打印2微波技術(shù)與天線實驗報告 2

1、實 驗 報 告實驗課程： 微波技術(shù)與天線 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 61 專業(yè)班級： 班 20年月日目 錄實驗一 微波測量系統(tǒng)的認識及功率測量實驗二 微波波導(dǎo)波長、頻率的測量、分析和計算實驗三 微波駐波比、反射系數(shù)及阻抗特性測量、分析和計算實驗四 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測量、分析和計算實驗一 微波測量系統(tǒng)的認識及功率測量一、實驗?zāi)康?1. 熟悉基本微波測量儀器； 2. 了解各種常用微波元器件； 3. 學(xué)會功率的測量。 二、實驗原理1. 基本微波測量儀器 (1) 微波測量技術(shù)主要包括微波信號特性測量和微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測量： 微波信號特性參量包括微波信號的頻率與波長、電平與功率、波形與頻譜等； 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括反

2、射參量（如反射系數(shù)、駐波比）和傳輸參量（如S參數(shù)）。 (2) 微波測量方法包括點頻測量、掃頻測量和時域測量三大類： 點頻測量：信號只能工作在單一頻點逐一進行測量； 掃頻測量：在較寬的頻帶內(nèi)測得被測量的頻響特性，如加上自動網(wǎng)絡(luò)分析儀，則可實現(xiàn)微波參數(shù)的自動測量與分析； 時域測量：利用超高速脈沖發(fā)生器、采樣示波器、時域自動網(wǎng)絡(luò)分析儀等在時域進行測量，從而得到瞬態(tài)電磁特性。 (3) 微波測量系統(tǒng)由微波信號源、調(diào)配器/ 衰減器/隔離器、波長/頻率計、測量線、終端負載、選頻放大器及小功率計等組成。 圖 1微波測量系統(tǒng)2. 常用微波元器件 實驗室里常見的幾種元器件： 13(1)E-T接頭 （2）可變短路器

3、 （3）波導(dǎo)彎曲 （4）波導(dǎo)開關(guān)三、實驗數(shù)據(jù)及處理1、實驗數(shù)據(jù)如下表：衰減器位置(mm)功率計讀數(shù)(w)2、衰減器指示與功率指示的關(guān)系曲線四、思考題簡述微波小功率計探頭的工作原理。微波小功率計功率探頭的主體是一個鉍、銻熱電堆，這是將金屬鉍和銻用 真空噴鍍法鍍在介質(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)或同軸電場最強處， 它即是終端吸收負載， 又是熱電轉(zhuǎn)換元件。 所以作為終端負載，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，熱電耦吸收微波功率使熱電堆的熱節(jié)點溫度升高，這就與冷節(jié)點產(chǎn)生溫差而 形成溫差電動勢，它產(chǎn)生的直流電動勢與輸入微波功率是成正比的

4、。熱電堆輸出 的直流訊號是很薄弱的，指示器經(jīng)直流放大后再作功率指示。實驗二 微波波導(dǎo)波長、頻率的測量、分析和計算一、實驗?zāi)康?1. 學(xué)會微波測量線的使用； 2. 學(xué)會測量微波波導(dǎo)波長和信號源頻率； 3. 分析和計算波導(dǎo)波長及微波頻率。二、實驗原理 1. 系統(tǒng)調(diào)整主要指信號源和測量線的調(diào)整，以及晶體檢波器的校準：(1) 信號源的調(diào)整包括振蕩頻率、功率電平及調(diào)制方式等。本實驗主要討論微波測量線的調(diào)整和晶體檢波器的校準。(2) 測量線的調(diào)整 測量線組成由一段開槽傳輸線、探頭、傳動裝置三部分組成； 實驗中測量線的調(diào)整一般包括的探針深度調(diào)整和耦合輸出匹配（即調(diào)諧探頭）。2. 晶體檢波器的工作原理 在微波

