3微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試方法解析

1、東北師范大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院（網(wǎng)絡(luò)教育）實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)習(xí)中心： 通榆縣職業(yè)教育中心奧鵬學(xué)習(xí)中心 專業(yè)名稱： 物理學(xué) 課程名稱： 近代物理實(shí)驗(yàn) *學(xué) 號(hào)： 201106988253 姓 名： 李大新 2 0 1 4 年 8 月 17日?qǐng)?bào)告正文課程名稱：近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期： 2014 年8 月17 日 編號(hào)NO： 3 開始時(shí)間： 7時(shí) 40分； 結(jié)束時(shí)間：9 時(shí)30 分；實(shí)驗(yàn)題目：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與頻率測(cè)量同 組 者：高永學(xué)實(shí)驗(yàn)題目：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與頻率測(cè)量作者及工作單位：李大新 吉林省通榆縣第一中學(xué)內(nèi)容提要：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試方法探索與頻率測(cè)量關(guān)鍵詞：微波 頻率 測(cè)量 調(diào)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1了

2、解微波測(cè)量系統(tǒng)的基本組成，學(xué)會(huì)一般的調(diào)試方法。2了解反射速調(diào)管微波信號(hào)源原理及特性，掌握調(diào)整參數(shù)使微波源實(shí)現(xiàn)最佳工作狀態(tài)的方法。3了解微波諧振腔的基本特性，掌握測(cè)量諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的基本方法。4學(xué)會(huì)用諧振腔波長(zhǎng)表測(cè)量微波頻率。實(shí)驗(yàn)原理：一微波測(cè)量系統(tǒng)微波測(cè)量系統(tǒng)通常由等效電源、測(cè)量裝置、指示儀器三部分組成。微波等效電源部分即微波發(fā)送器，包括微波信號(hào)源、工作狀態(tài)（頻率、功率等）監(jiān)視單元、隔離器等。測(cè)量裝置部分也稱測(cè)量電路，包括測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（如晶體檢波架、功率插頭等）。測(cè)量指示儀器是顯示測(cè)量信號(hào)特性的儀表，如直流電流表、測(cè)

3、量放大器、選頻放大器、功率計(jì)、示波器、數(shù)字頻率計(jì)等。圖2 反射式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)原理二反射速調(diào)管微波信號(hào)源微波信號(hào)源有許多類型，本實(shí)驗(yàn)中使用的是反射式速調(diào)管信號(hào)源1反射速調(diào)管的工作原理反射式速調(diào)管有陰極、陽極（諧振腔）、反射極三個(gè)電極，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。陰極發(fā)射電子；陽極利用耦合環(huán)和同軸線輸出微波功率；反射極用以反射電子。由陰極發(fā)出電子束，受直流電場(chǎng)加速后，進(jìn)入諧振腔。電子以不同的速度從諧振腔飛出來而進(jìn)入反射極空間。在諧振腔和反射極間的直流排斥電場(chǎng)，使電子未飛到反射極就停下來，反射回諧振腔。2反射式速調(diào)管的工作特性和工作狀態(tài)在一定條件下，反射式速調(diào)管的功率和頻率特性曲線如圖3所示。（1）反射式速

4、調(diào)管只有在某些特定的反射極電壓值才能振蕩。有振蕩輸出功率的區(qū)域叫做速調(diào)管的振蕩模，用n表示震蕩模的序號(hào)。（2）對(duì)于振蕩模，當(dāng)反射極電壓VR變化時(shí)，速調(diào)管的輸出功率P和振蕩頻率f都隨之變化。（3）輸出功率最大的振蕩模叫最佳振蕩模（圖3中n3的振蕩模）。（4）各個(gè)振蕩模的中心頻率f0相同通常稱為速調(diào)管的工作頻率。通常調(diào)整速調(diào)管的振蕩頻率有電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧兩種方法?？衫梅瓷錁O電壓的變化無慣性的進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，這種方法稱為“電子調(diào)諧”。如果要在比較大的范圍內(nèi)改變速調(diào)管的振蕩頻率，采用“機(jī)械調(diào)諧”的方法，改變腔體的固有諧振頻率。反射式速調(diào)管的工作狀態(tài)一般有三種：連續(xù)振蕩狀態(tài)、方波調(diào)幅狀態(tài)、鋸齒波調(diào)頻狀

