微波實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)二 駐波系數(shù)的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?理解測量大、中電壓駐波比的原理和常用方法。2掌握用直接法測量小駐波比的方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測量無耗小駐波比微波元件的電壓駐波比。四、基本原理：圖2.1 直接法測電壓駐波比方框圖微波元件的電壓駐波比是傳輸線中電場最大值與最小值之比，表示為 （2.1） 1 直接法該方法適用于測量中小電壓駐波比。當(dāng)駐波系數(shù)不大于6時(shí)，可直接沿測量線測量駐波最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的場強(qiáng)得到，故稱為直接法。直接法測電壓駐波比方框圖如圖2.1所示。被測器件接在測量線的終端，這時(shí)測量線中電場的縱向分布如圖。當(dāng)

2、測量線的探針沿縱向移動時(shí)，波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)指示電表讀數(shù)分別為Umax和Umin。晶體二極管為平方律檢波時(shí)，則有： （22）當(dāng)駐波比1.05<<1.5時(shí)，Umax和Umin相差不大，且波腹和波節(jié)平坦，難以準(zhǔn)確測定。為了提高測量精度，可移動探針測出幾個(gè)波腹和波節(jié)的數(shù)據(jù)，然后取平均值。 （2.3）當(dāng)駐波比1.5 <<6時(shí)可直接讀出場強(qiáng)最大值和最小值。2功率衰減法功率衰減法適用于測量大、中電壓駐波比（>6）。當(dāng)測量線的駐波比大于6時(shí)，駐波最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的場強(qiáng)相差很大。如果在最小點(diǎn)，檢波晶體的輸出能使指示電表有足夠大的偏轉(zhuǎn)，那么，在最大點(diǎn)，檢波晶體的檢波特性將從平方律變成直線律

3、。若減小微波的輸入電平，則最小點(diǎn)的讀數(shù)又太小，不易測準(zhǔn)，且易受零點(diǎn)漂移的影響，故在這種情況下用直接法測量的誤差較大。下面簡要介紹功率衰減法的原理。它可用精密可變衰減器測量駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)兩個(gè)位置上的電平差。改變測量系統(tǒng)中精密可變衰減器的衰減量，使探針位于駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)時(shí)指示電表的讀數(shù)相同，則駐波比可用下式計(jì)算： （2.4）Amax和Amin分別表示精密衰減器衰減量的分貝值。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1微波測試系統(tǒng)調(diào)整（1）檢查測試系統(tǒng)，測量線終端接匹配負(fù)載，開啟電源，預(yù)熱各儀器。（2）按操作規(guī)程使信號源工作在方波調(diào)制狀態(tài)，并獲得最佳輸出。（3）調(diào)整測量線，調(diào)諧探針電路，使測量線工作在最佳工作狀態(tài)。調(diào)整輸入電

4、平，使晶體管工作在平方律檢波范圍內(nèi)。2 用直接法測量開口波導(dǎo)及單螺釘?shù)碾妷厚v波比（1）測量線終端開口，移動探針至駐波腹點(diǎn)，調(diào)整指示器靈敏度，使指示電表讀數(shù)達(dá)到滿度。（2）分別測定駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的幅值Umax和Umin，并列表記錄數(shù)據(jù)。（3）測量線終端接單螺調(diào)配器和匹配負(fù)載，單螺釘穿伸度約2.5mm。重復(fù)步驟（1）、（2）,并測量兩次，記錄數(shù)據(jù)。六、數(shù)據(jù)處理直接法測量駐波系數(shù)改變駐波測量線位置，測量最大電壓最小電壓各三次。計(jì)算中：。（1）開路負(fù)載表6-1 開路負(fù)載測量數(shù)據(jù)組數(shù)123平均值Umax（uV*10）82838182Umin（uV*10）33323031.671.571.611.641.

5、61（2）匹配負(fù)載表6-2 匹配負(fù)載測量數(shù)據(jù)組數(shù)123平均值Umax（uV*10）31.531.631.431.5Umin（uV*10）30.230.829.730.21.0201.0131.0281.020（3）失配負(fù)載VSWR1.5表6-3 失配負(fù)載測量數(shù)據(jù)（VSWR1.5）組數(shù)123平均值Umax（uV*10）71.572.172.271.93Umin（uV*10）3636.236.836.31.411.411.401.41（4）失配負(fù)載VSWR7表6-4 失配負(fù)載測量數(shù)據(jù)（VSWR7）組數(shù)123平均值Umax（uV*1）77.578.277.877.83Umi/uV*0.129.230

