s -

i n g o n i t . G i v e a s i m p l e j u s t i c a t i o n u s i n g a p a r a l l e l p l a t e c a v i t y m o d e l .

D e t e r m i n e t h e r e s o n a n t f r e q u e n c y f

r

, t h e i n s e r t i o n l o s s a t r e s o n a n c e ( ; j S

2 1

( f

r

) j d B ) ,

t h e + 3 d B b a n d w i d t h f = f

2

;f

1

a n d t h e l o a d e d Q ( Q

L

) o f t h e r e s o n a t o r d e n e d

a s t h e i n v e r s e o f t h e f r a c t i o n a l b a n d w i d t h :

Q

L

=

f

r

f

T h e p r o c e d u r e f o r a c q u i r i n g t h e 3 d B b a n d w i d t h o f b a n d p a s s l t e r s ( s e e A p p e n d i x

7 . 7 ) d o e s n o t a p p l y t o b a n d s t o p l t e r s . A s i s d e m o n s t r a t e d i n A p p e n d i x 7 . 7 t h e

3 d B f r e q u e n c i e s f ( 3 d B ) ( f

1

a n d f

2

) a r e t h e f r e q u e n c i e s g i v i n g a n i n s e r t i o n l o s s o f

L

I

f ( 3 d B ) ] = m i n L

I

( f ) ] + 3 d B .

T h e Q o f t h e r e s o n a t o r i n c r e a s e s a s t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r i s m o v e d a w a y f r o m

t h e m i c r o s t r i p l i n e . T u n e t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e d i e l e c t r i c r e s o n a t o r a n d t h e

2 3

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m i c r o s t r i p l i n e a n d r e p e a t t h e b a n d w i d t h m e a s u r e m e n t s t e p s t i l l y o u a c h i e v e a

l o a d e d Q w h i c h i s a p p r o x i m a t e l y o n t h e o r d e r o f 1 0 0 . O n c e y o u a c h i e v e i t p l o t

jS

2 1

ja n d

jS

1 1

j. T h i s p r o v i d e s y o u w i t h a r e c o r d o f f

r

, f a n d Q

L

.

A r o u n d i t s r e s o n a n t f r e q u e n c y a h i g h - Q d i e l e c t r i c r e s o n a t o r c a n b e a p p r o x i m a t e d

b y a n R L C s h u n t r e s o n a t o r a n d t h e r e f o r e c h a r a c t e r i s e d b y t h r e e q u a n t i t i e s : t h e

r e s o n a n t f r e q u e n c y , t h e l o a d Q

L

a n d t h e l o a d e d Q

U

. M e a s u r e S

2 1

i n d B a n d

c a l c u l a t e t h e u n l o a d e d Q ( Q

U

) o f t h e r e s o n a t o r u s i n g t h e f o r m u l a c o n n e c t i n g i t

t o t h e i n s e r t i o n l o s s a t r e s o n a n c e :

L

I

( !

r

) = 2 0 l o g

1

j S

2 1

j

!

= 2 0 l o g

Q

U

Q

L

3 . 3 W r i t e U p W r i t e a s h o r t r e p o r t w h i c h d o c u m e n t s s t e p s 4 , 5 , 6 , a n d 7 . I n c l u d e

a l l y o u r p l o t s a n d c a l c u l a t i o n s . C o m p l e t e t h e l a b o r a t o r y r e p o r t s h e e t ( s e e A p p e n d i x

7 . 1 2 ) .

2 4

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6 . L A B O R A T O R Y 3 :

D e s i g n o f a D i s t r i b u t e d M i c r o w a v e C i r c u i t

L a b o r a t o r y G o a l : T h e g o a l o f t h i s l a b o r a t o r y i s t o d e s i g n , f a b r i c a t e a n d t e s t a d i s t r i b u t e d

m i c r o w a v e c i r c u i t .

A p p r o x i m a t e D u r a t i o n : 6 h o u r s

6 . 1 S e l e c t i o n o f t h e L a b o r a t o r y P r o j e c t .