5、態(tài)。（1）連續(xù)振蕩工作狀態(tài)在反射極上不加任何調(diào)制電壓使反射式速調(diào)管處在最佳工作狀態(tài)。（2）方波（或矩形脈沖）調(diào)幅工作狀態(tài)。使速調(diào)管處在連續(xù)振蕩最佳位置，從連續(xù)狀態(tài)變到調(diào)幅狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)方波幅度使輸出功率為連續(xù)狀態(tài)的一半，此時(shí)幅度合適。（3）鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)速調(diào)管反射極電壓的直流工作點(diǎn)選擇在某一振蕩模的功率最大點(diǎn)，當(dāng)鋸齒波的幅度比振蕩模的寬度小得多時(shí)，可以得到近似直線性的調(diào)頻信號(hào)輸出，而附加的調(diào)幅很小。 圖3三諧振腔的基本參數(shù)1諧振頻率描述電磁能量在諧振腔中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理量，指在諧振腔中激起的電磁振蕩的工作頻率。2品質(zhì)因數(shù)描述諧振系統(tǒng)頻率選擇性的優(yōu)劣及電磁能量損耗程度的一個(gè)物理量。包括諧振腔品質(zhì)

6、因數(shù)、有載品質(zhì)因數(shù)、外界品質(zhì)因數(shù)。3耦合系數(shù)諧振腔與外界耦合的強(qiáng)弱，引入的概念，定義為外界電路中的耗能與諧振腔中的耗能之比。   四諧振腔Q值的測(cè)量測(cè)量微波諧振腔Q值的常用方法有功率傳輸法、功率反射法、示波器法等。五微波頻率的測(cè)量諧振腔波長(zhǎng)表可用兩種不同方法與微波系統(tǒng)連接：傳輸型方法和吸收型方法。吸收式波長(zhǎng)表的諧振腔只有一個(gè)輸入端與能量傳輸線相接，調(diào)諧是從能量傳輸線路接收端的指示器的讀數(shù)的降低而看出的，如圖7（b）所示。圖7 諧振腔波長(zhǎng)表與測(cè)量系統(tǒng)的連接及相應(yīng)的諧振曲線實(shí)驗(yàn)器材：反射速調(diào)管微波信號(hào)源、隔離器、諧振腔波長(zhǎng)表、可變衰減器、波導(dǎo)測(cè)量線、環(huán)形器、諧振腔、單螺釘調(diào)配器

7、、匹配負(fù)載、短路片、晶體檢波器、檢波指示器，雙蹤示波器、選頻放大器、數(shù)字萬用表等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1微波測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)熟悉微波測(cè)量系統(tǒng)的基本組成和各種微波元件，了解其作用、主要性能及使用方法。2微波測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)所用微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成如圖8所示。（1）測(cè)量系統(tǒng)基本匹配狀態(tài)的調(diào)整開啟速調(diào)管電源預(yù)熱3分鐘。調(diào)節(jié)反射極電壓，使速調(diào)管進(jìn)入振蕩工作模區(qū)。調(diào)整系統(tǒng)的始端、終端的短路活塞，使檢波指示器的指示為最大。這時(shí)，微波測(cè)量系統(tǒng)大致處于匹配狀態(tài)。微波信號(hào)源波長(zhǎng)表可變衰減器晶體檢波器隔離器檢波指示器或示波器圖8 實(shí)驗(yàn)用微波測(cè)量系統(tǒng)（2）反射速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)的觀測(cè)在連續(xù)振蕩（等幅）工作狀態(tài)下，測(cè)量諧振

8、腔電壓即陽極Vo，從0250V逐步增加反射極電壓VR，確定反射速調(diào)管工作模區(qū)，參考圖3。測(cè)出輸出功率的最大值Pmax、功率為零和最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的反射極電壓VR，畫出輸出功率與反射極電壓的關(guān)系曲線。測(cè)量輸出功率最大的工作模區(qū)的中心振蕩頻率f0。調(diào)節(jié)反射極電壓，當(dāng)信號(hào)源輸出功率最大時(shí)，測(cè)量吸收式諧振腔波長(zhǎng)表的諧振曲線，確定中心振蕩頻率。微調(diào)反射極電壓改變量為±5V，重新測(cè)量振蕩頻率f，觀察反射極電壓，求P/|Vr|和f/|Vr|。（3）反射速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)的觀測(cè)在“鋸齒波”調(diào)制工作方式下，連續(xù)緩慢地改變反射極電壓，仔細(xì)調(diào)節(jié)晶體檢波器的短路活塞和調(diào)配螺釘，使示波器上的工作模區(qū)圖形對(duì)稱

