实验1微波测试系统的认识与调试

1、实验一 微波调试系统的认识与调试【实验目的】 1.了解微波测试系统.2. 熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构原理和使用方法；【实验内容】1. 观看按图11和图12装置的微波测试系统。了解微波测量的几种方法。 2. 观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要特性及使用方法。 【实验原理】一、 微波测试系统微波测试系统通常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（2cm波段以下）；波导系统（常用举行波导）损耗低、功率容量大，一般用在较高频段（厘米波直至毫米波段）。微波测试系统通常由三部分组成，如图12所示。图12微波测试系统（1） 微波发送部分（等效电源部分），主

2、要包括微波信号源、衰减器、隔离器、有的还附加了功率、频率监测单元。2 / 10信号源是微波测试系统的心脏。测量技术要求具有足够的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。功率和频率监测单元是由定向耦合器取出一小部分能量，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（测量电路部分），主要包括驻波测量线、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（晶体检波器、功率计探头等）。（3）指示器部分（测量接收器），指示器是显示测量信号特性的仪器，如直流微安表、选频放大器（或测量放大器）、示波

3、器、功率计、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，测量系统就可简化如图13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。图13 微波测试系统简化框图二、主要微波测量线和频率计的原理结构和使用方法（4）驻波（开槽）测量线【仪器简介】驻波测量线用于微波波段测量电压驻波比、波长及阻抗等参量。主要组成部分有：开槽传输线段（按开槽线段截面形状可分为同轴测量线和波导测量线）、探头装置（包括探针、检波晶体和调谐器）以及传动机构和位置测量装置。探针有传动机构带动，沿开槽线的槽缝平稳移动，检取开槽线中的高频能量，经晶体检波后送至指示器。此指示器的读数与对应位置处的电场或功率成

4、正比（视晶体检波律而言）。随探针沿槽缝移动，可测得电场幅值沿线分布，从而确定系统的驻波、阻抗等参量。测量线结构简单，用途广泛，是微波测量中最基本的仪器之一。因受开槽传输线段工作频率的限制，目前国内同轴测量线的最高工作频率达18GHz，波导测量线可以工作到110GHz。实验室现有开槽测量线1台，型号HD-LIT2。其工作频率8.2GHz12.4GHz。其工作原理示意图如下图示。当测量线接入测试系统时，在它的波导中就建立起驻波电磁场。而驻波电场在波导宽边正中央最大，沿轴向成周期函数分布。在矩形波导的宽边中央于轴向方向开一条狭槽，并且深入一根金属探针，则探针与传输波导电力线平行耦合的结果，必然得到感

5、应电压，它的大小正比于该处的场强，交流电流在同轴线组成的探针电路内，由微波二极管检波后把信号加到外接指示器，回到同轴线外导体成一闭合回路。因此指示器的读书可以简接表示场强的大小。【使用方法】 按下图接好测试系统，（工作时）必须预热1530分钟，如使用固定衰减器做隔离衰减时，衰减量应在10dB以上，信号源的驻波比应1.2以保证信号源的稳定度。指示器可以用测量放大器或选频放大器，按照信号源是否方波调制而定。如果使用百分表测量，而受外接器件的碰撞，则在测量线前信号源端加接延伸空波导。信号源调节稳定后，将测量线检波头的探针穿伸尽可能小，在灵敏度不够的情况下，增加探针的传输度，以减少探针分流电导引起的测

6、量误差为前提。 调节检波头活塞，以改变活塞位置，找一个最佳的谐振点，使输出信号最大。调谐时要注意移动检波座的探针在驻波腹点附近，因位于节点时输出灵敏度太低。（2）频率计（波长表）【仪器简介】频率计是利用谐振腔来测量信号频率的器件。一般频率计是用同轴或圆波导做谐振腔的。圆柱体谐振腔相当于一段两端短路的圆波导，在谐振腔中根据激励的方式和空腔的几何尺寸不同，可以激励起不同的波型。在设计频率计时，谐振腔中只允许存在一种波型。圆柱形谐振腔由于具有较高的品质因数，且结构坚固并易于加工等优点，因而得到广泛的应用。谐振腔的长度可以由活塞来调节，腔底由耦合孔与主波导相连，把波导中能量耦合进来。图 PX16频率计

7、结构示意图实验室现有PX16空腔频率计1台，采用的是工作于T111波型，其工作频率8.2GHz12.4GHz，它是由位于波导宽边上方的圆柱谐振腔构成，圆柱腔底部有一小孔，结构如下图所示。移动短路活塞，使腔长正好等于信号频率T111波型的半波长整数倍（即l=n.g/2）,腔内振荡达到最强，称为谐振。其谐振曲线与低频LC回路谐振曲线一样。这时腔内抖动电磁场无论在腔的横向还是纵向均处于纯驻波状态。当谐振腔失谐时（即当腔体尺寸稍一偏离谐振尺寸时，振荡就明显减弱，这时称之为失谐），波导内传输的能量不进入谐振腔。腔体与信号频率谐振时，腔内电磁能量达到最大值。由于腔体尺寸与谐振时的谐振频率有严格的对应关系，

8、所以就把腔的一端做成可移动的活塞，使它能精密地改变腔体长度使之与信号频率相谐振，这样就可以按谐振时活塞的位置和预先的定度曲线测出信号源的振荡频率。目前比较新式的频率计，可以通过腔体表面附加的刻度值直接读出振荡频率，即信号源工作频率。频率计的指示分为：通过式和吸收式。通过式：在谐振腔适当的位置开口，将腔内能量耦合出来并加以显示。当谐振腔与信号源频率谐振时，代表的指示值最大；反之，失谐时指示减小到零。这种方式由于结构复杂，一般不采用。吸收式：频率计本身没有指示器，其谐振腔内能量的大小通过频率计后的主波导所接的指示器来显示。当信号源与谐振腔谐振时，主波导中相当一部分能量被耦合到频率计的谐振腔内，因此

9、电表指示明显下降。电表指示最小时，频率计所对应的频率为信号源工作频率。PX16是吸收式频率计，由于检波器检测的信号在选频放大器上指示是固定的；当谐振腔谐振时，由于波导中传输的能量通过耦合孔被谐振腔大量吸收而导致波导内传输能量减小，使选频放大器指示下降到最小，根据频率计谐振装置的刻度，即可直接读出相应的频率。无论通过式还是吸收式，它们没本质的区别，只是一种现象描述角度的不同。频率计的频率分辨率主要取决于谐振腔的品质因数Q值，Q越大，谐振曲线越尖锐，因而频率分辨率越高。频率分辨率越高，谐振点就越难找，所以在进行实验时，一定要缓慢地调活塞螺旋，仔细地观察电表指示数的变化。只有这样才能得到准确的结果。频率计实物图【实验报告要求】学习完实验原理后请回答下面思考题：1. 对于微