微波技術基礎實驗指導書

1、微波技術基礎實驗指導書實驗一 微波測量系統的了解與使用實驗性質：驗證性 實驗級別：必做開課單位： 學 時：2學時一、實驗目的：1了解微波測量線系統的組成，認識各種微波器件。2學會測量設備的使用。二、實驗器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實驗內容：1了解微波測試系統2學習使用測量線四、基本原理：圖1。1 微波測試系統組成1信號源信號源是為電子測量提供符合一定技術要求的電信號的設備，微波信號源是對各種相應測量設備或其它電子設備提供微波信號。常用微波信號源可分為：簡易信號發(fā)生器、功率信號發(fā)生器、標準信號發(fā)生器和掃頻信號發(fā)生器。本實驗采用DH1121A型

2、3cm固態(tài)信號源。2選頻放大器當信號源加有1000Hz左右的方波調幅時，用得最多的檢波放大指示方案是“選頻放大器”法。它是將檢波輸出的方波經選頻放大器選出1000Hz基波進行高倍數放大，然后再整為直流，用直流電表指示。它具有極高的靈敏度和極低的噪聲電平。表頭一般具有等刻度及分貝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。選頻放大器也叫測量放大器。3測量線3厘米波導測量線由開槽波導、不調諧探頭和滑架組成。開槽波導中的場由不調諧探頭取樣，探頭的移動靠滑架上的傳動裝置，探頭的輸出送到顯示裝置，就可以顯示沿波導軸線的電磁場的變化信息。4可變衰減器為了固定傳輸系統內傳輸功率的功率電平，傳輸系統內必須接入衰減器，對微波

3、產生一定的衰減，衰減量固定不變的稱為固定衰減器，可在一定范圍內調節(jié)的稱為可變衰減器。衰減器有吸收衰減器、截止衰減器和極化衰減器三種型式。實驗中采用的吸收式衰減器，是利用置入其中的吸收片所引起的通過波的損耗而得到衰減的。一般可調吸收式衰減器的衰減量可在0到30-50分貝之間連續(xù)調節(jié)，其相應的衰減量可在調節(jié)機構的度盤上讀出（直讀式），或者從所附的校正曲線上查得。五、實驗步驟：1了解微波測試系統11觀看如圖裝置的的微波測試系統。12觀看常用微波元件的形狀、結構，并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如：鐵氧體隔離器、衰減器、直讀式頻率計、定向耦合器、晶體檢波架、全匹配負載、波導同軸轉換器等。2了

4、解測量線結構，掌握各部分功能及使用方法。21按圖檢查本實驗儀器及裝置。22將微波衰減器置于衰減量較大的位置（約20至30dB），指示器靈敏度置于較低位置，以防止指示電表偶然過載而損壞。23調節(jié)信號源頻率，觀察指示器的變化。24調節(jié)衰減器，觀察指示器的變化。25調節(jié)滑動架，觀察指示器的變化。六、預習與思考：總體復習微波系統的知識，熟悉各種微波元器件的構造及原理特點。實驗二 駐波系數的測量實驗性質：綜合性 實驗級別：必做開課單位： 學時：2學時一、實驗目的：1理解測量大、中電壓駐波比的原理和常用方法。2掌握用直接法測量小駐波比的方法。二、實驗器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選

5、頻放大器6各種微波器件三、實驗內容：測量無耗小駐波比微波元件的電壓駐波比。四、基本原理：圖2.1 直接法測電壓駐波比方框圖微波元件的電壓駐波比是傳輸線中電場最大值與最小值之比，表示為 （2.1） 1 直接法該方法適用于測量中小電壓駐波比。當駐波系數不大于6時，可直接沿測量線測量駐波最大點和最小點的場強得到，故稱為直接法。直接法測電壓駐波比方框圖如圖2.1所示。被測器件接在測量線的終端，這時測量線中電場的縱向分布如圖2.2所示。圖2.2 測量線電場分布圖當測量線的探針沿縱向移動時，波腹點和節(jié)點指示電表讀數分別為Umax和Umin。晶體二極管為平方律檢波時，則有： （22）當駐波比1.05<

6、<1.5時，Umax和Umin相差不大，且波腹和波節(jié)平坦，難以準確測定。為了提高測量精度，可移動探針測出幾個波腹和波節(jié)的數據，然后取平均值。 （2.3）當駐波比1.5 <<6時可直接讀出場強最大值和最小值。2功率衰減法功率衰減法適用于測量大、中電壓駐波比（>6）。當測量線的駐波比大于6時，駐波最大點和最小點的場強相差很大。如果在最小點，檢波晶體的輸出能使指示電表有足夠大的偏轉，那么，在最大點，檢波晶體的檢波特性將從平方律變成直線律。若減小微波的輸入電平，則最小點的讀數又太小，不易測準，且易受零點漂移的影響，故在這種情況下用直接法測量的誤差較大。下面簡要介紹功率衰減法的原