A l i s t o f p o s s i b l e p r o j e c t s i s g i v e n b e l o w :

B r o a d b a n d t r a n s f o r m e r : ( C h e c k w i t h T A o n t h e a v a i l a b i l i t y o f c h i p r e s i s t o r s

B u t t e r w o r t h ( R i z z i p . 1 4 6 ) , ( P o z a r p . 2 7 8 ) T c h e b y s c h e ( R i z z i p . 1 5 0 ) , ( P o z a r p . 2 8 2 )

T a p e r e d ( R i z z i p . 1 5 2 ) , ( P o z a r p . 2 8 8 )

R a t r a c e c o u p l e r ( R i z z i p . 3 6 3 ) , ( P o z a r p . 4 0 1 )

B r a n c h l i n e c o u p l e r ( R i z z i p . 3 7 8 ) , ( P o z a r p . 3 7 9 )

P o w e r d i v i d e r ( R i z z i p . 3 6 7 a n d W i l k i n s o n p a p e r ( s e e i n s t r u c t o r ) ) , ( P o z a r p . 3 6 3 )

C o p l a n a r m i c r o s t r i p c o u p l e r ( R i z z i p . 3 8 2 ) , ( P o z a r p . 3 8 3 )

N a r r o w b a n d b a n d s t o p l t e r ( R i z z i p . 4 5 4 a n d p . 4 6 0 )

N a r r o w b a n d b a n d p a s s l t e r ( R i z z i p . 4 6 2 ) , ( P o z a r p . 4 9 0 )

B r o a d b a n d b a n d s t o p l t e r ( R i z z i p . 4 8 7 ) , ( P o z a r p . 4 6 6 )

A p r o p o s a l ( s e e A p p e n d i x 7 . 1 2 ) d e s c r i b i n g t h e p r o p o s e d p r o j e c t s h o u l d b e r e t u r n e d b y t h e

d u e d a t e s e t b y y o u r i n s t r u c t o r . T h i s p r o p o s a l s h o u l d d e s c r i b e t h e d e s i g n g o a l s , o u t l i n e t h e

d e s i g n p r o c e d u r e , l i s t t h e p a r t s r e q u i r e d a n d l i s t t h e m e a s u r e m e n t s t o b e p e r f o r m e d . S e e t h e

n e x t p a g e f o r a p r o t o t y p e l a b o r a t o r y p r o p o s a l .

2 5

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N a m e s : C h a r l i e B r o w n a n d S n o o p y E E 7 1 0 A d j u n c t L a b o r a t o r y

D a t e : Y e s t e r d a y

S A M P L E

P R O P O S A L F O R L A B O R A T O R Y 3

P r o j e c t T i t l e : D e s i g n o f a B r o a d b a n d T r a n s f o r m e r

D e s i g n G o a l s :

1 . D e s i g n o f a t w o - s e c t i o n C h e b y s h e v t r a n s f o r m e r t o m a t c h a 1 0 0 c h i p r e s i s t a n c e t o a

5 0 t r a n s m i s s i o n l i n e w i t h a m a x i m u m V S W R o f 1 . 2 a t 2 G H z .

2 . T h e m i c r o s t r i p d e s i g n w i l l b e o p t i m i z e d w i t h A D S .

3 . T h e m i c r o s t r i p l a y o u t w i l l b e g e n e r a t e d w i t h t h e l a y o u t t o o l .

4 . T h e s u b s t r a t e u s e d i s D u r o i d .

D e s i g n P r o c e d u r e :

1 . T h e d e s i g n w i l l s t a r t f r o m t h e r s t - c u t d e s i g n o f t h i s t r a n s f o r m e r d o n e f o r t r a n s m i s s i o n

l i n e s i n h o m e w o r k p r o b l e m # 2 .

2 . L i n e c a l c ( s e e A p p e n d i x 7 . 3 ) w i l l b e u s e d t o c a l c u l a t e t h e d i m e n s i o n s o f t h e m i c r o s t r i p

l i n e s f o r e a c h s e c t i o n o f t h e t r a n s f o r m e r . T h e A D S c i r c u i t l e o f t h e t r a n s f o r m e r w i l l b e

c o n v e r t e d f r o m t r a n s m i s s i o n l i n e t o m i c r o s t r i p s . M S T E P a n d M O P E N m o d e l s m u s t

b e u s e d t o a c c o u n t f o r t h e d i s c o n t i n u i t i e s . T h e R E S e l e m e n t f o o t p r i n t w i l l b e r e a l i z e d

w i t h t h e M G A P e l e m e n t . S e e t h e c l a s s w e b p a g e f o r m o r e r e a l i s t i c m o d e l i n g o f t h e c h i p

r e s i s t o r .

3 . T h e l a y o u t w i l l b e g e

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