9、，輸出最大。測(cè)出功率最大的工作模區(qū)的中心振蕩頻率，觀察并記錄示波屏上圖形。調(diào)節(jié)“調(diào)制幅度”增大鋸齒波電壓，觀測(cè)工作模區(qū)圖形的變化情況。測(cè)量中心振蕩頻率時(shí)可調(diào)節(jié)吸收式波長(zhǎng)表，直至工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一下降峰。這時(shí)，波長(zhǎng)表上讀數(shù)刻度對(duì)應(yīng)的頻率即為工作模區(qū)波形的中心頻率f0。調(diào)節(jié)反射極電壓用波長(zhǎng)表測(cè)量半功率點(diǎn)的頻率f1和f2以及對(duì)應(yīng)的反射極電壓VR1和VR2，則反射式速調(diào)管的電子協(xié)調(diào)寬度為：則反射速調(diào)管的電子調(diào)諧靈敏度為 （14）（4）反射速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)的觀測(cè)首先，在最佳連續(xù)振蕩工作條件下，緩慢調(diào)節(jié)反射極電壓使輸出功率逐漸下降為0；其次， 在“方波”調(diào)制工作方式下， 調(diào)節(jié)“調(diào)制幅

10、度”逐步增大方波電壓，直到輸出功率最大。在整個(gè)調(diào)整過程中，觀察示波屏上圖形，測(cè)量振蕩頻率，記錄波形變化情況，并加以解釋。數(shù)據(jù)處理：1.反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)觀測(cè)。功率電壓數(shù)據(jù)如下表所示： 表一 反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)數(shù)據(jù)表VR/V1824284048567688I/A09.400220036.2VR/R98132146159220236253I/A00480050.20由上表作UI曲線有 圖9 反射式速調(diào)管工作模區(qū)UI曲線圖 分析：如圖所示，反射式速調(diào)管并非在任意的反射級(jí)電壓值下都產(chǎn)生震蕩，只有在某些特定的電壓下才能產(chǎn)生震蕩，從圖中可以看出各振蕩模的基本規(guī)律都是相同的，輸出功率都實(shí)

11、現(xiàn)增大后減小至零，且最大輸出功率對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的頻率值f0 .實(shí)驗(yàn)測(cè)得中心振蕩頻率f0 的波長(zhǎng)0=8.86mm,查表得f0=9210（MHz）。實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大功率附近±5V對(duì)應(yīng)檢波電流，列出表二： 表二 反射極電壓，振蕩頻率和功率數(shù)據(jù)表-VR /V141146151I/uA43.248.542.8/mm8.928.868.71f/MHz920292109228由表可知P/VR =(48.5-43.2)/(146-141)= 1.06f/VR =(9210-9202)/(146-141)= 1.62.反射式速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)的觀測(cè)。調(diào)節(jié)儀器得下圖： 上圖凸起的波形為鋸齒波的模，表示有

12、功率輸出。選擇較大的一個(gè)模，調(diào)節(jié)吸收式波長(zhǎng)表。工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一個(gè)下降峰：由上圖可知，下降峰表示能量被吸收，即產(chǎn)生了諧振。此時(shí)下降峰最大，諧振最大。此時(shí)調(diào)諧尺寸為8.82mm.查表得中心振蕩頻率f0 =9210MHz.根據(jù)檢波特性求得 f1,f2-VR1=148V 1=9.01mm f1=9190 MHz-VR2=173V 2=8.65mm f2=9210 MHz則反射式速調(diào)管電子調(diào)諧寬度為:=9190-9210=20MHz電子調(diào)諧靈敏度為:=20÷25=0.8MHzv3.反射式速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)的觀測(cè)在方波狀態(tài)下，調(diào)節(jié)調(diào)制幅度，至輸出功率最大，此時(shí)示波屏上的圖案如下圖所示

