微波测量实验报告.docx
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微波测量实验报告
《微波测量实验报告》
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实验一微波测试系统的认识与调试
一、实验目的
1.了解微波测试系统。
2.三厘米波导系统的安装与调试。
二、实验原理
1•微波测试系统
微波测试系统常用的有同轴和波导两种系统。
同轴系统频带宽，一般用在较低的微波频段（二厘米波段以下）；波导系统（常用矩形波导）损耗低、功率容量大，一般用在较高频段（厘米波段直至毫米波段）。
微波测试系统通常由三部分组成，如图1-1（a）所示。
全匹記
图1-1微波测试系统
（1）等效电源部分（即发送端）这部分包括微波信号源，隔离器，功率、频率监视单元。
信号源是微波测试系统的心脏。
测量技术要求具有足够功率电平和一定频率的微波信号，同时要求一定的功率和频率稳定度。
功率和频率监视单元是由定向耦合器取出一小部分微波能量，经过检测指示来观察源的稳定情况，以便及时调整。
为了减小负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。
（2）测量装置部分（即测量电路）包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等），以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率计探头等）。
（3）指示器部分（即测量接收器）指示器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
当对微波信号的功率和频率稳定度要求不太高时，测量系统可简化如图1－1（b）所示，微波信号源直接与测量装置连接，其工作频率可由波长计测得。
2.微波信号源通常，微波信号源有电真空和固态的两种。
3.测量指示器常用指示器有指示等幅波的直流微安表、光点检流计、微瓦功率计，有指示调制波的测量放大器、选频放大器。
此外，还可用示波器、数字电压表等作指示器。
实验室常用测量放大器和选频放大器作指示器，因为这类仪表灵敏度高，能对微弱信号进行宽带或选频放大，接在测量线、晶体检波器、热敏电阻架及其它测试设备的输出端可进行各类测量。
三、实验内容和步骤了解微波测试系统：
1.观看按图1－1（a）装置的微波测试系统。
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、频率计（或称为波长表）、定向耦合器、晶体检波器、全匹配负载、波导－同轴转换器等。
四、注意事项测试过程中，若指示电表偏转超过满刻度或无指示，可调整可变衰减器衰减量
或指示器灵敏度。
实验二测量线调整与晶体检波器校准
一、实验目的
1.熟悉测量线的使用方法。
2.掌握校准晶体检波器特性的方法。
、实验原理
1•测量系统的连接与调整
进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测试系统。
图2-1示出实验室常用的微波测试系统，信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧，以便于操作。
连接系统平稳，各元件接头对准。
晶体检波器输出引线应远离电源和输入线路，以免干扰。
如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生误差。
全匹配负趙
图2-1微波测试系统
系统调整主要指信号源和测量线的调整以及晶体检波器的校准。
信号源的调整
包括振荡频率、功率电平及调制方式等。
本实验讨论驻波测量线的调整和晶体检波器的校准。
2•测量线的调整及波长测量
（1）驻波测量线的调整
驻波测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，如测驻波、阻抗、相位、波长等。
测量线通常由一段开槽传输线，探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。
由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统的工作状态。
为了减小其影响，测试前必须仔细
调整测量线。
实验中测量线的调整一般包括选择合适的探针穿伸度、调谐探头和测定晶体检波特性。
探针电路的调谐方法：
先使探针的穿伸度适当，通常取1.0〜1.5mm。
然后测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间部位，调节探头活塞，直到输出指示最大。
（2）波长测量
测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。
a.用谐振式波长计测量。
调谐波长计，使得指示器指针达到最大值，记录此时的波长计刻度，查表，确定波长计谐振频率，再根据入=c/f，计算出信号源工作波长。
b.用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻波，移动测量线探针，测出两个相邻驻波最小点之间的距离，即可求得波导波长，再根据公式（2—2）计算出工作波长。
c.
将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，则探针检测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小值，即为相邻的另一个驻波节点，短路器活塞移动的距离等于半个波导波长。
在传输横电磁波的同轴系统中，按上述方法测出的波导波长就是工作波长，
波长之间的关系式:
（2-1）
（2-2）
式中\一--',a—波导宽边尺寸，本系统矩形波导型号为BJ-100（ab=22.