6、29.629.65.155.115.135.13七、結(jié)果分析（1） 開路負(fù)載由可得反射系數(shù)(0)=1,則開路的駐波系數(shù)為，然而通過測量計(jì)算出的開路駐波系數(shù)并不是無窮大。對于開路情況，信號源發(fā)出的微波未被反射，所測到的就是原始波的駐波比。（2） 在匹配情況下，入射波與反射波干涉相消而使駐波比為 1，這時(shí)為行波，但實(shí)際情況，指針會出現(xiàn)微小的擺動，這可能是由于反射波沒有全部被吸收。（3）由于實(shí)驗(yàn)儀器的不精確，操作的不規(guī)范以及測量和計(jì)算誤差，失配負(fù)載的駐波系數(shù)與標(biāo)稱的值也存在一定的誤差。（具體誤差由于暫時(shí)不清楚實(shí)驗(yàn)儀器標(biāo)注沒算）（4）調(diào)諧的過程就是減小探針反射對駐波圖形影響和提高測量系統(tǒng)靈敏度的過程，

7、是減小駐波測量誤差的關(guān)鍵，必須認(rèn)真調(diào)整。實(shí)驗(yàn)三 阻抗的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握用測量線測量阻抗的原理和方法。2進(jìn)一步掌握阻抗圓圖的用法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1調(diào)整微波測試系統(tǒng)2測量阻抗四、基本原理：微波元器件或天線系統(tǒng)的輸入阻抗是微波工程中的重要參數(shù)，因而阻抗測量也是重要內(nèi)容之一，本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)用測量線測量單端口微波元件輸入阻抗的方法。 根據(jù)傳輸理論，傳輸系統(tǒng)中駐波分布與終端負(fù)載阻抗直接有關(guān)，表征駐波特性的兩個(gè)參量，駐波比及相位與負(fù)載阻抗的關(guān)系： (3.1) 圖3.1 電壓與相位的關(guān)系圖3.2 等效截面法上式左端為歸一

8、化負(fù)載阻抗，即單端口微波元件的輸入阻抗，為駐波比。 n 是終端負(fù)載至相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的距離，參照圖3.1。因而只需在測量線的輸出端接上待測元件，分別測定駐波比，波導(dǎo)波長及距離，即可用上式或阻抗(或?qū)Ъ{)圓圖計(jì)算待測元件的輸入阻抗(或輸入導(dǎo)納)。 實(shí)際測量中常用“等效截面法”。首先讓測量線終端短路，沿線駐波分布如圖3.2(a)所示，因而移動測量線探針可測得某一駐波節(jié)點(diǎn)位置，它與終端距離為半波長的整數(shù)倍n g/2(n=1,2,3)，此位置即為待測元件輸入端面在測量線上的等效位置T。當(dāng)測量線終端換接待測負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的駐波分布如圖3.2(b)所示，由測量線測得左邊(向波源方向)的相鄰駐波節(jié)點(diǎn)位置即為終端相

9、鄰駐波節(jié)點(diǎn)的等效位置。所以n (3.2)由公式 (3.3)可以計(jì)算待測元件的輸入阻抗ZL，下圖為導(dǎo)納圓，A點(diǎn)的讀數(shù)即為待測元件的歸一化導(dǎo)納，B點(diǎn)的讀數(shù)即為歸一化阻抗,如圖3.3所示。 圖3。3 歸一化阻抗圓圖圖5.3 歸一化阻抗圓圖 圖3。4 實(shí)驗(yàn)裝置圖五、實(shí)驗(yàn)步驟：1 調(diào)整微波測量系統(tǒng) n （1）測量線輸出端接匹配負(fù)載，調(diào)整測量系統(tǒng)。n （2）測量線終端換接短路板，用交叉讀數(shù)法測量波導(dǎo)波長并確定位于測量線中間的一個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置，記錄測量數(shù)據(jù)。2測量電感(或電容)膜片及晶體檢波器輸入阻抗n （1）取下短路板，測量線輸出端接“電感（或電容）膜片+負(fù)載匹配”測出，左邊相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的位置，計(jì)算，記錄測

10、量數(shù)據(jù)。 （2）用微波衰減器調(diào)整功率電平，使測量線探頭晶體處于平方律檢波范圍。用直接法測量駐波比，記錄數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)， ，應(yīng)用導(dǎo)納圓圖計(jì)算“電感(或電容)膜片+負(fù)載匹配”的歸一化導(dǎo)納。六、數(shù)據(jù)處理（1）f=9.382GHz （2）尋找波腹點(diǎn)，并計(jì)算表6-1 極小點(diǎn)兩旁位置的點(diǎn)極小點(diǎn)兩旁位置的點(diǎn)Z1Z2Z3Z4位置L（mm）87.292.5109.6114.9（mm）101.6107.8U(uV)Umax28Umin6下面計(jì)算波導(dǎo)阻抗：1） 直接代入公式2） 利用Smith導(dǎo)納圓圖求解七、結(jié)果分析無論是測量還是調(diào)匹配，首先要把衰減調(diào)到一個(gè)合適的值，使得電壓倍率最小，這樣分辨率高，當(dāng)然調(diào)匹配更難