5、測量系統(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。(1) 晶體二極管特性二極管的電流I 與檢波電壓U 的一般關(guān)系為：I=CUn。式中，C 為常數(shù)，n 為檢波律，U為檢波電壓。檢波電壓U 與探針的耦合電場成正比。晶體管的檢波律n 隨檢波電壓U 改變。弱信號工作情況下，近似為平方律檢波，即n=2；在大信號范圍，n 近似等于1，即直線律。(2) 測量晶體檢波器校準曲線最簡便的方法是將測量線輸出端短路，此時測量線上載純駐波，其相對電壓按正弦律分布，即：（d 為離波節(jié)點的距離，Umax為波腹點電壓，g 為傳輸線上波長。）傳輸線上晶體檢波電流的表達

6、式為：根據(jù)上式得到晶體檢波器的校準曲線：圖 2 晶體檢波器的校準曲線3. 波導(dǎo)波長的測量原理（測量線的基本測量原理） (1) 原理 當(dāng)負載與測量線匹配時測量線內(nèi)是行波； 當(dāng)負載為短路或開路時，傳輸線上為純駐波，能量全部反射。因此通過測量線上的駐波比，然后換算出反射系數(shù)模值，再利用駐波最小點位置zmin 便可得到反射系數(shù)的幅角以及微波信號特性、網(wǎng)絡(luò)特性等。(2) 測量 測得一組駐波最小點位置z1，z2，z3，z4 計算波導(dǎo)波長： 計算工作波長：c 為截止波長。一般波導(dǎo)工作在主模狀態(tài)，其c =2a 。（波導(dǎo)型號為BJ-100，其寬邊為a =22.86 mm。） 信號源工作頻率：三、實驗步驟1. 開

7、通測試系統(tǒng) 連接微波測量系統(tǒng)，終端接上短路負載； 打開信號源、選頻放大器的電源，將信號源設(shè)置方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置； 調(diào)節(jié)整個探頭，使內(nèi)部探針耦合匹配（選頻放大器輸出指示最大）。2. 波導(dǎo)波長測量 從負載端開始旋轉(zhuǎn)測量線上整個探頭位置，使選頻放大器指示最小，此時即為測量線等效短路面，記錄zmin0； 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)探頭，得到一組指示最小點位置z1，z2，z3，z4 ，反復(fù)測3次，記入表1； 計算出波導(dǎo)波長g，f； 用頻率計測量信號源工作頻率； 對比工作頻率的實際測量結(jié)果和計算值。四、數(shù)據(jù)記錄及處理探針初始位置 zmin0 =78.10mm表格 1位置讀數(shù)測量次數(shù)Z1(mm)Z2(mm)Z

8、3(mm)1101.26122.74145.142101.22123.68146.293101.50123.81145.76= 101.20mm =123.70mm =146.00mm表格 2測量頻率(GHz)9.389.409.39 =48.15mm=33.15mmf=9.05GHz=9.423GHzf=0.37GHz五、思考題測量線為什么在波導(dǎo)中心線開槽？微波測量線是測量波導(dǎo)中微波電場分布的精密儀器。它的結(jié)構(gòu)是一段在寬邊中心線上開槽的波導(dǎo)管和可沿槽線滑動的探針。它在微波測量中用途很廣，可測駐波、阻抗、相位、波長等。測量線通常由一段開槽傳輸線、探頭、傳動裝置三部分組成。由于耦合探針伸入傳輸線

9、而引入不均勻性，其作用相當(dāng)于在線上并聯(lián)一個導(dǎo)納，從而影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)。為了減少其影響，測試前必須仔細調(diào)整測量線。所以只有在波導(dǎo)中心線開槽，才能保證駐波、阻抗、相位、波長等參數(shù)的測量準確性，否則會引起誤差。實驗三 微波駐波比、反射系數(shù)及阻抗特性測量、分析和計算一、實驗?zāi)康?1. 學(xué)會駐波比的測量、分析和計算； 2. 學(xué)會反射系數(shù)的測量、分析和計算； 3. 學(xué)會輸入阻抗的測量、分析和計算。二、實驗原理 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)有電壓駐波比和復(fù)反射系數(shù)。1. 駐波比及反射系數(shù)的測量 (1) 駐波比在平方律檢波

