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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微波技术实验指导书1-实验要求一、 预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。1. 认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的计算。2. 复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。3. 熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写好预习报告。二、 实验要求：1. 使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。2. 实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障后，经
2、指导教师同意再继续实验。3. 在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄露。4. 实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果(数据、波形、现象)。所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。5. 实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规定整理。实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。实验一、微波传输线频率和波长的测量一、 实验目的1 学会使用基本微波器件。2 了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。3 学习利用吸收式测量频率和波长的方法；4 掌握用测量线来测量波长和频率的方法。二、 实验原理1 微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的
3、影响，采用标准矩形波导管为微波传输线，并用TE10波型。波导管具有三种工作状态：当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。2 微波频率的测量用吸收式频率计PX16(直读式)，测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误差0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ左右
4、，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。3 微波功率的测量用GX2C小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平均功率。GX2C属于热电偶型，热电偶膜片既是传输线终端负载电阻，又见电磁场能热能直流电动势的转换器件。4 波导波长g的测量g在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍，常采用测定驻波极小点的位置来求出g。（1）用平均值法。找出两个相邻最小点的位置D1和D2，移动探针在驻波最小点D1左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的位置d1和d2，同样找出D2点左右的d3和d4，则D1、D2的位置在测量线上通过标尺读出。（2）用可变短
5、路器。首先找出第一点最大点D1时，将选频放大器增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时可变短路器上的刻度位置X1，然后改变可变短路器，找出另一个相邻最小点D2，再记下可变短路器上刻度位置X2，则，通过测出g,可计算出频率和自由空间波长，有一一对应的关系。三、 实验装置YM1123标准信号发生器，GX2B小功率计，YM3892选频放大器，TC2b波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD-20A三厘米波导系统，探头若干。四、 实验内容与步骤熟悉有关仪器的基本原理和使用方法，连接好仪器。连接线路如图1-1所示：信号源波导/同轴转换器调配器或用波导隔离器定向耦合器可变衰
