南昌大學(xué)微波天線實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀

1、學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)一微波測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試與功率測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解微波測(cè)量系統(tǒng)的組成及各部件的作用，正確使用實(shí)驗(yàn)儀器；（2）了解各種常用微波元器件；（3）掌握微波功率的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1. 基本微波測(cè)量?jī)x器微波測(cè)量技術(shù)是通信系統(tǒng)測(cè)試的重要分支，也是射頻 /微波工程中必備的測(cè) 試技術(shù)。它主要包括微波信號(hào)特性測(cè)量和微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量。微波信號(hào)特性參量主要包括：微波信號(hào)的頻率與波長(zhǎng)、電平與功率、波形與 頻譜等。微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括反射參量（如反射系數(shù)、駐波比）和傳輸參量（如S 參數(shù)）。測(cè)量的方法有：點(diǎn)頻測(cè)量、掃頻

2、測(cè)量和時(shí)域測(cè)量三大類。所謂點(diǎn)頻測(cè)量是信 號(hào)只能工作在單一頻點(diǎn)逐一進(jìn)行測(cè)量；掃頻測(cè)量是在較寬的頻帶內(nèi)測(cè)得被測(cè)量的 頻響特性，如加上自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀，則可實(shí)現(xiàn)微波參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量與分析； 時(shí)域 測(cè)量是利用超高速脈沖發(fā)生器、采樣示波器、時(shí)域自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀等在時(shí)域進(jìn)行 測(cè)量，從而得到瞬態(tài)電磁特性。圖1-1是典型的微波測(cè)量系統(tǒng)。它由微波信號(hào)源、頻率計(jì)、衰減器（隔離器）、測(cè)量線、檢波器、選頻放大器及小功率計(jì)、矩形波導(dǎo)、終端負(fù)載等組 成。禺】1彳融濁測(cè)鍛豢統(tǒng)YS1124信號(hào)源：?jiǎn)晤l9.37GHz,輸出功率50mW，有連續(xù)波信號(hào)和1kHz 方波調(diào)制信號(hào)兩種工作方式。該信號(hào)源輸出端口為FD-100標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭。PX

3、16頻率計(jì)：是利用微波圓柱諧振腔體制作而成的一種諧振吸收式波長(zhǎng) 表。當(dāng)吸收式波長(zhǎng)表與信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率共振時(shí)，將從電路中吸收最大 的量，系統(tǒng)中選頻放大器的指示達(dá)最小，此時(shí)在頻率計(jì)上圓柱諧振腔的固有頻率 與系統(tǒng)的工作頻率相同，從頻率計(jì)上直接讀出頻率f0值即為信號(hào)源的工作頻率。該頻率計(jì)測(cè)量頻率范圍為 8.212.4GHz、測(cè)量精度可達(dá)w 0.3%。SHK-4可變衰減器：用作信號(hào)源輸出功率的控制、調(diào)節(jié)。TC26測(cè)量線：該波導(dǎo)型測(cè)量線，是利用波導(dǎo)寬邊正中間壁電流分布的特點(diǎn) 沿縱向開槽外加探針通過開槽插入波導(dǎo)中提取能量，從而進(jìn)行各種測(cè)量。在測(cè)量 線上有確定探針位置的刻度尺。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，旋動(dòng)旋鈕，移

4、動(dòng)探針座，探針從波 導(dǎo)中提取的能量通過微波檢波器進(jìn)行檢波，從學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 而可用選頻放大器進(jìn)行檢測(cè)與指示。通常測(cè)量線探針深度及調(diào)諧裝置均已調(diào)好，不宜輕易變動(dòng)！晶體檢波器：為了提高對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)的靈敏度，需對(duì)微波等幅信號(hào)或方波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行檢波。未經(jīng)調(diào)制的微波信號(hào)經(jīng)檢波后變成直流電流，此時(shí)可用直流儀表（如微安表、檢流計(jì)等）直接指示；經(jīng)方波調(diào)制的微波信號(hào)經(jīng)檢波后變成檢波 電流，在檢波電流中，除了直流分量還有方波分量，此時(shí)可用選頻放大器進(jìn)行檢 測(cè)與指示。選頻放大器：選頻放大器是用來放大和測(cè)量微弱低頻交流信號(hào)的低噪聲精密 測(cè)量