13、：此時(shí)： =8.85mm f=9210 MHz上圖不是嚴(yán)格的方波，可能原因?yàn)樗〉梅瓷錁O電壓不是最佳。思考與討論：1. 反射式速調(diào)管有哪幾種工作狀態(tài)？應(yīng)分別選用什么儀表作指示器？答：一般有三種：連續(xù)振蕩(等幅)狀態(tài)，方波（或矩形脈沖）調(diào)幅狀態(tài)和鋸齒波（或正弦波）調(diào)幅狀態(tài)?？墒褂脵z波指示器觀察連續(xù)振蕩狀態(tài)，示波器觀察方波和鋸齒波調(diào)幅狀態(tài)。2. 調(diào)整反射式速調(diào)管微波信號(hào)源的工作頻率有哪幾種常用方法？答：通常調(diào)整速調(diào)管的振蕩頻率有電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧兩種方法?！半娮诱{(diào)諧”是改變反射極電壓，使電子渡越時(shí)間改變，電子團(tuán)的電納改變，速調(diào)管的振蕩頻率也隨之改變，同樣也可以改變陽極電壓從而改變速調(diào)管的振蕩頻率。

14、“機(jī)械調(diào)諧”是通過改變腔的大小和形狀，從而改變其腔體的固有諧振頻率。3. 一個(gè)典型的微波測(cè)量系統(tǒng)一般包括哪幾部分？簡(jiǎn)述其主要元件、儀器設(shè)備。答：微波測(cè)量系統(tǒng)通常由等效電源、測(cè)量裝置、指示儀器三部分組成。微波等效電源部分即微波發(fā)送器，包括微波信號(hào)源、工作狀態(tài)（頻率、功率等）監(jiān)視單元、隔離器等。測(cè)量裝置部分也稱測(cè)量電路，包括測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（如晶體檢波架、功率插頭等）。測(cè)量指示儀器是顯示測(cè)量信號(hào)特性的儀表，如直流電流表、測(cè)量放大器、選頻放大器、功率計(jì)、示波器、數(shù)字頻率計(jì)等。4. 微波諧振腔波長(zhǎng)表測(cè)量頻率的基本原理是什么？答：諧振腔波長(zhǎng)表

15、可用兩種不同方法與微波系統(tǒng)連接：傳輸型方法（最大讀數(shù)法）和吸收型法（最小讀數(shù)法）。傳輸式諧振腔有兩個(gè)耦合元件，一個(gè)將能量從微波系統(tǒng)輸入諧振腔，另一個(gè)將能量從諧振腔輸出到指示器，當(dāng)諧振腔調(diào)諧于待測(cè)頻率時(shí)，能量傳輸最大，指示器的讀數(shù)也是最大。吸收式波長(zhǎng)表的諧振腔只有一個(gè)輸入端與能量傳輸線相接，調(diào)諧是從能量傳輸線路接收端的指示器的讀數(shù)的降低而看出的。5. 有時(shí)晶體檢波器在速調(diào)管和檢波二極管都完好的情況下，會(huì)出現(xiàn)輸出信號(hào)很小的現(xiàn)象，如何調(diào)節(jié)？答：（1）速調(diào)管并沒有處于工作模區(qū)，而處于非工作模區(qū)，此時(shí)輸出功率很低，接近于零，方法是：調(diào)節(jié)速調(diào)管電壓，當(dāng)指示器的示數(shù)變到到最大時(shí)，即得到了匹配狀態(tài)。（2）為了

16、調(diào)大信號(hào)可適當(dāng)調(diào)節(jié)衰減器，并且調(diào)節(jié)反射極電壓以及始、終端短路活塞，使輸出增大。 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過本實(shí)驗(yàn)，了解到微波測(cè)量系統(tǒng)的基本組成，并對(duì)各部件的用法有了了解。 學(xué)會(huì)了如何調(diào)節(jié)“匹配狀態(tài)”，并在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試了系統(tǒng)的匹配狀態(tài)，并對(duì)匹配狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)量。 觀察測(cè)量了反射式速調(diào)管的三種不同工作狀態(tài)，并分別測(cè)量了中心振蕩頻率f. 在測(cè)量中心振蕩頻率中，利用了多種測(cè)量方法，波長(zhǎng)表法，示波器法，以及方法狀態(tài)下最佳振蕩的方法。參考文獻(xiàn)：實(shí)驗(yàn)題目：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試與頻率測(cè)量作者及工作單位：李增奇 山西省介休市義安一中內(nèi)容提要：微波測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試方法探索與頻率測(cè)量關(guān)鍵詞：微波 頻率 測(cè)量 調(diào)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1了解微波測(cè)

