微波技术实验01723.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微波技术实验01723.精品文档.Information Engineering School of Nanchang University实验报告实验课程： 微波技术与天线实验 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 实验一 微波测量仪器认识及功率测量实验目的（1） 熟悉基本微波测量仪器；（2） 了解各种常用微波元器件；（3） 学会功率的测量。实验内容一、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平

2、与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如S参数）。测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统二、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多

3、，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：（1） 检波器 （2）E-T接头 （3）H-T接头 （4）双T接头 （5）波导弯曲 （6）波导开关 （7）可变短路器（8）匹配负载（9）吸收式衰减器 （10）定向耦合器 （11）隔离器实验体会 通过本次实验，熟悉了基本微波测量仪器，了解到各种常用微波元器件，更加深刻的理解到微波元器件的工作原理。实验二 测量线的调整与晶体检波器校准实验目的（1） 学会微波测量线的调整；（2） 学会校准晶体检波器特性的方法；（3） 学会测量微波波导波长和信号源频率。实验原理进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测量系统。图1-1 示出了实验室常用的微波测试系统。系统调整主

4、要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准。信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。1 测量线的调整测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，可测驻波、阻抗、相位、波长等。测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统的工作状态。为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线。实验中测量线的调整一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。2 晶体检波器的校准曲线在微波测量系统中，送至指示

5、器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的，因此要准确测出驻波（行波）系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。晶体二极管的电流I 与检波电压U 的一般关系为 I=CU n (2-1)式中，C 为常数，n 为检波律，U为检波电压。检波电压U 与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律 n 随检波电压U 改变。在弱信号工作（检波电流不大于10 A）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围，n 近似等于1，即直线律。测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电

6、压按正弦律分布，即：式中 ，d 为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，g 为传输线上波长。因此，传输线上晶体检波电流的表达式为根据式（2-3）就可以用实验的方法得到图2-1 所示的晶体检波器的校准曲线。 图 2-1 校准曲线3 波导波长的测量测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内是行波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。因此通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置zmin 便可得到微波信号特性和网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，

7、这样便可通过下式算出波导波长。 由教材P48 ，工作波长与波导波长有如下关系： 式中，c 为截止波长。 一般波导工作在主模状态，其c =2a 。本实验中波导型号为BJ-100，其宽边为 a =22.86 mm ，代入上式计算出工作波长。于是信号源工作频率由下式求得： 另外，信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。实验步骤1 测量线的调整 将信号源设置在内调制状态，选择工作频率在10 GHz，将衰减器调整到合适位置。 先使探针调整至合适深度，探针深度既不能太深，影响波导内场分布，也不能太浅，否则耦合输出太弱。通常取1.0至1.5 mm 。然后开槽测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间部位，调节

8、探头活塞使探针耦合匹配，直到输出指示最大。 反复调整输出衰减器、探针位置、探针耦合匹配、选频放大器灵敏度使测量线工作在最佳状态。2 晶体检波器的校准曲线 终端接短路片，在波节点和波腹点之间（见图2-2）等距离取10点，从波节点开始将探针逐次移动到d1，d2， , d10 ,并记录电表的相应读数 I1，I2， ，I10，列入表中。 图 2-2 波腹波节点示意 以U 为横轴，I 为纵轴，将其对应数据画在坐标纸上，并连成曲线。此曲线即为晶体检波器的校准曲线。d/mm1.092.183.274.365.456.547.638.729.8110.9U=sin(2d/g)0.1590.3140.4620.

9、5970.7170.8190.9000.9580.9910.999I/mA1920203045981451801982003 波导波长测量 按图1-1所示连接微波测量系统，将系统调整到最佳工作状态，终端接上短路片。从负载端开始旋转测量线上的探针位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针位置，记作zmin0 ; 继续旋转探针位置，可得到一组指示最小点位置 z1，z2，z3，z4 ；zmin0 = 72.54mm测量次数Z1Z2Z3Z4193.04113.50135.30156.10293.12113.86135.60156.40392.96113.48135.44156

10、.32 则由式（2-4）计算出波导波长。 g = 42.79mm 用频率计测量信号源工作频率：通过定向耦合器将一部分微波能量分配至频率测量支路，吸收式频率计连在定向耦合器和检波器之间。当吸收式频率计失谐时，微波能量几乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最大。慢慢调节吸收式频率计，当调至频率计谐振状态时，一部分能量被频率计吸收，使选频放大器指示最小，此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率。可将测量结果与用波导波长换算的结果进行比较。理论值： 由式（2-5）计算工作波长 = 31.44mm 由式（2-6）计算信号源工作频率 f = 9.54GHz测量频率 f1f2f2(GHz) 9.4

11、7 9.474 9.478 思考：测量线为什么在波导中心线开槽？ 因为矩形波导中的主模为 TE10 模, 由TE10 模的管壁电流分布可知,在波导宽边的中心线处只有纵向电流。所以沿波导宽边的中线开槽不会因切断管壁电流，也不会影响波导内的场分布,波导内电磁波也不会在开槽口处向外辐射能量。实验体会 通过本次实验，我充分的了解了 /4 阻抗变换特性，利用/4 来测量微波波导波长和信号源频率，测量线的调整并非易事，需反复调节，需要耐心方可找到较佳的测量点。实验三 微波驻波、阻抗特性测量实验目的（1） 学会驻波比的测量；（2） 学会反射系数的测量；（3）学会输入阻抗的测量。实验原理在任何的微波传输系统中

12、，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大功率击穿，必须实现阻抗的匹配。描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。一、 驻波比及反射系数的测量由教材第一章微波传输线理论，传输线上的驻波比与波节点、波腹点的关系为 而终端复反射系数的模值|l| 与驻波比有如下关系： 终端反射系数的相位l 与节点位置zminn 有以下关系：根据波导主模特性阻抗 及测得的驻波比和第一波节点位置zmin1 可得终端负载阻抗为（参见教材P28）： 其中， 。根据以上公式就可以利用测量线测得驻波比、复反射系数，进而算出输入阻抗和负载阻抗。实验步骤1 等效参考面的选取与波导波长的测量（1）将测量线调至最佳工作状态；（2）

13、终端接短路片，从负载开始，旋转测量线上的探针位置，实现频繁大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针位置，记作 zmin0 ；（3） 实验二的方法测出波导波长。 zmin0 = 73.00mm zmin1= 94.36mm zmin2 = 116.70mm由式（2-4）计算出波导波长。 g = 43.21mm2 驻波比测量终端接上待测负载，探针从zmin0 开始向信号源方向旋转，依次得到指示最大值和最小值三次，记录相应的读数，查晶体检波器曲线得相应的Umin和Umax 。测量次数IminUminImaxUmax1165mA0.92300mA0.992164mA0.92286mA0.

14、993170mA0.93305mA0.99 由 计算得 = 1.073 反射系数的测量终端接上待测负载，探针从zmin0 开始向信号源方向旋转，记录波节点的位置zminn 。 测量次数Zmin1Zmin2Zmin3190.50111.84133.46289.78111.72133.64 因为 即 |i | = 0.033 又， 可得i = 5.76 则 i = 0.033 exp（j5.76） ZTE10 = 519 Zl = 519 *（1-j0.549）/(1.07-j0.55) 实验体会通过本次实验我学会驻波比的测量、反射系数的测量, 输入阻抗的测量。理论上可以实现匹配负载，实际操作中反射系数还是不为零，理论和实际总是有差距的，我们的任务就是怎么实现差距的最小化，同理到实际的学习中，不能只看书本而忘了实践。注：老师：我和刘天宇一组。