5、儀器，一般接收來自檢波器檢波后的1kHz方波信號(hào)?？蓪?duì)電流或電壓進(jìn)行直讀測(cè)量，還具有分貝讀數(shù)、1-4（或3.2-10）駐波刻度線，可以方便地直讀小反 射器件的駐波比。通常將輸入量程衰減器置于50dB（或60dB）檔，用以確保檢波器工作于平方律檢波。該儀器的頻率微調(diào)旋鈕是用于調(diào)節(jié)儀器內(nèi)選放電路的諧振 頻率，以使其與信號(hào)源調(diào)制頻率相同，此時(shí)可獲得輸出最大并利用顯示。功率計(jì)：用來測(cè)量連續(xù)波或調(diào)制微波信號(hào)的平均功率。短路板：在微波測(cè)量系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)終端短路的微波標(biāo)準(zhǔn)器件。匹配負(fù)載：在微波測(cè)量系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)匹配的微波終端標(biāo)準(zhǔn)器件。2. 常用微波元器件簡(jiǎn)介微波元器件的種類很多，下面主要介紹實(shí)驗(yàn)室里常

6、見的幾種元器件：（1）E-T接頭（2） H-T接頭雙T接頭（4）波導(dǎo)彎曲（5）波導(dǎo)開關(guān)（6）可變短路器（7）吸收式衰減器（8）向耦合器（9）隔離器3. 功率測(cè)量按圖1-1所示連接微波測(cè)量系統(tǒng)，在終端處接上微波小功率計(jì)探頭，接通 電源開關(guān)，調(diào)整衰減器，觀察微波功率計(jì)指示并作相應(yīng)記錄，可記入表1-1。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖表1-1衰減器位置（mm）3.3944.5566.577.588.5功率計(jì)讀數(shù)（uw）4.573.722.951.940.850.520.310.180.10.052.衰減器指示與功率指示的關(guān)系曲線四、思考：1、微波小功率計(jì)探頭的工作原理簡(jiǎn)述。微波小功率計(jì)功率探

7、頭的主體是一個(gè)鉍、 銻熱電堆，這是將金屬鉍和銻用 真 空噴鍍法鍍?cè)诮橘|(zhì)片上（介質(zhì)基片可用云母、滌綸、聚烯亞胺等材料）形成熱電 堆后，放在波導(dǎo)或同軸電場(chǎng)最強(qiáng)處，它即是終端吸收負(fù)載， 又是熱電轉(zhuǎn)換元件。所以作為終端負(fù)載，它的阻值必須與傳輸線的等效阻抗相匹配。當(dāng)微波功 率輸出時(shí)，熱電耦吸收微波功率使熱電堆的熱節(jié)點(diǎn)溫度升高，這就與冷節(jié)點(diǎn)產(chǎn) 生溫差而 形成溫差電動(dòng)勢(shì)，它產(chǎn)生的直流電動(dòng)勢(shì)與輸入微波功率是成正比的。 熱電堆輸出 的直流訊號(hào)是很薄弱的，指示器經(jīng)直流放大后再作功率指示。微波頻率計(jì)（PX16）微波頻率計(jì)是由傳輸波導(dǎo)與圓柱形諧振腔和直讀顯示機(jī)構(gòu)構(gòu)成。它利用長(zhǎng)方形孔磁耦合來激勵(lì)，諧振腔的活塞為抗流形式

8、。此頻率計(jì)是吸收直讀式頻率計(jì)。2、微波頻率計(jì)的工作原理。微波頻率計(jì)是由傳輸波導(dǎo)與圓柱形諧振腔和直讀顯示機(jī)構(gòu)構(gòu)成。它利用長(zhǎng)方形孔磁耦合來激勵(lì)，諧振腔的活塞為抗流形式。此頻率計(jì)是吸收直讀式頻率計(jì)。 當(dāng)頻率計(jì)的腔體諧振頻率與被測(cè)頻率一致時(shí)， 由指示器可明顯看出傳輸功率有一 個(gè)明顯的跌落。學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)二 微波波導(dǎo)波長(zhǎng)、頻率的測(cè)量、分析和計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)微波測(cè)量線的使用；（2）學(xué)會(huì)測(cè)量微波波導(dǎo)波長(zhǎng)和微波信號(hào)源頻率；（3）分析和計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng)及微波頻率。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1-1示出了實(shí)驗(yàn)室常用的微波測(cè)試系統(tǒng)。 進(jìn)行微波