17、量系統(tǒng)的基本組成，學(xué)會(huì)一般的調(diào)試方法。2了解反射速調(diào)管微波信號(hào)源原理及特性，掌握調(diào)整參數(shù)使微波源實(shí)現(xiàn)最佳工作狀態(tài)的方法。3了解微波諧振腔的基本特性，掌握測(cè)量諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的基本方法。4學(xué)會(huì)用諧振腔波長(zhǎng)表測(cè)量微波頻率。實(shí)驗(yàn)原理：一微波測(cè)量系統(tǒng)微波測(cè)量系統(tǒng)通常由等效電源、測(cè)量裝置、指示儀器三部分組成。微波等效電源部分即微波發(fā)送器，包括微波信號(hào)源、工作狀態(tài)（頻率、功率等）監(jiān)視單元、隔離器等。測(cè)量裝置部分也稱測(cè)量電路，包括測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（如晶體檢波架、功率插頭等）。測(cè)量指示儀器是顯示測(cè)量信號(hào)特性的儀表，如直流電流表、測(cè)量放大器

18、、選頻放大器、功率計(jì)、示波器、數(shù)字頻率計(jì)等。圖2 反射式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)原理二反射速調(diào)管微波信號(hào)源微波信號(hào)源有許多類型，本實(shí)驗(yàn)中使用的是反射式速調(diào)管信號(hào)源1反射速調(diào)管的工作原理反射式速調(diào)管有陰極、陽極（諧振腔）、反射極三個(gè)電極，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。陰極發(fā)射電子；陽極利用耦合環(huán)和同軸線輸出微波功率；反射極用以反射電子。由陰極發(fā)出電子束，受直流電場(chǎng)加速后，進(jìn)入諧振腔。電子以不同的速度從諧振腔飛出來而進(jìn)入反射極空間。在諧振腔和反射極間的直流排斥電場(chǎng)，使電子未飛到反射極就停下來，反射回諧振腔。2反射式速調(diào)管的工作特性和工作狀態(tài)在一定條件下，反射式速調(diào)管的功率和頻率特性曲線如圖3所示。（1）反射式速調(diào)管只有

19、在某些特定的反射極電壓值才能振蕩。有振蕩輸出功率的區(qū)域叫做速調(diào)管的振蕩模，用n表示震蕩模的序號(hào)。（2）對(duì)于振蕩模，當(dāng)反射極電壓VR變化時(shí)，速調(diào)管的輸出功率P和振蕩頻率f都隨之變化。（3）輸出功率最大的振蕩模叫最佳振蕩模（圖3中n3的振蕩模）。（4）各個(gè)振蕩模的中心頻率f0相同通常稱為速調(diào)管的工作頻率。通常調(diào)整速調(diào)管的振蕩頻率有電子調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧兩種方法。可利用反射極電壓的變化無慣性的進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，這種方法稱為“電子調(diào)諧”。如果要在比較大的范圍內(nèi)改變速調(diào)管的振蕩頻率，采用“機(jī)械調(diào)諧”的方法，改變腔體的固有諧振頻率。反射式速調(diào)管的工作狀態(tài)一般有三種：連續(xù)振蕩狀態(tài)、方波調(diào)幅狀態(tài)、鋸齒波調(diào)頻狀態(tài)。（1

20、）連續(xù)振蕩工作狀態(tài)在反射極上不加任何調(diào)制電壓使反射式速調(diào)管處在最佳工作狀態(tài)。（2）方波（或矩形脈沖）調(diào)幅工作狀態(tài)。使速調(diào)管處在連續(xù)振蕩最佳位置，從連續(xù)狀態(tài)變到調(diào)幅狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)方波幅度使輸出功率為連續(xù)狀態(tài)的一半，此時(shí)幅度合適。（3）鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)速調(diào)管反射極電壓的直流工作點(diǎn)選擇在某一振蕩模的功率最大點(diǎn)，當(dāng)鋸齒波的幅度比振蕩模的寬度小得多時(shí)，可以得到近似直線性的調(diào)頻信號(hào)輸出，而附加的調(diào)幅很小。 圖3三諧振腔的基本參數(shù)1諧振頻率描述電磁能量在諧振腔中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理量，指在諧振腔中激起的電磁振蕩的工作頻率。2品質(zhì)因數(shù)描述諧振系統(tǒng)頻率選擇性的優(yōu)劣及電磁能量損耗程度的一個(gè)物理量。包括諧振腔品質(zhì)因數(shù)、有

