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文档简介

1、微波技术实验指导书目录实验一 微波测量仪器认识及功率测量1实验二 测量线的调整与晶体检波器校准2实验三 微波驻波、阻抗特性测量5 实验一 微波测量仪器认识及功率测量实验目的(1) 熟悉基本微波测量仪器;(2) 了解各种常用微波元器件;(3) 学会功率的测量。实验内容一、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支,也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。微波信号特性参量主要包括:微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量(如反射系数、驻波比)和传输参量(如S参数)。测量的方法有:点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点

2、频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量;扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性,如加上自动网络分析仪,则可实现微波参数的自动测量与分析;时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量,从而得到瞬态电磁特性。图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统二、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多,下面主要介绍实验室里常见的几种元器件:(1)检波器 (2)E-T接头 (3)H-T接头 (4)双T接头 (5)波导弯曲 (6)波导开关 (7)可变

3、短路器 (8)匹配负载(9)吸收式衰减器 (10)定向耦合器 (11)隔离器三、功率测量在终端处接上微波小功率计探头,调整衰减器,观察微波功率计指示并作相应记录。微波元器件的认识螺钉调配器E-T分支与匹配双T波导扭转匹配负载波导扭转实验总结:在实验中我们认识了各种的微波元器件,让我们更好的理解课本上的知识,更是为了以后的实验做了准备。实验二 测量线的调整与晶体检波器校准实验目的(1) 学会微波测量线的调整;(2) 学会校准晶体检波器特性的方法;(3) 学会测量微波波导波长和信号源频率。实验原理进行微波测量,首先必须正确连接与调整微波测量系统。图1-1 示出了实验室常用的微波测试系统。系统调整主

4、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。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。1 测量线的调整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,可测驻波、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。为了减少其影响,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的探针深度调整和耦合输出匹配(即调谐探头)。2 晶体检波器的校准曲线在微波测量系统中,送至指示

5、器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流,指示器的读数是检波电流的有效值。在测量线中,晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的,因此要准确测出驻波(行波)系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。晶体二极管的电流I 与检波电压U 的一般关系为 I=CU n (2-1)式中,C 为常数,n 为检波律,U为检波电压。检波电压U 与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律 n 随检波电压U 改变。在弱信号工作(检波电流不大于10 A)情况下,近似为平方律检波,即n=2;在大信号范围,n 近似等于1,即直线律。测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路,此时测量线上载纯驻波,其相对电

6、压按正弦律分布,即:式中 ,d 为离波节点的距离,Umax为波腹点电压,g 为传输线上波长。因此,传输线上晶体检波电流的表达式为根据式(2-3)就可以用实验的方法得到图2-1 所示的晶体检波器的校准曲线。 图 2-1 校准曲线3 波导波长的测量测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论,当负载与测量线匹配时测量线内是行波;当负载为短路或开路时,传输线上为纯驻波,能量全部反射。因此通过测量线上的驻波比,然后换算出反射系数模值,再利用驻波最小点位置zmin 便可得到微波信号特性和网络特性等。根据这一原理,在测得一组驻波最小点位置z1,z2,z3,z4 后,由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2,

7、这样便可通过下式算出波导波长。 由教材P48 ,工作波长与波导波长有如下关系: 式中,c 为截止波长。 一般波导工作在主模状态,其c =2a 。本实验中波导型号为BJ-100,其宽边为 a =22.86 mm ,代入上式计算出工作波长。于是信号源工作频率由下式求得: 另外,信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。实验步骤1 测量线的调整 将信号源设置在内调制状态,选择工作频率在10 GHz,将衰减器调整到合适位置。 先使探针调整至合适深度,探针深度既不能太深,影响波导内场分布,也不能太浅,否则耦合输出太弱。通常取1.0至1.5 mm 。然后开槽测量线终端接匹配负载,移动探针至测量线中间部位,调节

8、探头活塞使探针耦合匹配,直到输出指示最大。 反复调整输出衰减器、探针位置、探针耦合匹配、选频放大器灵敏度使测量线工作在最佳状态。2 晶体检波器的校准曲线 终端接短路片,在波节点和波腹点之间(见图2-2)等距离取10点,从波节点开始将探针逐次移动到d1,d2, , d10 ,并记录数据。 图 2-2 波腹波节点示意 以U 为横轴,I 为纵轴,将其对应数据画在坐标纸上,并连成曲线。此曲线即为晶体检波器的校准曲线。 3波导波长测量 按图1-1所示连接微波测量系统,将系统调整到最佳工作状态,终端接上短路片。从负载端开始旋转测量线上的探针位置,使选频放大器指示最小,此时即为测量线等效短路面,记录此时的探

9、针位置,记作zmin0 ; 继续旋转探针位置,可得到一组指示最小点位置 z1,z2,z3,z4 ; 则由式(2-4)计算出波导波长。 用频率计测量信号源工作频率:通过定向耦合器将一部分微波能量分配至频率测量支路,吸收式频率计连在定向耦合器和检波器之间。当吸收式频率计失谐时,微波能量几乎全部通过频率计,此时选频放大器指示最大。慢慢调节吸收式频率计,当调至频率计谐振状态时,一部分能量被频率计吸收,使选频放大器指示最小,此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率。可将测量结果与用波导波长换算的结果进行比较。实验三 微波驻波、阻抗特性测量实验目的(1) 学会驻波比的测量;(2) 学会反射系数的

10、测量;(3) 学会输入阻抗的测量。实验原理在任何的微波传输系统中,为了保证传输效率,减少传输损耗和避免大功率击穿,必须实现阻抗的匹配。描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。一、 驻波比及反射系数的测量由教材第一章微波传输线理论,传输线上的驻波比与波节点、波腹点的关系为 而终端复反射系数的模值|l| 与驻波比有如下关系: 终端反射系数的相位l 与节点位置zminn 有以下关系:根据波导主模特性阻抗 及测得的驻波比和第一波节点位置zmin1 可得终端负载阻抗为(参见教材P28): 其中, 。根据以上公式就可以利用测量线测得驻波比、复反射系数,进而算出输入阻抗和负载阻抗。实验步骤1 等效参考面的选取与波导波长的测量(1)将测量线调至最佳工作状态;(2)终端接短路片,从负载开始,旋转测量线上的探针位置,实现频繁大器指示最小,此时即为测量线等效短路面,记录此时的探针位置,

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