南昌大學(xué)微波技術(shù)與天線所有實驗報告數(shù)據(jù)完整處理教材

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：專業(yè)班級：年月日實驗一 微波測量系統(tǒng)的認(rèn)識及功率測量一、實驗?zāi)康?. 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(diǎn)頻測量、掃頻測量和時域測量三大類： 點(diǎn)頻測量：信號只能工作在單一頻點(diǎn)逐一進(jìn)行測量； 掃頻測量：在較寬的頻帶內(nèi)測得被測量的頻響特

2、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(jìn)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(fù)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：(1)檢波器(5) 波導(dǎo)彎曲(9) 吸收式衰減器(2)E-T 接頭(6) 波導(dǎo)開關(guān)(10)定向耦合器(3)H-T 接頭(7) 可變短路器(11)隔離器(4)雙 T 接頭(8) 匹配負(fù)載3. 功率測量按圖 1 所示連接微波測量系統(tǒng)，在終端處接

3、上微波小功率計探頭，接通電源 開關(guān)，調(diào)整衰減器，觀察微波功率計指示并作相應(yīng)記錄。三、實驗數(shù)據(jù)及處理表格 1衰減器位置 /mm1.01.52.02.53.03.54.04.5功率計讀數(shù) /mW6.406.336.256.125.845.194.433.39衰減器位置 /mm5.05.56.06.57.07.58.08.5功率計讀數(shù) /mW2.241.641.040.610.340.140.050.01衰減器指示與功率指示關(guān)系曲線圖 2 衰減器指示與功率指示關(guān)系曲線實驗二 微波波導(dǎo)波長、頻率的測量、分析和計算一、實驗?zāi)康?. 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

4、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(zhǔn)：(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(zhǔn)。(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

5、， 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(zhǔn)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(diǎn)的距離， Umax 為波腹點(diǎn)電壓， g 為傳輸線上波長。 ) 傳輸線上晶體檢波電流的表達(dá)式為：根據(jù)上式得到晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線：圖 3 晶體檢波器的校準(zhǔn)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(fù)載與測量線匹配時測

6、量線內(nèi)是行波； 當(dāng)負(fù)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(diǎn)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(diǎn)位置 z1， z2，z3，z4 計算波導(dǎo)波長：z3zmin 0z2zmin 02 計算工作波長：gcgcc 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：3 108三、實驗步驟1. 開通測試系統(tǒng) 連接微波測量系統(tǒng)，終端接上短路負(fù)載； 打開信號源、選頻放大器的電源，將信號

7、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(fù)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(diǎn)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 2位置讀數(shù)測量次數(shù)Z1(mm)Z2(mm)Z3(mm)1101.30123.80146.102101.1

8、0123.70146.003101.20123.60145.90Z1= 101.20mm Z2 =123.70mmZ3 =146.00mm表格 3測量頻率f1f2f3(GHz)9.399.409.39g =48.15mm=33.15mm f=9.05GHzf1 f2 f 3f3 =9.423GHzf=0.37GHz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?zāi)康?. 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。、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

9、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U maxU minmin在平方律檢波，即 n = 2 時U max maxUminmax1max2max nI min1min1I min 2I min n在 n2 時maxminI max1max2min 2(2) 終端復(fù)反射系數(shù) 模值 | l| 相位 lzmin n42n 1 g4（3）終端負(fù)載阻抗：Zl ZTE101 j tan zmin1 j tan zmin1其中，1201 2a 2ZTE10三、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(fù)載； 打開信號源、選頻

10、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(fù)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(fù)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 Imin 和 Imax；3. 反射系數(shù)的測量 終端接上待測負(fù)載，探針從 zmin0 開始向信號源方向旋轉(zhuǎn)，記錄波節(jié) 點(diǎn)的位置 zmin。四、實驗數(shù)據(jù)及分析zmin0 = 79.10mm10表格 4

11、位置讀數(shù) /mm測量次數(shù)Z1Z2Z31101.00124.00145.702101.00124.01145.603101.00123.09145.80表格 5指示表讀數(shù) /uA 測量次數(shù)IminImax12.534222.504032.5343表格 6位置讀數(shù) /mm測量次數(shù)Zmin1Zmin2Zmin3191.6114.0135.4291.5114.3135.3391.7114.1135.5=4.07|l|=0.61gg =44.37mm l =5.26=23.08mmZTE10 =139.53=86.66Zl=139.53*(4.23+j3.056)11實驗四 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測量、分析和計

12、算、實驗?zāi)康?. 理解可變短路器實現(xiàn)開路的原理；2. 學(xué)會不同負(fù)載下的反射系數(shù)的測量、分析和計算；3. 學(xué)會利用三點(diǎn)法測量、分析和計算微波網(wǎng)絡(luò)的 S參數(shù)、實驗原理1. S 參數(shù)(1) 測量方法 三點(diǎn)測量法；(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 4 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：b1S11a1S12 lb2b2S12a1S22 lb2于是輸入端處的反射系數(shù)為： 解出：12S11mS122ina1S12 l1 S22 l2 m s o

13、m0s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5三、實驗步驟1. 將匹配負(fù)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)榱悖儆浵驴勺兌搪菲魑恢胠2 ；5. 接上待測網(wǎng)絡(luò)，終端再接上匹配負(fù)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=(l 1+l2)/2 ，測得此時的反射系數(shù) o ；8. 計算 S參數(shù)。13四、實驗數(shù)據(jù)及處理Zmin0=79.10mml1=5.71mml 2=24.71mm參數(shù)測量次數(shù)Imin/uAImax/uAZmin1/mm匹配18.548.5428.548