21、載品質(zhì)因數(shù)、外界品質(zhì)因數(shù)。3耦合系數(shù)諧振腔與外界耦合的強(qiáng)弱，引入的概念，定義為外界電路中的耗能與諧振腔中的耗能之比。   四諧振腔Q值的測(cè)量測(cè)量微波諧振腔Q值的常用方法有功率傳輸法、功率反射法、示波器法等。五微波頻率的測(cè)量諧振腔波長(zhǎng)表可用兩種不同方法與微波系統(tǒng)連接：傳輸型方法和吸收型方法。吸收式波長(zhǎng)表的諧振腔只有一個(gè)輸入端與能量傳輸線相接，調(diào)諧是從能量傳輸線路接收端的指示器的讀數(shù)的降低而看出的，如圖7（b）所示。圖7 諧振腔波長(zhǎng)表與測(cè)量系統(tǒng)的連接及相應(yīng)的諧振曲線實(shí)驗(yàn)器材：反射速調(diào)管微波信號(hào)源、隔離器、諧振腔波長(zhǎng)表、可變衰減器、波導(dǎo)測(cè)量線、環(huán)形器、諧振腔、單螺釘調(diào)配器、匹配負(fù)

22、載、短路片、晶體檢波器、檢波指示器，雙蹤示波器、選頻放大器、數(shù)字萬用表等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1微波測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)熟悉微波測(cè)量系統(tǒng)的基本組成和各種微波元件，了解其作用、主要性能及使用方法。2微波測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)所用微波測(cè)量系統(tǒng)基本組成如圖8所示。（1）測(cè)量系統(tǒng)基本匹配狀態(tài)的調(diào)整開啟速調(diào)管電源預(yù)熱3分鐘。調(diào)節(jié)反射極電壓，使速調(diào)管進(jìn)入振蕩工作模區(qū)。調(diào)整系統(tǒng)的始端、終端的短路活塞，使檢波指示器的指示為最大。這時(shí)，微波測(cè)量系統(tǒng)大致處于匹配狀態(tài)。微波信號(hào)源波長(zhǎng)表可變衰減器晶體檢波器隔離器檢波指示器或示波器圖8 實(shí)驗(yàn)用微波測(cè)量系統(tǒng)（2）反射速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)的觀測(cè)在連續(xù)振蕩（等幅）工作狀態(tài)下，測(cè)量諧振腔電壓即

23、陽極Vo，從0250V逐步增加反射極電壓VR，確定反射速調(diào)管工作模區(qū)，參考圖3。測(cè)出輸出功率的最大值Pmax、功率為零和最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的反射極電壓VR，畫出輸出功率與反射極電壓的關(guān)系曲線。測(cè)量輸出功率最大的工作模區(qū)的中心振蕩頻率f0。調(diào)節(jié)反射極電壓，當(dāng)信號(hào)源輸出功率最大時(shí)，測(cè)量吸收式諧振腔波長(zhǎng)表的諧振曲線，確定中心振蕩頻率。微調(diào)反射極電壓改變量為±5V，重新測(cè)量振蕩頻率f，觀察反射極電壓，求P/|Vr|和f/|Vr|。（3）反射速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)的觀測(cè)在“鋸齒波”調(diào)制工作方式下，連續(xù)緩慢地改變反射極電壓，仔細(xì)調(diào)節(jié)晶體檢波器的短路活塞和調(diào)配螺釘，使示波器上的工作模區(qū)圖形對(duì)稱，輸出最

