打印2微波技術(shù)與天線實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)課程： 微波技術(shù)與天線 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 61 專業(yè)班級(jí)： 班 20年月日目 錄實(shí)驗(yàn)一 微波測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)及功率測(cè)量實(shí)驗(yàn)二 微波波導(dǎo)波長(zhǎng)、頻率的測(cè)量、分析和計(jì)算實(shí)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)四 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)量、分析和計(jì)算實(shí)驗(yàn)一 微波測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)及功率測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 熟悉基本微波測(cè)量?jī)x器； 2. 了解各種常用微波元器件； 3. 學(xué)會(huì)功率的測(cè)量。 二、實(shí)驗(yàn)原理1. 基本微波測(cè)量?jī)x器 (1) 微波測(cè)量技術(shù)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

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(cè)量方法包括點(diǎn)頻測(cè)量、掃頻測(cè)量和時(shí)域測(cè)量三大類： 點(diǎn)頻測(cè)量：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：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：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。 (3) 微波測(cè)量系統(tǒng)由微波信號(hào)源、調(diào)配器/ 衰減器/隔離器、波長(zhǎng)/頻率計(jì)、測(cè)量線、終端負(fù)載、選頻放大器及小功率計(jì)等組成。 圖 1微波測(cè)量系統(tǒng)2. 常用微波元器件 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：衰減器位置(mm)功率計(jì)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(jiǎn)述微波小功率計(jì)探頭的工作原理。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 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

4、。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。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?1. 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 1. 系統(tǒng)調(diào)整主要指信號(hào)源和測(cè)量線的調(diào)整，以及晶體檢波器的校準(zhǔn)：(1) 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)。(2) 測(cè)量線的調(diào)整 測(cè)量線組成由一段開槽傳輸線、探頭、傳動(dòng)裝置三部分組成； 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)諧探頭）。2. 晶體檢波器的工作原理 在微波

5、測(cè)量系統(tǒng)中，送至指示器的微波能量通常是經(jīng)過(guò)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(chǎng)成正比。晶體管的檢波律n 隨檢波電壓U 改變。弱信號(hào)工作情況下，近似為平方律檢波，即n=2；在大信號(hào)范圍，n 近似等于1，即直線律。(2) 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)量線上載純駐波，其相對(duì)電壓按正弦律分布，即：（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)。）傳輸線上晶體檢波電流的表達(dá)

6、式為：根據(jù)上式得到晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線：圖 2 晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線3. 波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量原理（測(cè)量線的基本測(cè)量原理） (1) 原理 當(dāng)負(fù)載與測(cè)量線匹配時(shí)測(cè)量線內(nèi)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(guò)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zmin 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。(2) 測(cè)量 測(cè)得一組駐波最小點(diǎn)位置z1，z2，z3，z4 計(jì)算波導(dǎo)波長(zhǎng)： 計(jì)算工作波長(zhǎng)：c 為截止波長(zhǎng)。一般波導(dǎo)工作在主模狀態(tài)，其c =2a 。（波導(dǎo)型號(hào)為BJ-100，其寬邊為a =22.86 mm。） 信號(hào)源工作頻率：三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 開

7、通測(cè)試系統(tǒng) 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)置方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置； 調(diào)節(jié)整個(gè)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(zhǎng)測(cè)量 從負(fù)載端開始旋轉(zhuǎn)測(cè)量線上整個(gè)探頭位置，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zmin0； 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)探頭，得到一組指示最小點(diǎn)位置z1，z2，z3，z4 ，反復(fù)測(cè)3次，記入表1； 計(jì)算出波導(dǎo)波長(zhǎng)g，f； 用頻率計(jì)測(cè)量信號(hào)源工作頻率； 對(duì)比工作頻率的實(shí)際測(cè)量結(jié)果和計(jì)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(cè)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(cè)量頻率(GHz)9.389.409.39 =48.15mm=33.15mmf=9.05GHz=9.423GHzf=0.37GHz五、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。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(dòng)的探針。它在微波測(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傳輸線、探頭、傳動(dòng)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(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。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。實(shí)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)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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)有電壓駐波比和復(fù)反射系數(shù)。1. 駐波比及反射系數(shù)的測(cè)量 (1) 駐波比在平方律檢波

10、，即n = 2時(shí) 在n2時(shí)(2) 終端復(fù)反射系數(shù) 模值|l| 相位l (3) 終端負(fù)載阻抗：其中， 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 等效參考面的選取與波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量 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)置方波）狀態(tài)，將衰減器調(diào)整到合適位置； 調(diào)節(jié)整個(gè)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(fù)載開始，旋轉(zhuǎn)測(cè)量線上的探針位置，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zmin0 ； 測(cè)出波導(dǎo)波長(zhǎng)。 2. 駐波比測(cè)量 終端接待測(cè)負(fù)載，探針從zmin0 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

11、Imin 和Imax； 3. 反射系數(shù)的測(cè)量 終端接上待測(cè)負(fù)載，探針從zmin0 開始向信號(hào)源方向旋轉(zhuǎn)，記錄波節(jié)點(diǎn)的位置zmin。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析zmin0 = 79.10mm表格 3位置讀數(shù)/mm測(cè)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(cè)量次數(shù)IminImax12.544122.524332.5042表格 5位置讀數(shù)/mm測(cè)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(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)證了波導(dǎo)波長(zhǎng)，用測(cè)量出的參數(shù)與實(shí)驗(yàn)2比較，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 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)量、分析和計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 理解可變短路器實(shí)現(xiàn)開路的原理； 2. 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； 3. 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)。二、實(shí)驗(yàn)原理 1. S 參數(shù)(1) 測(cè)量方法三點(diǎn)測(cè)量法；

13、(2) 測(cè)量原理對(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。圖 3 雙口網(wǎng)絡(luò)設(shè)終端接負(fù)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(shí)際測(cè)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(dòng)短路器實(shí)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(shí)驗(yàn)步驟1. 將匹配負(fù)載接在測(cè)量線終端，并將測(cè)量線調(diào)整到最佳工作狀態(tài)； 2. 將短路片接在測(cè)量線終端，從測(cè)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(shí)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(cè)網(wǎng)絡(luò)，終端再接上匹配負(fù)載，測(cè)此時(shí)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(cè)得此時(shí)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(cè)得此時(shí)的反射系數(shù)o ； 8. 計(jì)算 S參數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理Zmin0=79.10mm l1=5.71mm l2=24.71mm參數(shù)測(cè)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.