天线的类型及分析

微波系统的主要性能和参数 主讲人 高官胜成员 田中原蔡秋月汪杨茗宋好亮张亚军 1 微波系统的定义及组成2 微波系统主要的网络参数及其性质3 微波系统的应用举例 1 微波系统的定义及组成 1 1微波系统的定义1 2微波系统的组成 1 1微波系统的定义微波系统是指由微波传输线和微波元器件组成的系统 其作用是产生 转换和传输微波信号和功率 这里 微波传输线在广义上定义为能够无反射地传输电磁波的结构 所以它包含了各种各样的传输线 如双导线 同轴线 金属波导 微带线等 1 2微波系统的组成微波系统的组成从功能上划分为如下三个部分 无反射地传输微波信号和功率的装置 称为微波传输线 完成微波信号和功率的分配 控制和滤波等功能的装置 如隔离器 耦合器 功率分配器 滤波器 衰减器等 这些装置并没有进行微波能量与其他能量 如直流 的转换 所以常称为微波元件或微波无源器件 产生 放大 变换微波信号和功率的装置 如振荡器 放大器 变频器等 这些装置一般要将微波能量与其他能量进行转换 所以常称为微波有源器件 图1 1 1就是一个典型的微波通信系统的组成框图 2 微波系统主要的网络参数及其性质阻抗参数可逆的网络有Z12 Z21 对称的网络有Z11 Z22 无耗的网络有Zij为纯虚数导纳参数可逆的网络有Y12 Y21 对称的网络有Y11 Y22 无耗的网络有Yij为纯虚数转移参数 可逆的网络有A11A22A12A21 1 对称的网络有A11 A22 无耗的网络有Aij为纯虚数 Ali为实数 级联网络的转移参数有A A1A2 An 散射参数 可逆的网络有S12 S21 对称的网络有S11 S22 无耗的网络有SS 1 参考面移动对S参数的影响 参考面向外移动取负角度 参考面向里移动取正角度 对应的移动矩阵为 S PSP传输参数的性质 可逆的网络有T11T22 T12T21 1 对称的网络有T12 T21 无耗的网络有T11 T 22 T12 T 21 3 微波系统的应用举例3 1EPR波谱仪观察电子顺磁共振现象的仪器称为电子顺磁共振 electronparamagneticresonance EPR 波谱仪 又称为电子自旋共振 electronspinresonance ESR 波谱仪 电子顺磁共振发生的条件为hv g H式中 h为普朗克常数 g是样品的波普分裂因子 对某个样品而言 它是常数 为电子的玻尔磁子 也是常数 式中仅有微波频率v和磁场强度H是两个可调节的量 由此产生两种不同类型的扫描方式 一种是固定频率 改变磁场强度搜索共振点的扫描方式 称为扫场式波普仪 另一种是固定磁场强度 扫描频率搜索共振点的扫描方式 称为扫频式波谱仪 从原理上来讲 磁场强度和频率可以在很宽的范围内变化以满足共振条件的要求 但是从技术的可行性考虑 电子顺磁共振波谱仪常常采用扫场的工作方式 并且工作在下表所列的典型波段 频率及对应的共振磁场强度下 EPR波谱仪实物 X波段EPR波谱仪原理方框图 EPR信号产生过程 由微波源产生的微波能量经过微波桥系统进入谐振腔 谐振腔放在电磁铁的空隙中间 被测样品放在腔内 调节磁场强度直至满足共振条件 这时样品吸收微波能量 从谐振腔反射出来的微波功率发生了变化 本来调节平衡的微波桥路失去平衡 通过检波器可以检测出一个共振跃迁吸收信号 再经放大器放大之后在示波器上或记录仪上显示出来 这就是EPR信号 该信号是微波功率对磁场强度的函数曲线 其中微波系统提供自旋系统发生能级跃迁所需要的辐射能量并采集谐振腔反射的信号 