24、大。測(cè)出功率最大的工作模區(qū)的中心振蕩頻率，觀察并記錄示波屏上圖形。調(diào)節(jié)“調(diào)制幅度”增大鋸齒波電壓，觀測(cè)工作模區(qū)圖形的變化情況。測(cè)量中心振蕩頻率時(shí)可調(diào)節(jié)吸收式波長(zhǎng)表，直至工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一下降峰。這時(shí)，波長(zhǎng)表上讀數(shù)刻度對(duì)應(yīng)的頻率即為工作模區(qū)波形的中心頻率f0。調(diào)節(jié)反射極電壓用波長(zhǎng)表測(cè)量半功率點(diǎn)的頻率f1和f2以及對(duì)應(yīng)的反射極電壓VR1和VR2，則反射式速調(diào)管的電子協(xié)調(diào)寬度為：則反射速調(diào)管的電子調(diào)諧靈敏度為 （14）（4）反射速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)的觀測(cè)首先，在最佳連續(xù)振蕩工作條件下，緩慢調(diào)節(jié)反射極電壓使輸出功率逐漸下降為0；其次， 在“方波”調(diào)制工作方式下， 調(diào)節(jié)“調(diào)制幅度”逐步

25、增大方波電壓，直到輸出功率最大。在整個(gè)調(diào)整過程中，觀察示波屏上圖形，測(cè)量振蕩頻率，記錄波形變化情況，并加以解釋。數(shù)據(jù)處理：1.反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)觀測(cè)。功率電壓數(shù)據(jù)如下表所示： 表一 反射式速調(diào)管連續(xù)振蕩工作狀態(tài)數(shù)據(jù)表VR/V1824284048567688I/A09.400220036.2VR/R98132146159220236253I/A00480050.20由上表作UI曲線有 圖9 反射式速調(diào)管工作模區(qū)UI曲線圖 分析：如圖所示，反射式速調(diào)管并非在任意的反射級(jí)電壓值下都產(chǎn)生震蕩，只有在某些特定的電壓下才能產(chǎn)生震蕩，從圖中可以看出各振蕩模的基本規(guī)律都是相同的，輸出功率都實(shí)現(xiàn)增大后

26、減小至零，且最大輸出功率對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的頻率值f0 .實(shí)驗(yàn)測(cè)得中心振蕩頻率f0 的波長(zhǎng)0=8.86mm,查表得f0=9210（MHz）。實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大功率附近±5V對(duì)應(yīng)檢波電流，列出表二： 表二 反射極電壓，振蕩頻率和功率數(shù)據(jù)表-VR /V141146151I/uA43.248.542.8/mm8.928.868.71f/MHz920292109228由表可知P/VR =(48.5-43.2)/(146-141)= 1.06f/VR =(9210-9202)/(146-141)= 1.62.反射式速調(diào)管鋸齒波調(diào)頻工作狀態(tài)的觀測(cè)。調(diào)節(jié)儀器得下圖： 上圖凸起的波形為鋸齒波的模，表示有功率輸出

27、。選擇較大的一個(gè)模，調(diào)節(jié)吸收式波長(zhǎng)表。工作模區(qū)波形圖頂部出現(xiàn)一個(gè)下降峰：由上圖可知，下降峰表示能量被吸收，即產(chǎn)生了諧振。此時(shí)下降峰最大，諧振最大。此時(shí)調(diào)諧尺寸為8.82mm.查表得中心振蕩頻率f0 =9210MHz.根據(jù)檢波特性求得 f1,f2-VR1=148V 1=9.01mm f1=9190 MHz-VR2=173V 2=8.65mm f2=9210 MHz則反射式速調(diào)管電子調(diào)諧寬度為:=9190-9210=20MHz電子調(diào)諧靈敏度為:=20÷25=0.8MHzv3.反射式速調(diào)管方波調(diào)幅工作狀態(tài)的觀測(cè)在方波狀態(tài)下，調(diào)節(jié)調(diào)制幅度，至輸出功率最大，此時(shí)示波屏上的圖案如下圖所示：此時(shí)： =8.85mm f=9210 MHz上圖不是嚴(yán)格的方波，可能原因?yàn)樗〉梅瓷錁O電壓不是最佳。思考與討論：6. 反射式速調(diào)管有哪幾種工作狀態(tài)？應(yīng)分別選用什么儀表作指示器？答：一般有三種：連續(xù)振蕩(等幅)狀態(tài)，方波（或矩形脈沖）調(diào)幅狀態(tài)和鋸齒波（或正弦波）調(diào)幅狀態(tài)。可使用檢波指示器觀察連續(xù)振蕩狀態(tài)，示波器觀察方波和鋸齒波調(diào)幅狀態(tài)。7. 調(diào)整反射式速調(diào)管微波信號(hào)源的工作頻率有哪幾種常用方