9、測(cè)量時(shí)，首先要正確連 接與調(diào)整微波測(cè)量系統(tǒng)。微波測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)整主要指微波信號(hào)源、微波測(cè)量線的 調(diào)整、晶體檢波器的校準(zhǔn)。信號(hào)源的調(diào)整包括振蕩頻率、功率電平及調(diào)制方式等。本實(shí)驗(yàn)主要討論微波 測(cè)量線的調(diào)整和晶體檢波器的校準(zhǔn)。1 微波測(cè)量線的調(diào)整微波測(cè)量線是微波系統(tǒng)的一種常用測(cè)量?jī)x器，它在微波測(cè)量中用途很廣，可 測(cè)駐波、反射系數(shù)、阻抗、相位和波長(zhǎng)等。測(cè)量線通常由一段開槽傳輸線、探頭座（耦合探針、探針的調(diào)諧腔體和輸出 指示）、傳動(dòng)裝置三部分組成。由于耦合探針伸入傳輸線而引入不均勻性，其作 用相當(dāng)于在線上并聯(lián)一個(gè)導(dǎo)納，從而影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)。為了減少其影響，測(cè)試前必須仔細(xì)調(diào)整測(cè)量線。 實(shí)驗(yàn)中測(cè)量線的調(diào)整一

10、般包括的探針深度調(diào)整和耦合輸出匹配（即調(diào)諧裝置）。通常測(cè)量線探針深度及調(diào)諧裝置均已調(diào)好，不易輕易變動(dòng)！2晶體檢波器的工作原理在微波測(cè)量系統(tǒng)中，送至指示器的微波能量通常是經(jīng)過晶體二極管檢波后的 直流或低頻電流，指示器的讀數(shù)是檢波電流的有效值。在測(cè)量線中，晶體檢波電流與高頻電壓之間關(guān)系是非線性的，因此要準(zhǔn)確測(cè)出駐波（行波）系數(shù)必須知道晶體檢波器的檢波特性曲線。晶體二極管的電流I與檢波電壓U 的一般關(guān)系為I=CUn （2-1）式中，C為常數(shù)，n為檢波律，U為檢波電壓。檢波電壓U 與探針的耦合電場(chǎng)成正比。晶體管的檢波律 n隨檢波電壓U 改變。在弱信號(hào)工作（檢波電流不大于10卩A）情況下，近似為平方律檢

11、波，即 n=2,此時(shí)選頻放大器的分貝量程一般置于 50 dB （或 60dB）檔；在大信號(hào)范圍，n 近似等于1,即直線律。測(cè)量晶體檢波器校準(zhǔn)曲線最簡(jiǎn)便的方法是將測(cè)量線輸出端短路，此時(shí)測(cè)量線上為純駐波，其相對(duì)電壓按正弦律分布，即：max二 si n(2-2)式中，d為離波節(jié)點(diǎn)的距離，Umax為波腹點(diǎn)電壓，入g為傳輸線上波長(zhǎng) 因此，傳輸線上晶體檢波電流的表達(dá)式為(2-3)根據(jù)式（2-3）就可以用實(shí)驗(yàn)的方法得到圖2-1所示的晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線。圖2-1校準(zhǔn)曲線3. 波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量原理方法一：測(cè)量線的基本測(cè)量原理是基于無耗均勻傳輸線理論，當(dāng)負(fù)載與測(cè)量線匹配時(shí)測(cè)量線上是行波；當(dāng)負(fù)載為短路或開路時(shí)，傳輸

