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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微波技术实验01723-InformationEngineeringSchoolofNanchangUniversity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：（1） 实验一微波测量仪器认识及功率测量实验目的熟悉基本微波测量仪器；（2） 了解各种常用微波元器件；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、电平与功
2、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，下面主要介
3、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。（1） 实验二测量线的调整与晶体检波器校准实验目的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；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。系统调整主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的
4、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，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直
5、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=CUn(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10A）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，
6、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3 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，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
7、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=22.86mm，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10GHz，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1.5mm。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
8、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)0.1590.3140.4620.5970.7170.8190.9000.9580.9910.999I/mA1920203045981451801982003 波导波长测量按图1
9、-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Z1Z2Z3Z4193.04113.50135.30156.10293.12113.86135.60156.40392.96113.48135.44156.32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
10、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)9.479.4749.478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
11、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，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
12、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）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=73.00mmzmin1=94.36mmzmin2
13、=116.70mm由式（2-4）计算出波导波长。2 g=43.21mm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IminUminImaxUmax1165mA0.92300mA0.992164mA0.92286mA0.993170mA0.93305mA0.99由3 计算得=1.07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=0.033exp（j5.76）ZTE10=519Zl=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。-