微波實驗課件

1、微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短，頻率很高（300MHz300GHz），要求振蕩回路具有非常微小的電感與電容，故不能用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體元件。下面只介紹速調(diào)管（一）反射式速調(diào)管反射式速調(diào)管是一種微波電子管，利用速度調(diào)制方法改變在交變電磁場中電子流的運動速度，從而將直流能量轉(zhuǎn)換為微波能量。它的振蕩頻率能在一定的范圍內(nèi)改變，且容易調(diào)諧，并能做脈沖和頻率調(diào)制。反射速調(diào)管的結(jié)構(gòu)如圖：反射式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)原理圖反射式速調(diào)管K-27的結(jié)構(gòu)和管座圖 陰極發(fā)射電子經(jīng)直流加速電壓加速，以初速度v。通過諧振腔柵網(wǎng)間隙馳向反射極。因反射極對陰極

2、為負(fù)電壓，所以使電子減速，最后將發(fā)射電子折返穿過諧振腔柵網(wǎng)。由于熱擾動等原因，諧振腔柵網(wǎng)存在一高頻交變場,初速為v。的電子穿過柵網(wǎng)時將因受高頻電場作用而加速或減速，如圖所示。 當(dāng)高頻電場為正時，穿過柵網(wǎng)的 電子 受到加速；高頻場為負(fù)時， 穿過柵網(wǎng)電子 受到減速；而高 頻場為零時，穿過柵網(wǎng)的電子 速度不變，這就是速度調(diào)制。當(dāng)電子群回到諧振腔柵網(wǎng)間隙的時候，遇到腔內(nèi)減速高頻場就可把能量交給高頻場，從而使速調(diào)管維持振蕩。當(dāng)群聚中心電子從穿出柵網(wǎng)到返回柵網(wǎng)的渡越時間滿足式0()(，)時,發(fā)生最強的振蕩，式中為高頻振蕩周期，為振蕩模式，受反射級電壓大小控制。（二）微波檢波二極管微波系統(tǒng)中常用硅材料的二極

3、管對輸出信號進行檢波，將微波二極管（檢波晶體）插入波導(dǎo)寬壁中，使它對波導(dǎo)兩寬壁間的感應(yīng)電壓（與該處電場強度成正比）進行檢波。其伏安特性中電流與電壓的關(guān)系式中：比例常數(shù)二極管的檢波率檢波二極管的伏安曲線可分二段來考慮nukIkn(a)小信號段：曲線呈非線性n=2（稱：平方律檢波）(b)大信號段：曲線近似直線n=1（稱：線性檢波）（三）矩形波導(dǎo) 波導(dǎo)管是引導(dǎo)電磁波傳播的空心金屬管，一般是由銅或鋁等良導(dǎo)體材料制成，內(nèi)表面渡銀后可提高導(dǎo)電率，銀層上再渡銠或金可防止銀層氧化。波導(dǎo)管的加工非常精密，內(nèi)表面光潔度要求很高，能避免電磁波多次反射而產(chǎn)生的高次寄生波。常用的有矩形和圓形兩種。矩形波導(dǎo)的寬邊定為X方

4、向，內(nèi)尺寸用a表示，窄邊定為y ，內(nèi)尺寸用b表示，電磁波是沿z方向傳播。為方便對波導(dǎo)內(nèi)場型的了解，通常將x、y方向稱為“橫向”，z方向稱為“縱向”。a與b的數(shù)值一般?。喝值木匦尾▽?dǎo)內(nèi)尺寸應(yīng)為：（四）隔離器微波隔離器是一種特殊的衰減器，隔離器對入射波的衰減很小，對反射波的衰減則很大，兩者之比值稱為“隔離度”。使用隔離器目的在于減小因負(fù)載阻抗變化對振蕩頻率帶來的影響。一般在矩形波導(dǎo)的橫向加上恒定磁場，7 . 0a)35. 03 . 0(bmmmmba16.1086.22放置在波導(dǎo)橫向的鐵氧體片恰好能與反射波產(chǎn)生鐵磁共振，繼而抑制了反射波，而入射波不會產(chǎn)生這種共振吸收。但在做成器件后，隔離器對入

5、射波也會產(chǎn)生一些正向衰減，約為1dB，對反射的反向衰減則大于20dB。使用時務(wù)需認(rèn)清箭頭方向以免裝錯。（五）可變衰減器 可變衰減器可被用來連續(xù)改變傳輸線路中的功率電平，也可當(dāng)作振蕩器與負(fù)載之間的去耦器件。在矩形波導(dǎo)內(nèi)安置的吸收片應(yīng)平行于電場的極化方向，并能做橫向的移動。通常，在不需要做功率衰減時，吸收片是緊帖在波導(dǎo)管窄壁上。吸收片移到寬邊中央時，功率衰減最大，吸收片移動的位置可由衰減器上方刻度盤中顯示出來?？勺兯p器刻度盤上的讀數(shù)與衰減量之間的關(guān)系可用功率計測定。（六）測量線微波測量線是一種通用的微波測量儀器。對微波信號 的檢測中雖然可以在輸出波導(dǎo)管 的后部裝接檢波器或功率計等器 件，但這些負(fù)