12、線上為純駐波，能量全部反射。因此通過測(cè)量線上的駐波比，然后換算出反射系數(shù)模值，再利用駐波最 小點(diǎn)位置dmin便可得到反射系數(shù)的幅角以及微波信號(hào)特性、網(wǎng)絡(luò)特性等。根據(jù) 這一原理，在測(cè)得一組駐波最小點(diǎn)位置 d1，d2, d3，d4 后，由于相鄰波節(jié)點(diǎn)的距離是波導(dǎo)波長(zhǎng)的 1/2,這樣便可通過下式算出波導(dǎo)波長(zhǎng)。3Zmin 0(2-4)方法二：根據(jù)駐波分布的特性，在波導(dǎo)系統(tǒng)終端短路時(shí)，傳輸系統(tǒng)中會(huì)形成 純駐波分布狀態(tài)，在這種情況下，兩個(gè)駐波波節(jié)點(diǎn)之間的距離為波導(dǎo)波長(zhǎng)的 1/2， 所以只要測(cè)量出兩個(gè)駐波波節(jié)點(diǎn)之間的距離，就可以得到信號(hào)源工作頻率所對(duì)應(yīng) 的波導(dǎo)波長(zhǎng)，可采用交叉讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)，如圖3-1所

13、示。圖2-2交叉讀數(shù)法測(cè)量波節(jié)點(diǎn)位置為了使測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)的精度較高（接近實(shí)際的波導(dǎo)波長(zhǎng)），采用交叉讀數(shù)法測(cè) 量波導(dǎo)波長(zhǎng)。在測(cè)試系統(tǒng)調(diào)整良好狀態(tài)下，通過測(cè)定一個(gè)駐波波節(jié)點(diǎn)兩側(cè)相等的 電流指示值0 （可選取最大值的20%）所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)位置d1、d2,則取d1、d2之 和的平均值，得到對(duì)應(yīng)駐波波節(jié)點(diǎn)的位置 dmi n1。用同樣的方法測(cè)定另一個(gè)相鄰波節(jié)點(diǎn)的位置dmin2 ，如圖3-1所示，則dmin1 、dmin2與系統(tǒng)中波導(dǎo)波長(zhǎng)之間的關(guān)系為：學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 川碩產(chǎn)右（+心）；川耐嚴(yán)右亠亠（2-5）(2-6)由教材內(nèi)容（見習(xí)題2

14、-5），工作波長(zhǎng)入與波導(dǎo)波長(zhǎng)入g有如下關(guān)系:式中，入c為截止波長(zhǎng)g c般波導(dǎo)工作在主模狀態(tài)，其入c=2a 。本實(shí)驗(yàn)中波導(dǎo)型號(hào)為BJ-100,其寬邊為 a =22.86 mm，代入上式計(jì)算出工作波長(zhǎng)在波導(dǎo)中，還可利用下面公式計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng):= =（2-8）式中，入0為真空中自由空間的波長(zhǎng)（實(shí)驗(yàn)中近似有入0入）。4. 頻率測(cè)量微波頻率測(cè)量是利用微波圓柱諧振腔體制作而成的一種諧振吸收式波長(zhǎng)表。 當(dāng)吸收式波長(zhǎng)表與信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率共振時(shí)，將從電路中吸收最大的能 量，系統(tǒng)中選頻放大器的指示達(dá)最小，此時(shí)在頻率計(jì)上圓柱諧振腔的固有頻率與 系統(tǒng)的工作頻率相同，從頻率計(jì)上直接讀出頻率f0值即為信號(hào)源的工作頻

15、率。該頻率計(jì)測(cè)量頻率范圍為8.212.4GHz、測(cè)量精度可達(dá)w 0.3%。另外信號(hào)源工 作頻率f可由工作波長(zhǎng)入求得：f =心兄（2-9）三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 開通測(cè)試系統(tǒng) 按圖1-1所示連接微波測(cè)量系統(tǒng)，終端接上短路負(fù)載。 打開信號(hào)源、選頻放大器的電源，將信號(hào)源設(shè)置在調(diào)制（方波）狀態(tài)， 將衰減器調(diào)整到合適位置。 在開槽測(cè)量線終端接短路負(fù)載后，調(diào)節(jié)探頭座（即旋動(dòng)測(cè)量線上的大旋 鈕）至選頻放大器輸出指示最大。 調(diào)整輸出衰減器，通過選頻放大器指示，確定測(cè)量線測(cè)試系統(tǒng)工作在比較 靈敏的最佳狀態(tài)，即得到測(cè)量線探頭座處在不同位置時(shí)與選頻放大器指示刻度之 間有比較靈敏對(duì)應(yīng)關(guān)系。2. 波導(dǎo)波長(zhǎng)測(cè)量方法一： 從負(fù)載