7、理。它可用精密可變衰減器測量駐波腹點和節(jié)點兩個位置上的電平差。改變測量系統中精密可變衰減器的衰減量，使探針位于駐波腹點和節(jié)點時指示電表的讀數相同，則駐波比可用下式計算： （2.4）Amax和Amin分別表示精密衰減器衰減量的分貝值。五、實驗步驟：1微波測試系統調整（1）檢查測試系統，測量線終端接匹配負載，開啟電源，預熱各儀器。（2）按操作規(guī)程使信號源工作在方波調制狀態(tài)，并獲得最佳輸出。（3）調整測量線，調諧探針電路，使測量線工作在最佳工作狀態(tài)。調整輸入電平，使晶體管工作在平方律檢波范圍內。2 用直接法測量開口波導及單螺釘的電壓駐波比（1）測量線終端開口，移動探針至駐波腹點，調整指示器靈敏度，使

8、指示電表讀數達到滿度。（2）分別測定駐波腹點和節(jié)點的幅值Umax和Umin，并列表記錄數據。（3）測量線終端接單螺調配器和匹配負載，單螺釘穿伸度約2.5mm。重復步驟（1）、（2）,并測量兩次，記錄數據。表2。1 波腹波節(jié)處的電壓值12345UmaxUmin六、預習與思考：1復習均勻傳輸線理論，了解傳輸線上電壓電流的分布情況2熟悉各實驗步驟，以加快測量速度。3駐波的節(jié)點與腹點如何選?。繉嶒炄?阻抗的測量實驗性質：綜合性 實驗級別：必做開課單位： 學時：2學時一、實驗目的：1掌握用測量線測量阻抗的原理和方法。2進一步掌握阻抗圓圖的用法。二、實驗器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線

9、5選頻放大器6各種微波器件三、實驗內容：1調整微波測試系統2測量阻抗四、基本原理：微波元器件或天線系統的輸入阻抗是微波工程中的重要參數，因而阻抗測量也是重要內容之一，本實驗學習用測量線測量單端口微波元件輸入阻抗的方法。 根據傳輸理論，傳輸系統中駐波分布與終端負載阻抗直接有關，表征駐波特性的兩個參量，駐波比及相位與負載阻抗的關系： (3.1 圖3.1 電壓與相位的關系圖3.2 等效截面法上式左端為歸一化負載阻抗，即單端口微波元件的輸入阻抗，為駐波比。 是終端負載至相鄰駐波節(jié)點的距離，參照圖3.1。因而只需在測量線的輸出端接上待測元件，分別測定駐波比，波導波長及距離，即可用上式或阻抗(或導納圓圖計

10、算待測元件的輸入阻抗(或輸入導納。 實際測量中常用“等效截面法”。首先讓測量線終端短路，沿線駐波分布如圖3.2(a所示，因而移動測量線探針可測得某一駐波節(jié)點位置，它與終端距離為半波長的整數倍n g/2(n=1,2,3，此位置即為待測元件輸入端面在測量線上的等效位置T。當測量線終端換接待測負載時，系統的駐波分布如圖3.2(b所示，由測量線測得左邊(向波源方向的相鄰駐波節(jié)點位置即為終端相鄰駐波節(jié)點的等效位置。所以 (3.2由公式 (3.3可以計算待測元件的輸入阻抗ZL，下圖為導納圓，A點的讀數即為待測元件的歸一化導納，B點的讀數即為歸一化阻抗,如圖3.3所示。圖3。3 歸一化阻抗圓圖圖5.3 歸一

11、化阻抗圓圖圖3。4 實驗裝置圖五、實驗步驟：1 調整微波測量系統 （1）測量線輸出端接匹配負載，調整測量系統。（2）測量線終端換接短路板，用交叉讀數法測量波導波長并確定位于測量線中間的一個波節(jié)點位置，記錄測量數據。2測量電感(或電容膜片及晶體檢波器輸入阻抗（1）取下短路板，測量線輸出端接“電感（或電容）膜片+負載匹配”測出，左邊相鄰駐波節(jié)點的位置，計算，記錄測量數據。 （2）用微波衰減器調整功率電平，使測量線探頭晶體處于平方律檢波范圍。用直接法測量駐波比，記錄數據。（3）根據， ，應用導納圓圖計算“電感(或電容膜片+負載匹配”的歸一化導納。表3.1 數據記錄表六、預習與思考：1、復習均勻傳輸線