6、載在接入終端后駐 波比的改變是在四周封閉的波導(dǎo) 管內(nèi)無法檢測到的。為解決這一問題，必需在矩形波導(dǎo)管寬邊中央，沿波導(dǎo)軸向開啟一個能使耦合探針移動的長槽。檢波頭的探針越槽伸入波導(dǎo)內(nèi)，并由傳動機構(gòu)帶動著沿槽移動。波導(dǎo)中的高頻信號經(jīng)探針耦合后，再經(jīng)測量線內(nèi)部檢波二極管檢波，就能輸出一個與場強相對應(yīng)的信號。一、微波測試系統(tǒng)的認(rèn)識與調(diào)試一、微波測試系統(tǒng)的認(rèn)識與調(diào)試1、了解微波測試系統(tǒng)（如上圖）等效電源部分(即發(fā)送器) 測量裝置部分(即測量電路) 指示器部分(即測量接受器) 2、直觀了解反射式速調(diào)管振蕩器特性。A、按正確步驟開啟電源，改變反射極電壓，觀測速調(diào)管的各個振蕩模（要求：VR從-300V變化到-58

7、0V）。描繪草圖，注明各個振蕩模的峰值以及始點、峰值和終點所對應(yīng)的反射極電壓值。B、逐點測量速調(diào)管最佳振蕩模的功率P和反射極電壓VR的關(guān)系曲線，以及頻率和反射極電壓VR的關(guān)系曲線。緩慢調(diào)諧直讀式頻率計，仔細(xì)觀察功率計的變化，當(dāng)指針出現(xiàn)一突降，頻率計在指針最小偏轉(zhuǎn)時的讀數(shù)即為速調(diào)管振蕩源的工作頻率，記錄頻率計的讀數(shù)。隨即使頻率計失諧。注意事項：1、將速調(diào)管電源置預(yù)熱位置，預(yù)熱至分鐘。諧振腔電壓300），此時mA表上示出諧振腔電流。2、反射速調(diào)管工作在等幅振蕩時，應(yīng)避免反射極電壓為零值,以延長管子的使用壽命。3、實驗完畢，應(yīng)首先切斷反射速調(diào)管諧振腔電壓，然后斷開電源電壓。 二、二、測量線調(diào)整與晶體

8、檢波器校準(zhǔn)測量線調(diào)整與晶體檢波器校準(zhǔn)1、熟悉測量線的使用方法。(1)駐波測量線的調(diào)整(2)波長測量測量波長常見的方法有諧振法和駐波分布法。后者是用駐波測量線測量，當(dāng)測量線終端短路時，傳輸線上形成純駐波,移動測量線探針，測出兩個相鄰駐波最小點之間的距離，即可求得波導(dǎo)波長。. 2、掌握校準(zhǔn)晶體檢波器特性的方法。 在測量駐波比時，駐波波腹和波節(jié)的大小由檢波晶體的輸出信號測出。晶體的檢波電流I和傳輸線探針附近的高頻電壓E的關(guān)系必須正確測定。根據(jù)檢波晶體的非線性特征，可以寫出I=k1En(1)令駐波測量線終端短路，此時沿線各點駐波振幅與終端距離的關(guān)系為E = Emsin2l/g E/Em= sin2l/

9、g 得 =K” sin2l/g n 按E/Em和隨d的變化規(guī)律,即可做出下圖 在 g /4范圍內(nèi)移動探針,使其偏離駐波節(jié)點不同位置l,選取場強相對值 Isin2d/g I=0.1,0.2,0.3,1.0,各點讀取指示電表讀數(shù),即能做出 sin2d/g 關(guān)系曲線,也就是晶體二極管定標(biāo)曲線g max/ EdE dI maxmaxEdEfIdI dkEdIn nEdEIdI maxmax maxmaxlglgEdEnIdI maxmaxlglgEdEIdIn 三、觀察波導(dǎo)管的工作狀態(tài)三、觀察波導(dǎo)管的工作狀態(tài)則, 當(dāng)駐波比1.051.5 駐波的最大值和最小值相差不大,且波腹和波 節(jié)平坦,難以準(zhǔn)確測定.為了提高測量精確度, 可移動探針測出幾個波腹和波節(jié)點的數(shù)據(jù),然后取平