16、端開始旋轉(zhuǎn)測(cè)量線上整個(gè)探頭座，使選頻放大器指示最小，此時(shí)即為測(cè)量線等效短路面，記錄此時(shí)的探針初始位置，記作dmin0 ,并記錄數(shù)據(jù); 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)探頭座位置，可得到一組指示最小點(diǎn)位置dmin1，dmin 2, dmin學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 3, ，反復(fù)測(cè)3次，記入表2-1; 將數(shù)據(jù)代入式（2-4）,計(jì)算出波導(dǎo)波長(zhǎng)。方法二： 測(cè)量線終端接短路板，從負(fù)載端開始旋轉(zhuǎn)旋鈕，移動(dòng)測(cè)量線上探頭座， 使選頻放大器指示最小，此時(shí)即為測(cè)量線等效短路面，記錄此時(shí)的探針初始位置， 記作dminO ，并記錄數(shù)據(jù)； 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)探頭座位置，選擇合適的駐波

17、波節(jié)點(diǎn)，一般選在測(cè)量線的 有效行程的中間位置，并選擇一個(gè)合適的檢波指示值 （10），如圖2-2中所示，然 后按交叉讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)。測(cè)量三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值作為波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè) 量值，記入表2-2; 將數(shù)據(jù)代入式（2-6），計(jì)算出波導(dǎo)波長(zhǎng)。3.頻率測(cè)量信號(hào)源工作頻率f亦可用吸收式頻率計(jì)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中采用的吸收式頻率計(jì)連 接在信號(hào)源與檢波器之間。當(dāng)吸收式頻率計(jì)失諧時(shí)，微波能量幾乎全部通過頻率 計(jì)，此時(shí)選頻放大器指示最大。使用時(shí)，緩慢旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)套筒，即調(diào)節(jié)吸收式頻 率計(jì)，當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)至諧振狀態(tài)時(shí)，選頻放大器指示表上觀察到信號(hào)大小發(fā)生明 顯的變化，并達(dá)到最小值處，此時(shí)讀得吸收式頻率計(jì)上指示頻率（頻率計(jì)

18、上兩紅 線之間的刻度讀數(shù)）即為信號(hào)源工作頻率，反復(fù)測(cè)3次，記入表2-3。可將測(cè)量結(jié)果（取其平均值）與用波導(dǎo)波長(zhǎng)換算的結(jié)果進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)記錄探針初始位置 dmi n0=89.82mm表2-1方法一的測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄表測(cè)量次數(shù)量次 數(shù)位置讀數(shù)dmim(mm)dmin2 (mm)dmin3 (mm)1112.80134.60157.202112.76134.56157.163112.78134.58157.22dm iin=112.78mmdmin2 =134.58mmdm* =157.19mm根據(jù)式2ddmin0 生 H a -dmin。332算出波導(dǎo)長(zhǎng) g =45.2mm再由式(c = 2a

19、 = 45.72mm)和 f=3 108算出學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 工作波長(zhǎng)，=32.0436mm工作頻率f=9.3624GHZ表2-3頻率測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表測(cè)量頻率fif2f3（GHZ）9.3689.3659.369123 =9.3673GHZ3由此可見吸收式頻率計(jì)上指示的頻率與計(jì)算出工作頻率近似相等。四、思考題測(cè)量線為什么在波導(dǎo)中心線開槽？微波測(cè)量線是測(cè)量波導(dǎo)中微波電場(chǎng)分布的精密儀器，她的結(jié)構(gòu)是一段在寬邊中心線上開槽的波導(dǎo)管和可沿槽線滑動(dòng)的探針，它在微博測(cè)量中用途很廣，可測(cè)駐波，阻抗，相位，波長(zhǎng)等，測(cè)量線通常由一段開槽的傳輸線，

