南昌大学微波实验报告1

实验报告

实验课程：微波技术与天线

学生姓名：严旭

学号：6100211127

专业班级：卓越111班

2014年6月16日

目录

实验一微波测量系统的认识及功率测量

实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算

实验一微波测量系统的认识及功率测量

一、实验目的

熟悉基本微波测量仪器；

了解各种常用微波元器件；

学会功率的测量。

二、实验原理

基本微波测量仪器

微波测量技术

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

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）。

微波测量方法

包括点频测量、扫频测量和时域测量三大类：

点频测量：信号只能工作在单一频点逐一进行测量；

扫频测量：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：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。

微波测量系统

由微波信号源、调配器/衰减器/隔离器、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

SEQ图\*ARABIC

1

微波测量系统

常用微波元器件

实验室里常见的几种元器件：

检波器

E-T接头

H-T接头

双T接头

波导弯曲

波导开关

可变短路器

匹配负载

吸收式衰减器

定向耦合器

隔离器

功率测量

按图1所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。

三、实验数据及处理

表格

SEQ表格\*ARABIC

1

衰减器位置/mm

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

功率计读数/mW

6.40

6.33

6.25

6.12

5.84

5.19

4.43

3.39

衰减器位置/mm

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

功率计读数/mW

2.24

1.64

1.04

0.61

0.34

0.14

0.05

0.01

图

SEQ图\*ARABIC

2

衰减器指示与功率指示关系曲线

实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算

一、实验目的

学会微波测量线的使用；

学会测量微波波导波长和信号源频率；

分析和计算波导波长及微波频率。

二、实验原理

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。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。

测量线的调整

测量线组成

由一段开槽传输线、探头、传动装置三部分组成；

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）。

晶体检波器的工作原理

在微波测量系统中，送至指示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。

晶体二极管特性

二极管的电流I与检波电压U的一般关系为：I=CUn。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。

弱信号工作情况下，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，其相对电压按正弦律分布，即：

（d为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，λg为传输线上波长。）

传输线上晶体检波电流的表达式为：

根据上式得到晶体检波器的校准曲线：

图

SEQ图\*ARABIC

3

晶体检波器的校准曲线

波导波长的测量原理（测量线的基本测量原理）

原理

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便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。

测量

测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4…

计算波导波长：

计算工作波长：

λc为截止波长。一般波导工作在主模状态，其λc=2a。（波导型号为BJ-100，其宽边为a=22.86mm。）

信号源工作频率：

三、实验步骤

开通测试系统

连接微波测量系统，终端接上短路负载；

打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减器调整到合适位置；

调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大）。

波导波长测量

从负载端开始旋转测量线上整个探头位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录zmin0；

继续旋转探头，得到一组指示最小点位置z1，z2，z3，z4，反复测3次，记入表1；

计算出波导波长λg，λ，f；

用频率计测量信号源工作频率；

对比工作频率的实际测量结果和计算值。

四、数据记录及处理

探针初始位置zmin0=78.10mm

表格

SEQ表格\*ARABIC

2

位置读数

测量次数

Z1(mm)

Z2(mm)

Z3(mm)

1

101.30

123.80

146.10

2

101.10

123.70

146.00

3

101.20

123.60

145.90

=101.20mm=123.70mm=146.00mm

表格

SEQ表格\*ARABIC

3

测量频率

(GHz)

9.39

9.40

9.39

=48.15mm

=33.15mm

f=9.05GHz

=9.423GHz

Δf=0.37GHz

实验三微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算

一、实验目的

学会驻波比的测量、分析和计算；

学会反射系数的测量、分析和计算；

学会输入阻抗的测量、分析和计算。

二、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。

驻波比及反射系数的测量

驻波比

在平方律检波，即n=2时

在n≠2时

终端复反射系数

模值|Γl|

相位φl

终端负载阻抗：

其中，

三、实验步骤

等效参考面的选取与波导波长的测量

连接微波测量系统，终端接上短路负载；

打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减器调整到合适位置；

调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大）；

终端接短路片，从负载开始，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zmin0；

测出波导波长。

驻波比测量

终端接待测负载，探针从zmin0开始向信号源方向旋转，依次得到指示最大值和最小值三次，记录相应的读数，即得相应的Imin和Imax；

反射系数的测量

终端接上待测负载，探针从zmin0开始向信号源方向旋转，记录波节点的位置zmin。

四、实验数据及分析

zmin0=79.10mm

表格

SEQ表格\*ARABIC

4

位置读数/mm

测量次数

Z1

Z2

Z3

1

101.00

124.00

145.70

2

101.00

124.01

145.60

3

101.00

123.09

145.80

表格

SEQ表格\*ARABIC

5

指示表读数/uA

测量次数

Imin

Imax

1

2.53

42

2

2.50

40

3

2.53

43

表格

SEQ表格\*ARABIC

6

位置读数/mm

测量次数

Zmin1

Zmin2

Zmin3

1

91.6

114.0

135.4

2

91.5

114.3

135.3

3

91.7

114.1

135.5

ρ=4.07

|Γl|=0.61

=44.37mm

φl=5.26π

λ=23.08mm

ZTE10=139.53π

β=86.66π

Zl=139.53π*(4.23+j3.056)

实验四微波网络参数的测量、分析和计算

一、实验目的

理解可变短路器实现开路的原理；

学会不同负载下的反射系数的测量、分析和计算；

学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的[S]参数。

二、实验原理

[S]参数

测量方法

三点测量法；

测量原理

对于互易双口网络有S12=S21，故只要测量求得S11、S12及S21三个量就可以。

图

SEQ图\*ARABIC

4

双口网络

设终端接负载阻抗Zl，令终端反射系数为Γl，则有：a2=Γlb2,代入[S]参数定义式得：

于是输入端处的反射系数为：

解出：

在实际测量中，由于波导开口并不是真正的开路，故一般用精密可移动短路器实现终端等效开路（或用波导开口近视等效为开路），如图所示。

图

SEQ图\*ARABIC

5

三、实验步骤

将匹配负载接在测量线终端，并将测量线调整到最佳工作状态；

将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针位置，使选频放大器指示为零，此时的位置即为等效短路面，记作zmin0；

接上可变短路器，在探针位置zmin0处，调节可变短路器使选频放大器指示为零，记下可变短路器的位置l1；

继续调节可变短路器，使选频放大器再变为零，再记下可变短路器位置l2；

接上待测网络，终端再接上匹配负载，测此时反射系数Γm；

终端换上可变短路器，并将其调到位置l1，测得此时的反射系数Γs；

将可变短路器调到等效开路位置l0=(l1+l2)/2，测得此时的反射系数Γo；

计算[S]参数。

四、实验数据及处理

Zmin0=79.10mml1=5.71mml2=24.71mm

参数

测量次数

Imin/uA

Imax/uA

Zmin1/mm

匹配

1

8.54

8.54

\

2

8.54

8.54

\

3

8.54

8.