微波技术实验指导书带封皮版Word下载.docx

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2学时

一、实验目的：

1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。

2．学会测量设备的使用。

二、实验器材：

1．3厘米固态信号源

2．隔离器

3．可变衰减器

4．测量线

5．选频放大器

6．各种微波器件

三、实验内容：

1．了解微波测试系统

2.学习使用测量线

四、基本原理：

图1.1微波测试系统组成

1．信号源

信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。

常用微波信号源可分为：

简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。

本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。

2．选频放大器

当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。

它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。

它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。

表头一般具有等刻度及分贝刻度。

要求有良好的接地和屏蔽。

选频放大器也叫测量放大器。

3．测量线

3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。

开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。

4．可变衰减器

为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。

衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。

实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。

一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。

五、实验步骤：

1．1观看如图装置的的微波测试系统。

1．2观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。

常用元件如：

铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。

2．了解测量线结构，掌握各部分功能及使用方法。

2．1按图检查本实验仪器及装置。

2．2将微波衰减器置于衰减量较大的位置（约20至30dB），指示器灵敏度置于较低位置，以防止指示电表偶然过载而损坏。

2．3调节信号源频率，观察指示器的变化。

2．4调节衰减器，观察指示器的变化。

2．5调节滑动架，观察指示器的变化。

六、预习与思考：

总体复习微波系统的知识，熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。

实验二驻波系数的测量

综合性实验级别：

必做

信息与通信工程学院学时：

1．理解测量大、中电压驻波比的原理和常用方法。

2．掌握用直接法测量小驻波比的方法。

测量无耗小驻波比微波元件的电压驻波比。

图2.1直接法测电压驻波比方框图

微波元件的电压驻波比是传输线中电场最大值与最小值之比，表示为

（2.1）

1．直接法

该方法适用于测量中小电压驻波比。

当驻波系数不大于6时，可直接沿测量线测量驻波最大点和最小点的场强得到，故称为直接法。

直接法测电压驻波比方框图如图2.1所示。

被测器件接在测量线的终端，这时测量线中电场的纵向分布如图2.2所示。

图2.2测量线电场分布图

当测量线的探针沿纵向移动时，波腹点和节点指示电表读数分别为Umax和Umin。

晶体二极管为平方律检波时，则有：

（2．2）

当驻波比1.05<

<

1.5时，Umax和Umin相差不大，且波腹和波节平坦，难以准确测定。

为了提高测量精度，可移动探针测出几个波腹和波节的数据，然后取平均值。

（2.3）

当驻波比1.5<

6时可直接读出场强最大值和最小值。

表2。

1波腹波节处的电压值

1

2

3

4

5

Umax

Umin

1．复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况

2．熟悉各实验步骤，以加快测量速度。

3．驻波的节点与腹点如何选取？

实验三阻抗的测量

1．掌握用测量线测量阻抗的原理和方法。

2．进一步掌握阻抗圆图的用法。

1．调整微波测试系统

2．测量阻抗

微波元器件或天线系统的输入阻抗是微波工程中的重要参数，因而阻抗测量也是重要内容之一，本实验学习用测量线测量单端口微波元件输入阻抗的方法。

根据传输理论，传输系统中驻波分布与终端负载阻抗直接有关，表征驻波特性的两个参量，驻波比

及相位

与负载阻抗的关系：

（3.1）

图3.1电压与相位的关系

图3.2等效截面法

上式左端为归一化负载阻抗，即单端口微波元件的输入阻抗，

为驻波比。

是终端负载至相邻驻波节点的距离，参照图3.1。

因而只需在测量线的输出端接上待测元件，分别测定驻波比

，波导波长

及距离

，即可用上式或阻抗（或导纳）圆图计算待测元件的输入阻抗（或输入导纳）。

实际测量中常用“等效截面法”。

首先让测量线终端短路，沿线驻波分布如图3.2（a）所示，因而移动测量线探针可测得某一驻波节点位置

，它与终端距离为半波长的整数倍nλg/2（n=1,2,3…），此位置即为待测元件输入端面在测量线上的等效位置T。

当测量线终端换接待测负载时，系统的驻波分布如图3.2（b）所示，由测量线测得

左边（向波源方向）的相邻驻波节点位置

即为终端相邻驻波节点的等效位置。

所以

（3.2）

由公式

（3.3）

可以计算待测元件的输入阻抗ZL，下图为导纳圆，A点的读数即为待测元件的归一化导纳，B点的读数即为归一化阻抗,如图3.3所示。

图3。

3归一化阻抗圆图

图5.3归一化阻抗圆图

图3。

4实验装置图

1．调整微波测量系统

（1）测量线输出端接匹配负载，调整测量系统。

（2）测量线终端换接短路板，用交叉读数法测量波导波长

并确定位于测量线中间的一个波节点位置

，记录测量数据。

2．测量电感（或电容）膜片及晶体检波器输入阻抗

（1）取下短路板，测量线输出端接“电感（或电容）膜片+负载匹配”测出

，左边相邻驻波节点的位置

，计算

（2）用微波衰减器调整功率电平，使测量线探头晶体处于平方律检波范围。

用直接法测量驻波比

，记录数据。

（3）根据

，

，

，应用导纳圆图计算“电感（或电容）膜片+负载匹配”的归一化导纳。

1、复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况。

2、了解传输线不同终端负载的接入情况。

3、如果终端负载是感性的，则滑动螺钉与负载的距离必须满足什么条件？

为什么？

实验四波长和频率的测量

1．了解几种常用的测量频率和波长的仪器。

2．掌握测量频率和波长的基本原理和方法。

1．测量微波信号的频率

2．测量微波信号的波长

图4.1实验装置图

频率是微波测量的基本参量之一。

从原理上说，波长的测量与频率的测量是有区别的，前者归结为长度的测量，后者归结为时间的测量。

根据谐振腔的谐振选频原理可知，单模谐振腔的谐振频率决定于腔体尺寸，得用调谐机构的位置对谐振腔进行调谐，使之与待测微波信号发生谐振，就可以根据谐振时调谐机构的位置，判断腔内谐振的电磁波的频率。

这就是谐振式频率计的基本原理。

本实验将频率计采用吸收式接法。

当产生谐振时，谐振腔最大程度的获取功率，使得输出几乎为0，这样从指示器上可以观察其谐振或失谐的情况，从而读出频率计上指示的读数。

根据传输线原理，邻近两个腹点或两个节点之间的距离为半波长，这样可根据选频放大器上显示的相邻腹点，从测量线上直接读出波长。

1．微波频率的测量

（1）按图4.1所示的框图连接实验系统。

（2）将检波器及检波指示器接到被测件位置上。

（3）用频率计测出微波信号源的频率。

旋转频率计的测微头，当频率计与被测频率谐振时，将出现吸收峰。

反映在检波指示器上的指示是一跌落点（参见图4.2），此时，读出频率计测微头的读数，再从频率计频率与刻度曲线上查出对应的频率。

检波指示器指示I

谐振点频率计测微头刻度

图4.2频率计的谐振点曲线

2．波导波长的测量：

（1）接开路阻抗，其可变电抗的反射系数接近1，在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形，如图4.3所示，只要测得驻波相邻节点的位置L1、L2，由

，即可求得波导波长λg。

表4.1相邻节点位置数据表

L1

L2

λg

（2）接短路阻抗。

测量驻波相邻腹点的位置L1、L2，由

表4.2相邻腹点位置数据表

1．复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况。

2．用传输线理论分析测量波长与频率的原理。