10、，即n = 2時 在n2時(2) 終端復(fù)反射系數(shù) 模值|l| 相位l (3) 終端負載阻抗：其中， 三、實驗步驟 1. 等效參考面的選取與波導(dǎo)波長的測量 連接微波測量系統(tǒng)，終端接上短路負載； 打開信號源、選頻放大器的電源，將信號源設(shè)置方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置； 調(diào)節(jié)整個探頭，使內(nèi)部探針耦合匹配（選頻放大器輸出指示最大）； 終端接短路片，從負載開始，旋轉(zhuǎn)測量線上的探針位置，使選頻放大器指示最小，此時即為測量線等效短路面，記錄zmin0 ； 測出波導(dǎo)波長。 2. 駐波比測量 終端接待測負載，探針從zmin0 開始向信號源方向旋轉(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

11、Imin 和Imax； 3. 反射系數(shù)的測量 終端接上待測負載，探針從zmin0 開始向信號源方向旋轉(zhuǎn)，記錄波節(jié)點的位置zmin。四、實驗數(shù)據(jù)及分析zmin0 = 79.10mm表格 3位置讀數(shù)/mm測量次數(shù)Z1Z2Z31101.00124.01145.602101.00124.02145.703101.00123.08145.50表格 4指示表讀數(shù)/uA測量次數(shù)IminImax12.544122.524332.5042表格 5位置讀數(shù)/mm測量次數(shù)Zmin1Zmin2Zmin3191.5114.3135.3291.4114.4135.5391.6114.2135.4=4.07|l|=0.61

12、=44.37mml =5.26=23.08mmZTE10 =139.53=86.66 Zl=139.53*(4.23+j3.056)五、思考題實驗步驟1對后續(xù)測量有何意義？ 實驗步驟1是對等效參考面的選取及波導(dǎo)波長的測量，用實驗2的方法測出波導(dǎo)波長，這樣就等于是驗證了波導(dǎo)波長，用測量出的參數(shù)與實驗2比較，以防相差太大，造成誤差。保證實驗的準確性。實驗四 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測量、分析和計算一、實驗?zāi)康?1. 理解可變短路器實現(xiàn)開路的原理； 2. 學(xué)會不同負載下的反射系數(shù)的測量、分析和計算； 3. 學(xué)會利用三點法測量、分析和計算微波網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。二、實驗原理 1. S 參數(shù)(1) 測量方法三點測量法；

13、(2) 測量原理對于互易雙口網(wǎng)絡(luò)有S12=S21 ，故只要測量求得S11 、S12及S21 三個量就可以。圖 3 雙口網(wǎng)絡(luò)設(shè)終端接負載阻抗Zl ，令終端反射系數(shù)為l ， 則有：a2 = lb2, 代入S參數(shù)定義式得：于是輸入端處的反射系數(shù)為：解出： 在實際測量中，由于波導(dǎo)開口并不是真正的開路，故一般用精密可移動短路器實現(xiàn)終端等效開路（或用波導(dǎo)開口近視等效為開路），如圖所示。圖 4三、實驗步驟1. 將匹配負載接在測量線終端，并將測量線調(diào)整到最佳工作狀態(tài)； 2. 將短路片接在測量線終端，從測量線終端向信源方向旋轉(zhuǎn)探針位置，使選頻放大器指示為零，此時的位置即為等效短路面，記作zmin0 ； 3. 接

14、上可變短路器，在探針位置zmin0處，調(diào)節(jié)可變短路器使選頻放大器指示為零，記下可變短路器的位置l1 ； 4. 繼續(xù)調(diào)節(jié)可變短路器，使選頻放大器再變?yōu)榱?，再記下可變短路器位置l2 ； 5. 接上待測網(wǎng)絡(luò)，終端再接上匹配負載，測此時反射系數(shù)m ； 6. 終端換上可變短路器，并將其調(diào)到位置l1 ，測得此時的反射系數(shù)s ； 7. 將可變短路器調(diào)到等效開路位置l0=(l1+l2)/2 ，測得此時的反射系數(shù)o ； 8. 計算 S參數(shù)。四、實驗數(shù)據(jù)及處理Zmin0=79.10mm l1=5.71mm l2=24.71mm參數(shù)測量次數(shù)Imin/uAImax/uAZmin1/mm匹配18.538.5328.538.5338.538.53短路（l1,l2）10.4630.07101.0020.4730.06101.