20、探頭，傳動(dòng)裝 置 三部分組成，由于耦合探針深入傳輸線而引入不均勻性， 其作用相當(dāng)于在線 上 并聯(lián)一個(gè)導(dǎo)納，從而影響到系統(tǒng)的工作狀態(tài)，為了減少其影響，測(cè)試前必須 仔 細(xì) 調(diào)整整測(cè)量線，所以只有在波導(dǎo)中心線開槽，才能保證駐波，阻抗，相 位，波長(zhǎng) 等參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確性，否則會(huì)引起誤差。在可能發(fā)生擊穿現(xiàn)象。因此駐波測(cè)量是非常重要的內(nèi)容。在測(cè)量時(shí), 電壓駐波比，即波導(dǎo)中電場(chǎng)（電壓）最大值與最小值之比，即：Imax U min V 1 min（3-1）測(cè)量駐波比的方法與儀器有多種。駐波比的各種測(cè)量方法如表3-1所示。表3-1駐波比的各種測(cè)量方法學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：實(shí)驗(yàn)三 微波駐波比、反射系數(shù)及阻抗特性

21、測(cè)量、分析和計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)駐波比的測(cè)量、分析和計(jì)算；（2）學(xué)會(huì)反射系數(shù)的測(cè)量、分析和計(jì)算；（3）學(xué)會(huì)輸入阻抗的測(cè)量、分析和計(jì)算。二、實(shí)驗(yàn)原理在任何的微波傳輸系統(tǒng)中，為了保證傳輸效率，減少傳輸損耗和避免大功率 擊穿，必須實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。描述系統(tǒng)匹配程度的參數(shù)有電壓駐波比和反射系數(shù)。駐波比測(cè)量是微波測(cè)量中最基本和最重要的內(nèi)容之一。 在傳輸線中若存在駐 波，將使能量不能有效地傳給負(fù)載，因而增加損耗。在大功率情況下由于駐波存 通常是測(cè)量禹量方法適用范圍特點(diǎn)直接法中、比測(cè)蜀方法簡(jiǎn)便*測(cè)竜誤差除與信號(hào)源和測(cè)壇線的泵統(tǒng)有關(guān)外*主 要決定于指示器的讀臟差等指示度法大莊波比測(cè)議方法簡(jiǎn)單p ffi測(cè)最

22、時(shí)需要確定晶體檢波酈.測(cè)議誤葢決定 于尊指示度寬帶艸的讀數(shù)磁 探針導(dǎo)納對(duì)測(cè)童精度毎響較小功率袁械達(dá)枉意戟跛比C常用于測(cè)呈人駐波比）測(cè)屋方怯更瓠標(biāo)準(zhǔn)袁減器兩端匹配良好3102）時(shí)可得到較高移動(dòng)終端法小駐波比（pl.l）能分離陶個(gè)混合裡一起的小反射波.測(cè)量精度與宜接法相冋+由 于已將兩種反射分離開，所以淮確度大大提高S曲線法（即 節(jié)點(diǎn)偏移法）任盤駐波比（常用于測(cè)量小駐波比）測(cè)暈方法復(fù)雜.測(cè)暈準(zhǔn)確度較敲 但測(cè)暈將度受到信號(hào)源的額率 漂移影響較大本實(shí)驗(yàn)僅介紹直接法和等指示度法。1. 直接法直接測(cè)量沿線駐波的最大點(diǎn)和最小點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，由式（3-1）直接求出電壓駐波比的方法稱為直接法。此方法適用于中小電壓駐波比

23、（p 6）的測(cè)量。若駐波波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)處電表指示讀數(shù)分別為Imax、Imin ，對(duì)于小駐波比，晶體二極管為平方律（n=2）檢波時(shí)，則上式駐波比為：當(dāng)電壓駐波比在1.05 p 1.5時(shí)，駐波的最大值和最小值相差不大，且不尖 銳，不易測(cè)量準(zhǔn)。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可移動(dòng)探針座到幾個(gè)波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)，學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：maxU| i minmin 1 I min 21 min n+ I + Imaxi max2max n實(shí)際測(cè)量多個(gè)數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，然后取平均值。按下式計(jì)算駐波比(n=2):3-3)若檢波律n2時(shí)，則采用下式計(jì)算駐波比:UImaxU min在選頻放大器的指示刻度上，有兩條駐波比的