6、减器测量线H面弯波导频率计晶体检波器选频放大器匹配负载短路板功率计可变短路器测量面图1-11 打开标准信号发生器的电源，电流调零，输出功率调到中档，输出频率调到10GHZ。信号工作方式置于“内方波”，重复频率用“X10档”1KHZ左右。2 将选频放大器衰减档置于40dB档位，输入阻抗置200，通频带置于32HZ。3 将选频放大器接到晶体检波器输出端，缓慢旋转频率计在10GHZ左右，当输出幅度降低达到最低的时候，谐振腔（频率计）处于谐振状态，此时频率计的读数就是信号源的输出频率f。4 当频率计不处于谐振状态时，将选频放大器接到TC2b测量线上，测量端口接上可变短路器，缓慢移动测量探针，测出相邻两
7、个极值点附近的两点坐标，测两组数据；再用平均值方法，计算波导波长，测三组数据。位置1（mm）位置2（mm）（mm）5 标准信号源仍开机不动。将功率计开机调整，并将校准因子调节好（例信号源为10.0GHZ时，标准因子调95%），再接上探头。然后把GX2-T3功率探头与信号源和功率计连接，慢慢增大信号源的输出功率，当输出最大时记录所测功率。测量完毕，一定要先拆下功率探头，再关功率计和信号源。五、 微波实验注意事项：1 旋动频率计要缓慢，否则塑料红指针易卡断。在起始端和终了端要切忌不能使劲转动。2 移动测量线探针的同时，要适当调整选频放大器的放大倍数，避免在输出最大位置时选放指针打表。3 合适调节信
8、号源的输出功率。（衰减约37dB）。4 每次改变信号源频率时，都须重新调整EH面阻抗调配器、晶体检波器、测量线，使之处于谐振输出最大状态。5 测量功率时须保证被测系统中各连接头接触可靠，并保证信号源和功率计外壳等电位。测试过程中切不可大范围调节被测功率源的频率。每次换档时，要重新调零（功率计）。在装拆连接同轴探头时一定要小心，要先将信号源和功率计开机并调试好，再接上功率探头；测好后先功率探头拆下再关机。切不可在接上功率探头的情况下，开、关被测功率源的开关（易烧毁膜片）。六、 思考与讨论1 驻波测量线测定波导波长的方法。波导波长与自由空间波长的大小关系如何？为什么有时晶体检波器在调速管和检波二极
9、管都完好的情况下，会出现输出信号很小的现象，如何调节？实验二、微波传输线驻波比的测量一、 实验目的1. 熟悉整个测量系统，主要是驻波测量线的使用方法；2. 学会测量线的定标；3. 掌握常用的大、中、小电压驻波比的测量方法，以及如何精确测量。二、 实验原理驻波比的测量是微波测量中最基本、最重要的内容之一。电压驻波比（简称驻波比）定义是：传输线中电场最大值与最小值之比，即：式中为电场的归一化值（相对场强）。1. 直接法直接法测量传输线驻波的波幅点与波节点场强，由定义求得驻波比的方法称为直接法。该方法适用于测量中、小驻波比（即S10时，很小，上式可简化为：（K=2，n=2）3. 功率衰减法功率衰减法
10、测量驻波比是一种简便而准确的方法，它的测量精确度主要决定于标准可变衰减器的校准误差和测量线路的失配误差，而与晶体检波律无关，它可测量任意驻波比。功率衰减法是利用标准可变衰减器改变入射波振幅（或功率），使检波指示不变来测量驻波波幅点与波节点的电平差，由电平值（分贝值）来计算驻波比。设信号源送入可变衰减器的入射波为，通过波为，由被测元件产生的反射波为，第一次在测量线内合成波波节点处有：改变可变衰减器，使指示器得到一个明确而便利的读数，衰减器的衰减量为Amin，可见：再把探针移到波幅点，同时加大衰减器的衰减量，使该点处的合成波与相等，即，也即保持两次指示器读数不变，此时衰减量为Amax，同理：则：因
11、此（2-5）三、 实验装置YM1123标准信号发生器，GX2B小功率计，YM3892选频放大器，TC2b波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD20-A三厘米波导系统，喇叭天线，探头若干。四、 实验内容与步骤被测负载为喇叭天线1. 按图2-2或图2-3连接实验线路，开启信号源，调整测量线。直接法、等指示度法信号源隔离器频率计测量线选频放大器被测负载短路负载图2-2信号源隔离器频率计测量线选频放大器被测负载可变衰减器图2-32. 功率衰减法直接法测量驻波比将被测负载接于测量线路终端，移动探针，测Imax和Imin。3. 等指示度法测驻波比1) 将被测负载接于测量线终