8610.16両口釣，为了提高测量精度，通常采用交叉读数法确定波节点位置,并测出几个波长，求其平均值。
所谓交叉读数法是指在波节点附近两旁找出
22交-叉读数法测屋驻菽节点位黄
电表指示数相等的两个对应位置：
冷：
：
：
［“［，理y；然后分别取其平均值作为波节点位置，如图2—2所示。
dn=-（dxl+d^）（2-3}
d02=2亠兀）（2—4）入p=亍％-心諒（2-5）
、实验仪器及装置图
图2-5测试装竟图
四、实验内容及步骤
1•调整测量线
1.1参照图2—5连接各微波元件。
1.2测量线终端接晶体检波架，调整微波信号源使获得最佳方波调制输出功率。
1.3调整测量线：
（1）测量线终端接匹配负载，并将探头晶体检波输出端接选频放大器。
（2）转动探头上部的调节螺母来调整探针插入深度，其读数由顶部标尺刻度指示（单位为mm）。
插入深度取1〜1.5mm。
调谐探针回路
（调银白色活塞），使指示器读数最大，再调谐检波回路（黑色活塞），使指
示器读数最大。
2.工作波长的测量
2.1用波长计测量工作频率，记录数据，随即失谐频率计。
表2—1波长计测量工作波长
信号源工作频率
波长计刻度
查表对应工作频
率
工作波长
9056MHz
7.27mm
9029MHZ
33.48mm
2.2测量线终端换接短路板，移动探针至驻波节点，然后在此波节点两边以一个适当的读数为参考，记下相应探针的位置二…，二二，将探针移动相邻的波
节点上，用同样的方法读取…，并计算波导波长，由式（2—2）计
F
算工作波长〕，将上述测量和计算数据填入表2—2o
表2—2计算和..单位：
mm
r
du
心22
A
86.1
104.2
93.1
113.3
126.3
119.35
48.1
33.14
2.3将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，在波节点两边以一个适当的读数为参考，记下相应
探针的位置£了，二…，将探针移动相邻的波节点上，用同样的方法读取二，
并计算波导波长..，由式（2—2）计算工作波长.［，将数据填入表2—3o
t
表2—3计算和.单位：
mm
d±i
dfs
doi
^£1
^02
%
A
38.018
25.356
32.688
14.622
1.178
8.900
47.556
32.66
实验三电压驻波比的测量
一、实验目的
掌握测量大、中电压驻波比的方法。
二、实验原理
电压驻波比（简称驻波比）是传输线中电场最大值与最小值之比，表示为：
lEm»I厲
I^minI
测量驻波比的方法及仪器很多，本实验讨论用驻波测量线，根据直接法，等指示度法测量大、中电压驻波比。
1.直接法
直接测量沿线驻波的最大和最小场强（参见图3-1）,根据式（3—1）直接求出电压驻波比的方法称直接法。
该方法适用于测量中、小驻波比。
dx~11no
图3-1无耗线上的驻波图
如果驻波腹点和节点处指示电表读数分别为Imax和Imin，晶体二极管为平
方律检波，则式（3—1）成为：
当驻波比1.05<<1.5时，驻波的最大值和最小值相差不大，且波腹，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点的数
据，然后取其平均值。
当驻波比1.5<<6时，可直接测量场强最大值和最小值。
2.等指示度法
等指示度法测量适用于大、中电压驻波比。
如果被测件驻波比较大，驻波腹点和
节点电平相差悬殊，因而测量最大点和最小点电平时，使晶体工作在不同的检
波律，故若仍按直接法测量驻波比误差较大。
等指示度法是测量驻波图形节点
两旁附近的驻波分布规律，从而求得驻波比的方法，因此能克服直接法测量的缺点。
（測量线标尺读数）力小
图3—2等指小度法
如图3—2，设」臥厲为驻波节点指示值，•，」：
‘为驻波节点相邻两旁的等
ifl
指示值，w为等指示度之间的距离，终端反射系数为丨，贝U：
2I
k"=（―—）2（3-4a）
当探头为晶体平方律检波，I左或右=2Imin时，驻波比按式（3—4c）
计算，这种方法也称为“二倍最小值法”或“三分贝法”
当—-10时，「.很小，则式（3—4c）可简化为:
1W
（3-5）
三、实验仪器及装置图
如图3—3所示。
图3—3测试装誉图
四、实验内容及步骤
1•微波测试系统的调整