24、刻度線：其中一條的駐波比范 圍是w4，另一條的駐波比范圍是 10。由此，利用選頻放大器可以測(cè)量出駐波比6)。如果被測(cè)元器件駐波比較大，駐波波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)電平相差懸殊，因而在測(cè)量最大點(diǎn)和最小點(diǎn)電平時(shí)， 會(huì)使晶體檢波二極管工作在不的檢波律，若仍按直接法測(cè)量大駐波比將引起較大 誤差，此時(shí)常采用等指示度法。等指示度法是測(cè)量駐波圖形波節(jié)點(diǎn)兩側(cè)附近的場(chǎng) 分布規(guī)律，從而求得駐波比的方法，因此該方法能克服直接法測(cè)量的缺點(diǎn)。已知傳輸線上沿線駐波分布的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)=E/Emax與終端反射系數(shù)的 關(guān)系為:丄# = 】 + 2 |廠 jco気九 一 20二亍(35)式中，z為離終端的距離， L為終端反射系數(shù)r L的幅角，

25、B =2n /入g為傳 輸線的相移常數(shù)，入g為波導(dǎo)波長(zhǎng)。根據(jù)微波晶體檢波特性，在等指示度點(diǎn)獲得的電流指示值為：=c(r=cfi+irj2 -2|rjcosf隸(3-6)而在波節(jié)點(diǎn)(在波節(jié)點(diǎn)有cos(2n w/入g)z=cosnn )獲得的電流指示值為：= c(i-|rjr(3-7)in式中的C為比例常數(shù)，n為檢波律，w=2d為兩等指示度對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。 引入比值K(3-8)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 則得z i + |rjz-2|rjcos(3-9)=(1TM_z引入三角公式cos2B = 2cosS -1及關(guān)系式|=( p-1

26、)/( p +1),經(jīng)變換得:(3-10)圖3-1示出了駐波節(jié)點(diǎn)附件的電場(chǎng)分布曲線和需要測(cè)量的有關(guān)量。圖3) 波節(jié)點(diǎn)附近駐波分布曲線通常測(cè)量i左或右=2imin的兩個(gè)等指示度點(diǎn)(即取K=2)所對(duì)應(yīng)的探針位置 間的距離為w=|d2-d1|(3-11)當(dāng)探針晶體為平方律(n=2)檢波時(shí)，傳輸線中的駐波比為：(n=2JC2)(3-12)該方法也可稱為“二倍最小值法或三分貝法”。當(dāng)p 10時(shí)，sin(n w/入g)很 小，則上式可簡(jiǎn)化為亠ZT W(3-13)可見，用等指示度法測(cè)量駐波比實(shí)際上是測(cè)量等指示寬度w和波導(dǎo)波長(zhǎng)入g。等指示度法測(cè)量駐波比的精度主要取決于w測(cè)量精度，因此一般在測(cè)量線上要加裝用百分

27、表來測(cè)量w 。學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：根據(jù)終端反射系數(shù)的模值| r i|與駐波比有如下關(guān)系:(3-14) l與節(jié)點(diǎn)位置zminn的以下關(guān)系:zmi n11-jp jtanzminl(3-16)和終端反射系數(shù)的相位可以計(jì)算得到反射系數(shù)。根據(jù)波導(dǎo)主模特性阻抗Ztei及測(cè)得的駐波比p和第一波節(jié)點(diǎn)位置可得終端負(fù)載阻抗為（參見教材中習(xí)題 1.3）:其中，7 _ 120”礙廣Ji-型21J根據(jù)以上各公式及測(cè)得的駐波比、 反射系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出輸入阻抗或終端負(fù) 載阻抗。三、實(shí)驗(yàn)步驟（根據(jù)負(fù)載情況選用直接法或等指示度法測(cè)量駐波比）1. 等效參考面的選取與波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量（1）將測(cè)量線測(cè)試系統(tǒng)調(diào)至最佳工作狀態(tài)；（

28、2終端接短路片，從負(fù)載端開始，旋轉(zhuǎn)測(cè)量線上的探針座位置，使選頻放 大器指示最小，此時(shí)即為測(cè)量線等效短路面，記錄此時(shí)的探針初始位置，記作 dmi n0 ，并記錄數(shù)據(jù)；（3）按實(shí)驗(yàn)二的方法測(cè)出波導(dǎo)波長(zhǎng) 入g（或直接使用實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果）。記錄測(cè) 量數(shù)據(jù)。2. 直接法測(cè)量駐波比（方法一）終端接上待測(cè)負(fù)載（可將調(diào)配器調(diào)至某一位置作為待測(cè)負(fù)載），探針從dmin0 開始向信號(hào)源方向旋轉(zhuǎn)，依次得到指示最大值和最小值三次，記錄相應(yīng)的讀數(shù)， 即得相應(yīng)的Imin和Imax ，數(shù)據(jù)記入表3-1 （注：指示表的刻度是電流，用微安 卩A單位）。再根據(jù)式（3-3）或式（3-4）計(jì)算駐波比。3. 等指示度法測(cè)量駐波比（方法二）

