微波实验课件

1、微波振荡器是产生微波的装置。由于微波波长很短，频率很高（300MHz300GHz），要求振荡回路具有非常微小的电感与电容，故不能用普通电子管与晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。下面只介绍速调管（一）反射式速调管反射式速调管是一种微波电子管，利用速度调制方法改变在交变电磁场中电子流的运动速度，从而将直流能量转换为微波能量。它的振荡频率能在一定的范围内改变，且容易调谐，并能做脉冲和频率调制。反射速调管的结构如图：反射式速调管的结构原理图反射式速调管K-27的结构和管座图 阴极发射电子经直流加速电压加速，以初速度v。通过谐振腔栅网间隙驰向反射极。因反射极对阴极

2、为负电压，所以使电子减速，最后将发射电子折返穿过谐振腔栅网。由于热扰动等原因，谐振腔栅网存在一高频交变场,初速为v。的电子穿过栅网时将因受高频电场作用而加速或减速，如图所示。 当高频电场为正时，穿过栅网的 电子 受到加速；高频场为负时， 穿过栅网电子 受到减速；而高 频场为零时，穿过栅网的电子 速度不变，这就是速度调制。当电子群回到谐振腔栅网间隙的时候，遇到腔内减速高频场就可把能量交给高频场，从而使速调管维持振荡。当群聚中心电子从穿出栅网到返回栅网的渡越时间满足式0()(，)时,发生最强的振荡，式中为高频振荡周期，为振荡模式，受反射级电压大小控制。（二）微波检波二极管微波系统中常用硅材料的二极

3、管对输出信号进行检波，将微波二极管（检波晶体）插入波导宽壁中，使它对波导两宽壁间的感应电压（与该处电场强度成正比）进行检波。其伏安特性中电流与电压的关系式中：比例常数二极管的检波率检波二极管的伏安曲线可分二段来考虑nukIkn(a)小信号段：曲线呈非线性n=2（称：平方律检波）(b)大信号段：曲线近似直线n=1（称：线性检波）（三）矩形波导 波导管是引导电磁波传播的空心金属管，一般是由铜或铝等良导体材料制成，内表面渡银后可提高导电率，银层上再渡铑或金可防止银层氧化。波导管的加工非常精密，内表面光洁度要求很高，能避免电磁波多次反射而产生的高次寄生波。常用的有矩形和圆形两种。矩形波导的宽边定为X方

4、向，内尺寸用a表示，窄边定为y ，内尺寸用b表示，电磁波是沿z方向传播。为方便对波导内场型的了解，通常将x、y方向称为“横向”，z方向称为“纵向”。a与b的数值一般取：三公分的矩形波导内尺寸应为：（四）隔离器微波隔离器是一种特殊的衰减器，隔离器对入射波的衰减很小，对反射波的衰减则很大，两者之比值称为“隔离度”。使用隔离器目的在于减小因负载阻抗变化对振荡频率带来的影响。一般在矩形波导的横向加上恒定磁场，7 . 0a)35. 03 . 0(bmmmmba16.1086.22放置在波导横向的铁氧体片恰好能与反射波产生铁磁共振，继而抑制了反射波，而入射波不会产生这种共振吸收。但在做成器件后，隔离器对入

5、射波也会产生一些正向衰减，约为1dB，对反射的反向衰减则大于20dB。使用时务需认清箭头方向以免装错。（五）可变衰减器 可变衰减器可被用来连续改变传输线路中的功率电平，也可当作振荡器与负载之间的去耦器件。在矩形波导内安置的吸收片应平行于电场的极化方向，并能做横向的移动。通常，在不需要做功率衰减时，吸收片是紧帖在波导管窄壁上。吸收片移到宽边中央时，功率衰减最大，吸收片移动的位置可由衰减器上方刻度盘中显示出来。可变衰减器刻度盘上的读数与衰减量之间的关系可用功率计测定。（六）测量线微波测量线是一种通用的微波测量仪器。对微波信号 的检测中虽然可以在输出波导管 的后部装接检波器或功率计等器 件，但这些负

6、载在接入终端后驻 波比的改变是在四周封闭的波导 管内无法检测到的。为解决这一问题，必需在矩形波导管宽边中央，沿波导轴向开启一个能使耦合探针移动的长槽。检波头的探针越槽伸入波导内，并由传动机构带动着沿槽移动。波导中的高频信号经探针耦合后，再经测量线内部检波二极管检波，就能输出一个与场强相对应的信号。一、微波测试系统的认识与调试一、微波测试系统的认识与调试1、了解微波测试系统（如上图）等效电源部分(即发送器) 测量装置部分(即测量电路) 指示器部分(即测量接受器) 2、直观了解反射式速调管振荡器特性。A、按正确步骤开启电源，改变反射极电压，观测速调管的各个振荡模（要求：VR从-300V变化到-58

7、0V）。描绘草图，注明各个振荡模的峰值以及始点、峰值和终点所对应的反射极电压值。B、逐点测量速调管最佳振荡模的功率P和反射极电压VR的关系曲线，以及频率和反射极电压VR的关系曲线。缓慢调谐直读式频率计，仔细观察功率计的变化，当指针出现一突降，频率计在指针最小偏转时的读数即为速调管振荡源的工作频率，记录频率计的读数。随即使频率计失谐。注意事项：1、将速调管电源置预热位置，预热至分钟。谐振腔电压300），此时mA表上示出谐振腔电流。2、反射速调管工作在等幅振荡时，应避免反射极电压为零值,以延长管子的使用寿命。3、实验完毕，应首先切断反射速调管谐振腔电压，然后断开电源电压。 二、二、测量线调整与晶体

8、检波器校准测量线调整与晶体检波器校准1、熟悉测量线的使用方法。(1)驻波测量线的调整(2)波长测量测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。后者是用驻波测量线测量，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。. 2、掌握校准晶体检波器特性的方法。 在测量驻波比时，驻波波腹和波节的大小由检波晶体的输出信号测出。晶体的检波电流I和传输线探针附近的高频电压E的关系必须正确测定。根据检波晶体的非线性特征，可以写出I=k1En(1)令驻波测量线终端短路，此时沿线各点驻波振幅与终端距离的关系为E = Emsin2l/g E/Em= sin2l/

9、g 得 =K” sin2l/g n 按E/Em和随d的变化规律,即可做出下图 在 g /4范围内移动探针,使其偏离驻波节点不同位置l,选取场强相对值 Isin2d/g I=0.1,0.2,0.3,1.0,各点读取指示电表读数,即能做出 sin2d/g 关系曲线,也就是晶体二极管定标曲线g max/ EdE dI maxmaxEdEfIdI dkEdIn nEdEIdI maxmax maxmaxlglgEdEnIdI maxmaxlglgEdEIdIn 三、观察波导管的工作状态三、观察波导管的工作状态则, 当驻波比1.051.5 驻波的最大值和最小值相差不大,且波腹和波 节平坦,难以准确测定.为了提高测量精确度, 可移动探针测出几个波腹和波节点的数据,然后取平