12、端，移动探针至波节点处，测得Imin。2) 在波节点两侧I=2Imin处测得标尺刻度d1和d2，重复三次。4. 功率衰减法测驻波比1) 将被测负载接于测量线终端。2) 将探针移至波节点，同时改变衰减器，使指示器得到一个明确而便利的读数I1（应该大于1/2满刻度），并读得衰减器刻度A1。3) 将探针移到波幅点，改变可变衰减器，使指示器读数仍保持为I1，并读得衰减器的读数A2。五、 数据处理与表格根据Imax和Imin，由晶体定标曲线查得相应的与，由计算S，并与由计算得到的S进行比较。1. 由三次测得的d1、d2，计算W的平均值，并将W的平均值与代入（2-4）式计算S。2. 根据测得的A2与A1，
13、由衰减量Amax(dB)与Amin(dB)，并代入（2-5）式计算S。六、 注意事项1. 等指示度法中侧W最好用指针式测微计，但作为学习测量原理与方法，也可以直接用测量线上的标尺。2. 功率测量法必须用已校准的精密衰减器测量，用一般可变衰减器测量不能保证精度，但可作为学习测量原理与方法使用。七、 思考与讨论分析实验中用三种方法测量所得结果，你认为引起误差的原因是什么？应如何减小测量误差？可能的话，在实验中试一下。附参考数据表格1. 直接法数据波幅点（mA）波节点（mA）驻波比S2. 等指示度法数据次数2对应的探针位置（mm）W平均（mm）平均（mm）S（mm）（mm）1233. 功率衰减法数据
14、A1Amin(dB)A2Amax(dB)Amax-Amin(dB)S实验三、衰减的测量1. 用功率比测量衰减；2. 用替代法测量衰减。一、 实验目的1. 熟练掌握用平方律检波法与高频替代法测量衰减量的技术；2. 了解定向耦合器的参数及其衰减的测量方法。二、 实验原理1. 参考前述章节中电源方向驻波系数测量及衰减测量的有关部分。2. 定向耦合器是一种很有用的微波元件，它具有在一定方向上耦合电磁能量的特性，因而可用作精密分功率器，微波反射计等，在功率监视系统、大功率设备中更是不可缺少的器件。P0PBPaPi主波导辅波导定向耦合器的种类很多，其结构示意图如下：能量从主波导输入端输入，其中一部分通过主
15、波导到主波导输出端，另一部分通过耦合结构到辅波导。辅波导中向左传输的能量由于它的定向性而相互抵消，剩余部分为终端负载所吸收；向右部分通向辅波导输出端。定向耦合器主要参量有：1) 耦合系数也称过渡衰减，表示能量从主波导耦合到辅波导的大小，如图所示。Pi表示主波导输入能量；Pa为耦合到辅波导输出端能量，则用分贝表示的耦合系数C定义为：方向系数亦称方向性，表示定向性能的好坏，如图中到达辅波导反向端的能量PB越小，定向性越好。用分贝表示的方向系数D定义为：输入驻波系数，为主、辅波导输出端均外接匹配负载时，输入端的驻波系数；2) 频带宽度，为耦合度、方向性及输入驻波系数都满足技术指标要求时的工作频带宽度
16、。三、 实验装置YM1123标准信号发生器，GX2B小功率计，YM3892选频放大器，TC2b波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD20-A三厘米波导系统，BD20-A定向耦合器，探头若干。四、 实验内容与步骤以定向耦合器为被测器件，用两种方法测量衰减1. 用功率比法测量衰减1) 按图3-1接好测量系统BYM1123信号源隔离器同轴/波导转换器PX16频率计TS7或可变衰减器被测件GX2B功率计AP1P2图3-1先不接被测件，用小功率计测出A点也即被测件的输入功率P1。2) 接入被测件，测出被测件的输出功率B点的功率P2。3) 被测件的衰减量为2. 用替代法测量
17、衰减1) 测量所用的信号源输出频率不变，功率输出幅度不变，按图3-2接好测量系统。图3-2BAYM1123信号源隔离器同轴/波导转换器PX16频率计TS7或可变衰减器被测件TC2b波导型测量线YM3892选频放大器匹配负载先不接被测器件，将TS7精密衰减调到衰减较大的位置AdB，改变YM3892选频放大器增益使之较大的显示，并确定一指示值记下TS7精密衰减器的读数度数，并查表得到A的dB数。2) 接上被测件，将TS7精密衰减器的衰减调小，调到原定的YM3892选频放大器的指示值，要注意的是，二次转动TS7的衰减旋钮方向要一致，要消除回差引起的误差，再一次记下TS7精密衰减器的读数，查表得到B的dB数。于是就求得衰减量。五、 思考与讨论1. 测量辅波导输出功率时，为什么主波导后面一定要接上匹配负载？若负载端失配，对方向性测量会产生极大影响，分析一下为什么？2. 分析实验中用两种方法测量所得结果，你认为引起误差的原因是什么？应如何减小测量误差？可能的话，在实验中试一下。-