1.1按图3—3检查测试系统，测量线终端接检波架，开启电源，预热各仪器1.2按操作规程使信号源工作在方波调制状态，并获得最佳输出。
1.3调整测量线，调整探针电路，检波电路，使测量线工作在最佳状态。
调整输入功率电平，使晶体工作在平方律检波范围内。
1.4用直读式频率计测量工作频率记录数据
1.5测量线终端接短路板，用交叉读数法测量两个相邻波节点位置，计算波导
表3—1波导波长
r
£
d竝
£
心22
%
86.3
100.3
95.3
114.4
128.3
119.35
48.24
2.用直接法测量开口波导及单螺钉的电压驻波比。
2.1测量线终端开口，移动探针至驻波腹点，调整指示器灵敏度，使指示电表读数达满度（或近满度，“100”或“90”）。
2.2分别测定驻波腹点和节点的幅值…和.…，列表3-2记录数据并计算o表3—2驻波腹点和节点的幅值
指示器读数
1
2
3
4
P
84.6
86.0
87.2
84.8
5.32
3.4
3.6
3.3
3.4
2.3测量线终端接单螺钉（旋入4mm）和匹配负载，重复步骤2.1，2.2
并测量两次，列表记录数据并计算o
3.用等指示度法测量单螺钉的电压驻波比。
3.1调节单螺钉穿伸度约7mm，测量线探针移至驻波节点。
调整可变衰减器，指示度灵敏度，必要时可调整测量线探针穿伸度（一般不调），使指示电表读数接近“40”或“50”，读取驻波节点幅值
3.2缓慢移动探针，在驻波节点两旁找到电表指示读数为2・…的两个等指示度
点，应用测量线标尺刻度读取二个等指示度点对应的探针位置读数值一和
重复五次，将数据记于表3—3o
3.3根据公式r-二计算驻波比。
nW
表3-3等指示度法测驻波比
次
数n
2】詐
w
叫=［並一dtl
（mm）
w肌
（mm）
—
p—
nW
（mm）
（mm）
以mm）
1
2
156.4
154.3
3.1
3.08
3.28
2
2
135.6
128.1
3.5
3
2
112.0
108.0
3
4
2
86.1
82.1
3
实验五阻抗匹配及匹配技术
一、实验目的
1.掌握用测量线测量阻抗的方法。
2.学习匹配技术
二、实验原理
1.阻抗测量原理根据传输线理论：
牙_—jPa叭品
1P-jtanPLmin
其中，「为一化负载阻抗，即单端口微波元件的输入阻抗；为驻波比；终
端负载至相邻波节点的距离；
■
in
i
Zt
2.匹配技术
匹配是微波技术中的一个重要概念，通常包含两方面的意义：
一是微波源的匹配，二是负载的匹配。
通常微波系统中都希望采用匹配微波源（简称匹配源），可使波源不再产生二次反射，从而减小测量误差；同时，匹配负载可以从匹配源中取出最大功率。
在传输微波功率时，希望负载也是匹配的，因而负载匹配时，传输效率最高，功率容量最大，微波源的工作比较稳定。
所以熟悉掌握匹配的原理和有关技巧，对分析和解决微波技术中的实际问题具有十分重要的意义。
在小功率时构成微波匹配源最简单的方法是在信号源（它本身并非匹配源）的输出端口接一个衰减量足够大的吸收式衰减器，或一个隔离器，使负载反射的波通过衰减进入信号源后的二次反射已微不足道，可以忽略。
负载的匹配，则是要解决如何消除负载反射的问题，因而调匹配过程的实质，就是使调配器产生一个反射波，其幅度和失配元件产生的反射波幅度相等，而相位相反，从而抵消失配元件在系统中引起的反射而达到匹配。
匹配的方法很多，可以根据不同的场合和要求灵活选用。
对于固定的负载，通常可在系统中接入隔离器，膜片、销钉、谐振窗以达到匹配目的，而在负载变动的情况下，可以接入滑动单螺，多螺及短截线等各种类型的调配器。
本实验利用滑动单螺调配器调配终端负载。
三、实验仪器及装置图
2.用滑动单螺调配器调配晶体检波器，使驻波比1.1叮F€1.2
P
74mv
64mv
1.1834
滑动单螺调配器位置：
横（47.0mn）,纵（4.312mn）
实验六二端口微波网络参量的测量
一、实验目的
掌握用三点法测量任意二端口网络得散射参量。
二、实验原理
一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图6-1所示。
图中，al,a2
分别为网络端“1”，端“2”向内的入射波，bl,b2分别为网络端“1”，端“2”向
外的反射波。
对于线性网络，可用线性代数方程组表示。
亠
■
一
-亠
體
I■
*
一
51
2
6
6-1微波网络入射波和反射波
Jb1_S11a1
lb?