12、理論，了解傳輸線上電壓電流的分布情況。2、了解傳輸線不同終端負載的接入情況。3、如果終端負載是感性的，則滑動螺釘與負載的距離必須滿足什么條件？為什么？實驗四 波長和頻率的測量實驗性質：綜合性 實驗級別：必做開課單位： 學時：2學時一、實驗目的：1了解幾種常用的測量頻率和波長的儀器。2掌握測量頻率和波長的基本原理和方法。二、實驗器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實驗內容：1測量微波信號的頻率2測量微波信號的波長四、基本原理：隔離器圖4.1 實驗裝置圖頻率是微波測量的基本參量之一。從原理上說，波長的測量與頻率的測量是有區(qū)別的，前者歸結為長度的測量，后

13、者歸結為時間的測量。根據諧振腔的諧振選頻原理可知，單模諧振腔的諧振頻率決定于腔體尺寸，得用調諧機構的位置對諧振腔進行調諧，使之與待測微波信號發(fā)生諧振，就可以根據諧振時調諧機構的位置，判斷腔內諧振的電磁波的頻率。這就是諧振式頻率計的基本原理。本實驗將頻率計采用吸收式接法。當產生諧振時，諧振腔最大程度的獲取功率，使得輸出幾乎為0，這樣從指示器上可以觀察其諧振或失諧的情況，從而讀出頻率計上指示的讀數。根據傳輸線原理，鄰近兩個腹點或兩個節(jié)點之間的距離為半波長，這樣可根據選頻放大器上顯示的相鄰腹點，從測量線上直接讀出波長。五、實驗步驟：1微波頻率的測量（1）按圖4.1所示的框圖連接實驗系統。（2）將檢波

14、器及檢波指示器接到被測件位置上。（3）用頻率計測出微波信號源的頻率。旋轉頻率計的測微頭，當頻率計與被測頻率諧振時，將出現吸收峰。反映在檢波指示器上的指示是一跌落點(參見圖4.2），此時，讀出頻率計測微頭的讀數，再從頻率計頻率與刻度曲線上查出對應的頻率。檢波指示器指示I諧振點 頻率計測微頭刻度圖4.2頻率計的諧振點曲線 2 波導波長的測量：（1）接開路阻抗，其可變電抗的反射系數接近1，在測量線中入射波與反射波的疊加為接近純駐波的圖形，如圖4.3所示，只要測得駐波相鄰節(jié)點的位置L1、L2，由，即可求得波導波長g。表4.1 相鄰節(jié)點位置數據表L1L2g（2）接短路阻抗。測量駐波相鄰腹點的位置L1、L

15、2，由，即可求得波導波長g。表4.2 相鄰腹點位置數據表L1L2g六、預習與思考：1復習均勻傳輸線理論，了解傳輸線上電壓電流的分布情況。2用傳輸線理論分析測量波長與頻率的原理。實驗五 微波功率的測量實驗性質：綜合性 實驗級別：必做開課單位：信息與通信工程學院 學時：2學時一、實驗目的：1了解不同大小程度的功率測量方法。2了解微波功率計按測量原理不同所劃分的幾種類型。3掌握功率測量的基本方法。二、實驗器材：13厘米固態(tài)信號源2隔離器3可變衰減器4測量線5選頻放大器6各種微波器件三、實驗內容：1相對功率測量2絕對功率測量四、基本原理：隔離器圖5.1微波功率測量系統框圖微波功率測量是微波測量的基本測

16、量技術之一,所用儀器稱為微波功率計。通常按功率大小分為如下三種量程范圍:小功率功率電平低于100毫瓦；中功率功率電平由100毫瓦至10瓦；大功率功率電平高于10瓦。按照測量原理可分為以下兩種類型。1吸收式微波功率計。它是利用接在波導或同軸線終端的匹配負載水負載、熱電偶、熱敏電阻等，將微波能量全部吸收轉換為熱，然后根據熱功當量即可算出功率。這類方法測量的是傳輸線終端匹配負載所吸收的微波功率。2通過式微波功率計。它是測量傳輸線中的通過功率而間接推算出功率值的?？衫媒尤攵ㄏ蝰詈掀鞲本€的吸收式功率計也可測出主線中的通過功率。按照微波功率的校準方式可劃分為絕對功率計、相對功率計及功率指示器。五、實驗步驟：按圖5.1連接儀器，使系統正