北理工微波实验报告Word格式.docx

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另一个是,腔与主传输线有两个耦合器件,并把腔串接于主传输线中,谐振时腔中场最强,输出能量也较多,所以测量放大器指示也最大,如图1-2（b）所表示。

这种连接方法称为经过式连接法。

在实际中不管哪种连接方法,当不测频率时,为了不影响其它试验项目观察,应把腔调到失谐状态。

可变衰减器也是由一小段波导组成,其中放有一表面涂有损耗性材料,并与波导窄壁平行放置薄介质片。

介质片越靠近波导中心处,衰减越大,反之,衰减越小。

利用可变衰减器能够连续地改变信号源传向负载方向功率大小;

另外,如同隔离器一样,可变衰减器也含有一定隔离作用。

测量线是一段在其宽壁中心线开有一窄缝隙矩形波导,与其配套还有一个装有微波范围内用晶体二极管检波器及同轴线调谐式探针座。

探针从缝隙插入波导后,送入测量（选频）放大器,经过该放大器表头读数,即可进行各试验项目测量工作。

系统最终部分是终端负载,它是被测试某一微波元、器件,也能够是匹配负载、短路片或短路活塞等。

需要指出是,因为微波信号源产生等幅高频振荡很微弱,若对其直接进行检波,则检波器输出直流分量也是很微弱,用通常仪表难以对其进行观察。

所以为了提升测试灵敏度,方便于观察,通常见一方波（反复频率1000Hz）对高频振荡进行幅度调制（也有用脉冲或其它波调制）。

经调制后高频振荡经过检波后输出是其包络,对包络中基频（1000Hz）加以放大后再经检波,取出其直流分量加于测量放大器指示表头,读数就方便了。

三、试验内容

1．首先按图1-1所表示将测量系统安装好,然后接通电源和测量仪器相关开关,观察微波信号源有没有输出指示。

若有指示,当改变衰减量或移动测量线探针位置时,测量放大器表头指示会有起伏改变,这说明系统已在工作了。

但这并不一定是最好工作状态。

比如,若是反射式速调管信号源话还应把它调到输出功率最大振荡模式（如n=2,参见附录）,并结合调整信号源处短路活塞,以使能量更有效地传向负载。

若有必需,还能够调整测量线探头座内短路活塞,以取得较高地灵敏度,或者调整测量线探针伸入波导程度,方便很好地拾取信号地能量（注意,伸入太多会影响波导内场分布）。

对于其它微波信号源也应根听说明书调到最好状态。

有时信号源无输出,但测量放大器也有一定指示。

这可能是热噪声或其它杂散场影响;

若信号源有输出,但测量放大器指示不稳定或者当测量线探针移动时,其指示不变,均属不正常情况,应检验原因,使之正常工作。

系统正常工作时,可调整测量放大器相关旋钮或可变衰减器衰减量（衰减量不能为零,不然会烧坏晶体二极管）,使测量放大器指示便于读数。

2．测量微波信号源频率和波导波长。

测量信号源频率调整旋钮,可使频率在7.5~12.4GHz范围内改变。

选择该范围内某个频率,用频率计测出它频率,并用测量线测出该频率波导波长

。

在测

时应将系统终端短路（比如用金属短路板或短路活塞）,则系统呈纯驻波状态（理论上）,其场强幅度分布如图1-3所表示。

当测量线探针处于

和

位置时,测量放大器指示为最小（理论上为零）,

此时从测量线刻度上即可求出波导波长

在实际测量中,因为受设备精度、灵敏度限制,以及其它原因影响,极难正确地确定

位置。

为提升测试精度,可采取“平均法”测定它们位置,如图1-3所表示。

为了确定

使在

两侧（尽可能地靠近

）

处测量放大器有相同指示数,则

同理可得

这比直接去测

要正确些。

3．绘制晶体矫正曲线

需要指出是,当用测量线测定微波系统（波导）内场强幅度分布规律时,测量放大器指示值并不直接表示高频信号场强值,而是经过晶体二极管检波后电流值。

我们已知传输系统驻波

为:

因为晶体二极管为一非线性器件（如图1-4（a）所表示）,所以就不能用测量放大器读数直接套用上面公式求出驻波比

为了求出

应作出晶体管输入电压

（它与探针拾取场强幅值成正比）与检波电流关系曲线（如图1-4（b）所表示）,称为晶体校正曲线。

此曲线中电流即使是从测量放大器中读出值,但它对应

值（或

）,此时并非加于晶体二极管上电压值,而是经过测量于计算求出与场强幅值成正百分比“等效”电压值。

有了校正缺点,当探针在场强幅值最大值时,测量放大器有一读数

探针在场强幅值最小处时,有一读数

从校正曲线中查出

分别对应

（

）和

）,则驻波比

为了作出晶体校正曲线,需将系统终端短路,形成纯驻波状态。

如图1-5所表示。

场强E幅度

可表示为:

为了求出场强幅值与检波电流

之间关系（晶体校正曲线）,就要利用这个公式计算场强值（也即校正曲线中U）。

在7.5~12.4GHz范围内选定某一频率,使系统正常工作,并求出该频率对应波导波长

将测量线探针移到场强幅值节点。

比如图1-5中所表示A点,作为

参考点,并记下此时测量放大器读数,从公式看该读数（理论上为零,实际上不为零）对应

应为零。

B是场强幅值腹点,

将此距离等分为若干个小段（比如10个小段）,从A点开始,按分小段使探针逐次向B点移动,并记住每一位置所对应测量放大器读数I,已经每一位置坐标z值,则

即可求出。

B点对应于

若

已知,则利用公式

即可求出每点

（U）与每点I一一对应关系,依据这组数据即可画出晶体校正曲线。

但实际上,

值我们并不知道具体等于多少,为了处理这一问题,在作晶体校正曲线时,只需要知道各点场强幅值相对大小就能够了,并不需要求出它们绝对大小,所以,我们能够把B点对应电流读数I作为

看待,而其它点

（相对值）即可求出了。

在实际测量中,为计算方便起见,可利用调整信号源输出,可变衰减器衰减量和测量放大器相关旋钮等方法,使B对应I读数为10某个整数倍（比如100）。

另外需要指出是,作晶体校正曲线也能够从场强幅值腹点B开始,逐步向节点A移动探针,测出所需要数据,场强幅值改变为余弦。

但B点确切位置比A点更难确定,所以,从A点开始,比从B点开始要好些。

最终补充一点,当晶体二极管检波电流很小时,其电压和电流有近似于平方律关系式:

是与管子型号相关结构参数,是常数。

此时驻波比

可近似为

而不需要查晶体校正曲线。

试验二阻抗测量

1．掌握最常见阻抗测量方法,并能利用公式和阻抗或导纳圆图计算阻抗。

2．测量喇叭天线等效（输入）阻抗。

二、试验装置和试验原理

在微波范围内常常碰到对微波元（器）件阻抗测量问题（比如,在研究若干个元、器件相互间连接和匹配问题时）,所以掌握阻抗测量方法是十分关键。

测量阻抗方法有多个,其中较常见是利用测量线来进行测量。

试验装置和试验一所用完全相同。

为画图简单起见,我们用方框图把它表示出来,如图2－1所表示。

1．当无耗传输线终端接有任意复数阻抗负载

时,系统呈行驻波状态,电压或场强幅值分布规律如图2－2所表示。

为了求出被测阻抗

可采取两种方法,用公式计算和查圆图。

首先讨论一下用公式计算方法。

依据传输线理论,等效（输入）阻抗

为

据此,对终端被测负载

而言应为:

式中,

为传输线特征阻抗,

为电压反射系数,

为终端负载处反射系数,

为其初相角。

在电压（或场强幅度）最小点处反射系数

相角应满足

即

若取距终端负载最近那个电压（或场强幅值）最小点距离

代入上式,则:

而

为波导波长,

为驻波比。

由此可知,只要测出

（在某一频率下）,即可求出负载

它比计算方法要方便得多,比如用阻抗圆图（用导纳圆图也可）来求阻抗

如图2－3所表示。

如前所述,首先测出在某一频率下得驻波比

和电压最小点（距终端被测负载