磁场系统使自旋系统发生能级分裂 并配有快 慢 扫描装置以搜索共振信号 样品谐振腔系统是储存微波能量 也是放置样品和样品发生共振吸收的场所 至今波谱仪已经发展了三代 电子管 晶体管和计算机控制波谱仪 3 2微波系统分析仪 ME525型微波系统分析仪 微波系统分析仪是一种综合性测试仪器 测试项目较多 把各单项测试所需要的电路组合在一起 组成一个整机 电路比较复杂 繁多 一般微波系统分析仪有以下几个部分 即显示单元 中频接收单元 基带接收单元 基带振荡器 中频扫频振荡器 上 下变频器等 各单 元之间由电缆连接 每个单元又由许多基本电路组成 在测试某一项目时 由选择开关控制 ME525型微波系统分析仪能测量和分析70MHz和140MHz中频系统的各种主要性能 其中有 群时延特性 调制器和解调器的微分特性 微分相位特性 中频调频特性 中频和基带的回波损耗 频偏 调幅 调相转换系数 中频的限幅 系数以及电平等 它的主要工作特点有 1 扫频带宽达0 35MHz 2 中频有70MHz和140MHz两种 用转换开关控制 3 动态范围宽 4 频标读数方便 有1MHz 5MHz 10MHz频标 频标可以在被测曲线上或在基线上显示 5 双踪同时显示 6 基带频率达12 4MHz 适应2800路以下测试 7 在发信机内有一基带信号加扫描信号 幅度 可达30Vp p 8 内装有调幅器 可测量调幅 调相转换系数 9 采用锁相环 不需加热 开机就可以测试群时延 10 有存储装置 可以提高测试精度 并可记录测试数据 该分析仪由发信机和接收机两部分组成 如图所示 其中发信机由基带 ABC 振荡器单元和中频 IF 扫频振荡器单元构成 接收机由基带接收单元 中频接 收单元及示波管显示单元构成 下面简介各部分的作用原理 ME525的基本构成图 1 基带振荡器基带振荡器单元提供三种测试信号 一是扫描信号 包括50Hz电源扫描信号 18Hz扫描信号及外扫描信号 二是基带信号或微分信号 三是扫描信号和基带信号的合成信号 这三种测试信号供仪器内部作扫频振荡器的扫描信号和调制信号用 以及在面板上输出供测试调制器时使用 2 中频扫频振荡器中频扫频电压由调频振荡器和扫频振荡器差拍构成 其中 调频振荡器输出的是被基带频率调制了的高频信号 所以通过差拍产生的70MHz 35MHz 或140MHz 35MHz 信号 应为被基带信号调频了的宽带扫频信号 3 中频接收单元 跟踪式自动频率控制电路它的作用相当于一个标准鉴频器 从扫频信号中将微分信号解 调出来 此标准鉴频器引进的群时延 线性失真均很小 工作正常时面板上的自动频率控制指示灯发亮 幅频特性检波回路它的作用是检出从被测设备输出的70MHz 或140MHz 扫频信号幅度的包络曲线 以观察被测设备的 幅度 频率 特性 测回波损耗电路它由两部分构成 一是 反射桥 二是外差测试电路 反射桥是由三个75 标准电阻与被测部件构成的平衡桥路 被测部件通过面板的端口接入 出于桥体本身不能做到完全平衡 所以回波损耗的测试范围被限制在50dB以下 频标形成电路它的中心频标为70MHz 或140MHz 另外还有1MHz 5MHz 10MHz的梳 状频标 它们都由晶体控制 因此准确度较高 由于各种频标形成电路不同 所以频标的高度不一样 在荧光屏上看起来容易辨别 4 基带接收单元基带接收单元由基带信号的幅度检波和相位检波两部分构成 前者供微分线性及微分增益测试用 后者供群群时延及微分相位测试用 为了进行相位检波 相位检波器必须有一个基准相位 该机采用