29、終端接上待測(cè)負(fù)載（可將調(diào)配器調(diào)至某一位置作為待測(cè)負(fù)載），緩慢移動(dòng)探針 座，在駐波節(jié)點(diǎn)兩旁找到指示表中讀數(shù)為 2imin的兩個(gè)指示度點(diǎn)（即圖3-1中所示 K=2的d1、d2位置），應(yīng)用測(cè)量線標(biāo)尺刻度及指針式百分表讀取該兩個(gè)等指示度 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的探針位置刻度值 d1和d2,重復(fù)測(cè)量3次（計(jì)算時(shí)取平均值），數(shù)據(jù)列學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 表記錄于表3-1。根據(jù)式(3-11)、式(3-12)或式(3-13)計(jì)算駐波比。4. 反射系數(shù)的測(cè)量與計(jì)算：終端接上待測(cè)負(fù)載，探針從dmi nO開始向信號(hào)源方向旋轉(zhuǎn)，記錄波節(jié)點(diǎn)的位置dminn，數(shù)據(jù)記入表

30、3-2。按式(3-13)和式(3-14)計(jì)算反射系數(shù)。5. 按式(3-16)計(jì)算終端負(fù)載阻抗。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探針初始位置 dmin0= 89.82mm；波導(dǎo)波長(zhǎng)入g=45.2mm。表3-1駐波比測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表(注明所選用的測(cè)量方法)測(cè)量次數(shù)量次 數(shù)扌曰示表讀數(shù)方法一方法二Imin ( mA )I max (mA)w18156211.628356411.6438556711.61不產(chǎn) 83mA?mX=564.33mA Imax =2.6075 Imin表3-2計(jì)算反射系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表測(cè)量次數(shù)量次 數(shù)位置讀數(shù)dmim (mm)dmin2 (mm)dmin3 (mm)1112.80134.60157.2

31、02112.76134.56157.163112.78134.58157.22終端反射系數(shù)的模值円=丙=.4456四、思考題實(shí)驗(yàn)步驟1對(duì)后續(xù)測(cè)量有何意義？實(shí)驗(yàn)步驟1是對(duì)等效參考面的選取及波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量， 用實(shí)驗(yàn)2的方法測(cè)出 波導(dǎo)波長(zhǎng)，這樣就等于是驗(yàn)證了參考波長(zhǎng)， 用測(cè)量出的參數(shù)與實(shí)驗(yàn)2對(duì)比，以防 相差太大，造成誤差，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)四 微波二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)量、分析和計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫饪勺兌搪菲鲗?shí)現(xiàn)開路的原理；學(xué)會(huì)不同負(fù)載下的反射系數(shù)的測(cè)量、分析和計(jì)算；學(xué)會(huì)利用三點(diǎn)法測(cè)量、分析和計(jì)算微波網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。（1）（2）（3）二、實(shí)驗(yàn)原理S參數(shù)是微波網(wǎng)絡(luò)中重要的物理量，其中S參數(shù)的三點(diǎn)測(cè)量法是基本測(cè)量 方法，其測(cè)量原理如下：對(duì)于互易雙口網(wǎng)絡(luò)有S12 = S21 ，故只要測(cè)量求得S11、 S12及S21三個(gè)量就可以了。被測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接如圖4-1所示。biSZeb2圖4-1 S參數(shù)的測(cè)量 設(shè)終端接負(fù)載阻抗zi ,令終端反射系數(shù)為r i ,S參數(shù)定義式得：則有：a2 = r l b2, 代入A =廠力2h2 = S2a + S22rth2(4-1)于是輸入端（參考面T1）處的反射系數(shù)為仆禹(4-2)在待測(cè)網(wǎng)絡(luò)（即負(fù)載zi）依次換接終端短路負(fù)載（既有ri = -1）、終端