二S21d
+S12a2
+S22a2
写成矩阵形式：
_bjS11
1=1
S12「叮
巾2一◎
S22--a2-
式中，S11,S12,S21和S22组成［S参量，它们的物理意义分别为
对于多端口网络，［S］参量可按上述方法同样定义，对于互易网络S12S21,则仅有三个独
立参数。
测量微波网络［S］参量的方法很多，本实验用三点法测量任意二端口网络的
图6-2
⑻三点法测量［S］参量；（b）输入、输出端面的等效位置
1.三点法
三点法是将待测网络的输出面一次短路，开路和匹配负载，并在输入端面一次测量反射系数,
则如图6-2所示的互易网络散射参量可以由下式计算获得：
'101s21L
1s
1s
若网络为可逆对称网络，则:
或$2二（『1S一『1L）（『1L一1）-
rd
此时，只需对1进行两次测量，即可由公式（6—2b）计算出网络的［S］参量。
输入面反射系数1的确定方法：
plI
设T为待测网络输入端面“1”端口在测量线上的等效位置，T为网络输出端
（6—3）
式中：
d=
d_dT
2.反射，传输法
反射，传输法是一种直接测量散射参数的方法。
这种测量通过网络分析仪来实
现。
三、实验内容及步骤
1.测试系统调整
1.1调整测试系统，使其工作与最佳状态。
d
1.2测量线终端换接短路板，用交叉读数法测量波导波长’p1，选定一波节点为T，列
表记录数据。
比n（mm）
（mm）
dn（mm）
dji（mm）
屯九（mm）
珏（mm）
（mm）
99.5
104.8
102.15
123.8
129.1
126.45
48.6
dT
1.3测量线终端换接可调短路器，测量线探针准确地置于T位置，短路器活塞在“0”
d
刻度附近缓慢移动，直至测量线上T位置又出现波节点，按交叉读数法确定此时短路器
活塞位置的刻度值l01，并选作lT,记录数据。
In（mm）
ti
—（mm）
入尹（mm）
0
21.237
26.825
24.031
48.062
此时活塞位置的刻度值l01，计算输出波导波长’p2，列表记录数据。
2.用三点法测“微波衰减器+单螺钉”的[S]参数。
2.1测量线与可调短路器中间接入待测元件：
单螺钉（旋入6.0mm）+微波衰
减器（衰减量置于约“20”的位置）。
数据点
1
2
3
k（mm）
It
匹配
dmink（mm）
126.45
114.1
114.3
dk=dmink-dt（mm）
24.3
11.95
12.15
Pk
9.06
9.79
1
P-1k=pk+1
0.76
0.81
0
皿v«dlq
®1k=720（―^）一180
丸g1
190™
-2.96$
0
2.2短路活塞置于丨丁位置，用直接法测量待测元件输入端驻波比：
?
；用交叉读
数法测出dT左边相邻驻波节点位置dmjn，按公式（6-3）,（6-4）计算卩侣，记录
数据，记录测量数据。
2.4取下可移动短路器，待测元件终端接匹配负载，同样测出和dmin。
计算'10，记
录测量数据，并将步骤2.2〜2.4各数据列成相应的表格。
2.5根据公式（6—2）计算“单螺钉+微波衰减器”的散射参量S11,S12和S22。
二0
S；；—_31.4
S12=4.96
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