11、，其次指針偏轉(zhuǎn)在1/2-2/3表盤，便于讀數(shù)。這樣之后測量更加精確，匹配更加穩(wěn)定。否則在大量程下已調(diào)匹配，換了更高分辨率（小量程）后就不出現(xiàn)匹配現(xiàn)象了。在調(diào)節(jié)匹配過程中，我們先移動測量線探針找到并記下波節(jié)點(diǎn)位置，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)測量線調(diào)到波腹點(diǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點(diǎn)有所下降，波節(jié)點(diǎn)有所上升，直至波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)相差不大時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時(shí)用測量線跟蹤駐波大小，直至實(shí)現(xiàn)匹配。 實(shí)驗(yàn)四 波長和頻率的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解幾種常用的測量頻率和波長的儀器。2掌握測量頻率和波長的基本原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1

12、測量微波信號的頻率2測量微波信號的波長四、基本原理：微波信號源選頻放大器頻率計(jì)可變衰減器測量線可變電抗隔離器 圖4.1 實(shí)驗(yàn)裝置圖 頻率是微波測量的基本參量之一。從原理上說，波長的測量與頻率的測量是有區(qū)別的，前者歸結(jié)為長度的測量，后者歸結(jié)為時(shí)間的測量。根據(jù)諧振腔的諧振選頻原理可知，單模諧振腔的諧振頻率決定于腔體尺寸，得用調(diào)諧機(jī)構(gòu)的位置對諧振腔進(jìn)行調(diào)諧，使之與待測微波信號發(fā)生諧振，就可以根據(jù)諧振時(shí)調(diào)諧機(jī)構(gòu)的位置，判斷腔內(nèi)諧振的電磁波的頻率。這就是諧振式頻率計(jì)的基本原理。本實(shí)驗(yàn)將頻率計(jì)采用吸收式接法。當(dāng)產(chǎn)生諧振時(shí)，諧振腔最大程度的獲取功率，使得輸出幾乎為0，這樣從指示器上可以觀察其諧振或失諧的情況

13、，從而讀出頻率計(jì)上指示的讀數(shù)。 根據(jù)傳輸線原理，鄰近兩個(gè)腹點(diǎn)或兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離為半波長，這樣可根據(jù)選頻放大器上顯示的相鄰腹點(diǎn)，從測量線上直接讀出波長。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1微波頻率的測量（1）按圖4.1所示的框圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）將檢波器及檢波指示器接到被測件位置上。（3）用頻率計(jì)測出微波信號源的頻率。旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)的測微頭，當(dāng)頻率計(jì)與被測頻率諧振時(shí)，將出現(xiàn)吸收峰。反映在檢波指示器上的指示是一跌落點(diǎn)(參見圖4.2），此時(shí)，讀出頻率計(jì)測微頭的讀數(shù)，再從頻率計(jì)頻率與刻度曲線上查出對應(yīng)的頻率。檢波指示器指示I 諧振點(diǎn) 頻率計(jì)測微頭刻度 圖4.2頻率計(jì)的諧振點(diǎn)曲線 2 波導(dǎo)波長的測量：（1）接開路阻抗，其可

14、變電抗的反射系數(shù)接近1，在測量線中入射波與反射波的疊加為接近純駐波的圖形，如圖4.3所示，只要測得駐波相鄰節(jié)點(diǎn)的位置L1、L2，由，即可求得波導(dǎo)波長g。（2）接短路阻抗。測量駐波相鄰腹點(diǎn)的位置L1、L2，由，即可求得波導(dǎo)波長g。六、數(shù)據(jù)處理（1）第一次測量（接VSWR1.5）表6-1 失配負(fù)載VSWR1.5下的波長測試數(shù)據(jù)組數(shù)12(mm)Lmax(mm)90.3113.446.2Lmin(mm)101.7123.243.0(mm)45.639.2(mm)42.4（2）第二次測量(接VSWR7)表6-1 失配負(fù)載VSWR1.5下的波長測試數(shù)據(jù)組數(shù)12Lmax(mm)91.6119.255.1Lmin(mm)103.2131.456.3(mm)46.448.8(mm)47.6（3） 測試說明：上一實(shí)驗(yàn)在測量駐波系數(shù)的過程中，測量最大、最小電壓時(shí)同時(shí)讀取了L的數(shù)據(jù)，選取失配負(fù)載兩組數(shù)據(jù)。測量過程中，從小到大一個(gè)方向增加，只測了兩組。（4） 計(jì)算說明Lmax表示取Emax時(shí)對應(yīng)線上讀數(shù)，單位mm；Lmin表示取Emin時(shí)對應(yīng)線上讀數(shù)，單位mm。1） 縱向：分別對1，2組數(shù)據(jù)求波長，再平均，也即是：。2）橫向：利用3項(xiàng)逐差法，分別用Lmax和Lmin波節(jié)點(diǎn)的的具體求波長，代入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