南昌大學(xué)微波天線試驗(yàn)報(bào)告教材

1、南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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

2、方法有： 點(diǎn)頻測(cè)量、掃頻測(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。YS1124 信號(hào)源：?jiǎn)晤l 9.37GHz，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

3、 FD-100 標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭。PX16 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) 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

4、 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，從南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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

5、 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?jī)x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

6、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)室里常見的幾種元器件：(1)E-T 接頭(2) H-T 接頭(3)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

7、.520.310.180.10.052.衰減器指示與功率指示的關(guān)系曲線南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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)：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

8、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。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。max南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)

9、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

10、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

11、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 10A） 情況下，近似為平方律檢波，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：sin(

12、2-2)式中， d 為離波節(jié)點(diǎn)的距離， Umax 為波腹點(diǎn)電壓， 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)式為實(shí)驗(yàn)成績(jī)：(2-3)z2(2-4)南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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：I C sin g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，

13、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)。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

14、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， 3zmin 02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 I0 （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 dmin1 。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：式中， c 為截止波長(zhǎng)(2-7)般波導(dǎo)工作在主模狀態(tài)，其c=2a 。本實(shí)驗(yàn)中南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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)：（2-5）

15、(2-6)由教材內(nèi)容（見習(xí)題 2-5） ，工作波長(zhǎng) 與波導(dǎo)波長(zhǎng) g 有如下關(guān)系：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， 0 為真空中自由空間的波長(zhǎng) （實(shí)驗(yàn)中近似有 0）。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)源的工作頻率。 該頻率計(jì)測(cè)量頻率范圍為

16、 8.212.4GHz、測(cè)量精度可達(dá) 0.3% 。另外信號(hào)源工 作頻率 f 可由工作波長(zhǎng) 求得：（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)載端開始旋轉(zhuǎn)測(cè)量線上整個(gè)探頭座

17、， 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南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告83 108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)： 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 dmin0 ，并記錄數(shù)據(jù) ;繼續(xù)

18、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)探頭座位置， 選擇合適的駐波波節(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 （I0），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

19、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)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 dmin0=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)dmin1 （mm）dmin2（mm）dmin3 （mm）1112.80134.60157.202112.76134.56157.163112.78134.58157.22dm i1n=112.78mmdmin2 =134.58mmdmin3 =157.19mm根據(jù)式 g 2d

20、3 dmin 0 d2 dmin0 d1 dmin 03 3 2算出波導(dǎo)長(zhǎng) g =45.2mmc 2a 45.72mm ）和 f=南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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f1f2f3（GHZ）9.3689.3659.369f 1 2 3 =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

21、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，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。南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告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)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)

22、驗(yàn)三 微波駐波比、反射系數(shù)及阻抗特性測(cè)量、分析和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)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 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)， 通常是測(cè)量 電壓駐波比，即波導(dǎo)中電場(chǎng) (電壓 )最大值與最小值之比

23、，即：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(6) 的測(cè)量。3-1 所示。UUmaxmin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 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

24、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：(3-5) 式中，z 為離終端的距離， L 為終端反射系數(shù) L 的幅角，=2/g 為傳 輸線的相移常數(shù)， 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：(3-6) 而在波節(jié)點(diǎn) (在波節(jié)點(diǎn)有 cos(2w/ g)z=cosn )獲得的電流指示值為：(3-7) 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)10南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(3-10)w 和波導(dǎo)波

25、長(zhǎng) g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：(3-9)引入三角公式 cos2= 2cos2 1及關(guān)系式 |=(-1)/(+1)，經(jīng)變換得：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。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：(3-12)該方法也可稱為“二倍最小值法或三分貝法” 。當(dāng)10 時(shí)，sin(w/g)很 小，則上式可簡(jiǎn)化為(3-13)可見，用等指示度法測(cè)量駐波比實(shí)際

26、上是測(cè)量等指示寬度。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 要加裝用百分表來測(cè)量 w 。11南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和終端反射系數(shù)的相位3-14)l 與節(jié)點(diǎn)位置 zminn 的以下關(guān)系：3-15)zmin13-16)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)：根據(jù)終端反射系數(shù)的模值 |l|與駐波比有如下關(guān)系：可以計(jì)算得到反射系數(shù)。根據(jù)波導(dǎo)主模特性阻抗 ZTE10 及測(cè)得的駐波比 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，,。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。

27、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)；（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 dmin0 ，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) 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

28、 Imax ，數(shù)據(jù)記入表 3-1 （注：指示表的刻度是電流，用微安 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 ）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12南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(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)

29、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 dmin0 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 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) 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 )方法一方法二測(cè)量次數(shù)量次 數(shù) 指示表讀數(shù)I min （mA ）Imax （mA）w18156211.628356411.6

30、438556711.61Imin 83mAI max =564.33mAIImax =2.6075Imin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)dm in1 （ mm）dmin2 （mm）dmin 3 （mm）1112.80134.60157.202112.76134.56157.163112.78134.58157.22終端反射系數(shù)的模值 = 1=0.4456四、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

31、成誤差，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。13南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)成績(jī)：理解可變短路器實(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)。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)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)康模?）（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。圖 4-1 S 參數(shù)的測(cè)量設(shè)終端接負(fù)載阻抗 Zl ，令終端反射系數(shù)為 l ， 則有 : a2 = l b2, 代入 S參數(shù)定義式得：（4-1） 于是輸入端（參考面 T1）處的反射系數(shù)為在待測(cè)網(wǎng)絡(luò) （即負(fù)載 Zl）依次換接終端短路負(fù)載 （既有l(wèi) = -1）、終端開路負(fù)載 （即l = 1）和終端匹配負(fù)載 （即l = 0） 時(shí)，測(cè)得的輸入端反射系數(shù)分別為 s、o 和 m ，代入式（ 4-1）并解出：4-3)14南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