微波駐波實驗報告.docx

微波特性測量實驗一、 實驗目的1、 了解微波測試系統(tǒng)的組成及各部分的作用，正確使用實驗儀器。2、 了解微波信號源的工作方式及信號的檢測方法。3、 熟練掌握交叉讀數(shù)法測量波導波長的方法。4、 了解測量線調(diào)整和使用方法。5、 通過測量觀察測量線終端接不同負載（短路、開口、匹配負載、晶體檢波器）時系統(tǒng)中形成的駐波分布情況。6、 掌握直接法測量負載駐波比。二、 實驗原理微波測試系統(tǒng)微波測試系統(tǒng)通常有同軸和波導兩種系統(tǒng)。同軸系統(tǒng)頻帶寬，一般用在較低的微波，頻段（2cm波段以下）；波導系統(tǒng)（常用舉行波導）損耗低、功率容量大一般用在較高頻段（厘米波直至毫米波段）。微波測試系統(tǒng)通常由三部分組成，如圖12所示。圖12微波測試系統(tǒng)PX-16 頻率計框圖中的頻率計準確的說是一種諧振式波長表，是利用微波諧振腔體制作而成，可分為吸收式和傳輸式兩大類。在實驗中，當吸收式波長表與信號源產(chǎn)生的微波信號頻率共振時，將從電路中吸收最大的能量，此時，系統(tǒng)中通過波檢波指示最小，在表上可以直接讀出其共振0值。本實驗時采用 一種吸收式頻率計 ，測量頻率范圍為8.2GHz12.4GHz，利用圓柱形諧振腔的工作原理，直接標記頻率度，在用它測量頻率過程中，只需要緩慢旋動套筒，當在選頻放大器上觀察到信號大小發(fā)生變化或者在示波器上觀察到吸收峰時，可以確定此時圓柱形諧振腔的固有頻率與系統(tǒng)的工作頻率相同，從頻率計上讀出的頻率值即為信號源的工作頻率。讀取頻率值時，在兩條水平線之間讀取豎向紅線處的頻率值TC26 測量線是屬于波導型測量線，它是利用波導寬邊正中間壁電流分布的特點沿縱向開槽，外加探針通過開槽深入波導系統(tǒng)中提取能量。在測量線上有確定探針位置的刻度尺，進行測量時，旋動旋鈕，移動探針，探針從波導中提取的能量通過微波檢波器進行檢波，從而可以用示波器、選頻放大器或者直流電流表進行檢測與指示。通常探針的穿伸度及調(diào)諧裝置均已調(diào)整好，不宜輕易變動。晶體檢波器為了提高對微弱信號檢測的靈敏度，需對微波等幅波信號或者方波調(diào)制信號進行檢波。未經(jīng)調(diào)制的微波信號經(jīng)檢波后變成直流電流，此時可用檢流計或微安表直接作為指示器選頻放大器1KHz 方波調(diào)制的微波信號經(jīng)檢波后，得到 1KHz 的方波信號，需用選頻放大器作為指示器。選頻放大器是用來放大和測量微弱低頻交流信號的低噪聲精密測量儀器，配合微波測量線使用可測量波導系統(tǒng)的駐波系數(shù)。XF-01、YM3892、DH388A0 等選頻放大器是目前常用的幾種國產(chǎn)選放。除了可對電流或電壓進行直讀測量，還具有分貝讀數(shù)以及1-4(或 3-10)駐波比刻度線，因此可以很方便地直讀小反射器件的駐比。通常將輸入量程衰減器至于 50dB 或 60dB 檔處，以確保檢波器工作于平方律檢波。其頻率微調(diào)旋鈕用于調(diào)節(jié)選放回路的諧振頻率，當其與信號源調(diào)制頻率相同時輸出最大功率計用來直接測量連續(xù)波或脈沖調(diào)制微波信號平均功率大小的儀器短路板在微波測試系統(tǒng)中實現(xiàn)終端短路的微波標準器件。匹配負載在微波測試系統(tǒng)中實現(xiàn)與系統(tǒng)匹配的微波終端標準器件駐波分布特性試驗測試框圖當波導存在不均勻性或負載不匹配時，波導中存在駐波。駐波比定義為波的最大振幅與波的最小振幅之比，即其中I和I分別是駐波的波腹點的建波和波節(jié)點的檢波電流值在實驗中測量駐波比的方法是直接法，所使用的一起是選頻放大器。在選頻放大器上，有駐波比指示的刻度線。直接操作的具體步驟如下：在終端接上被測負載，然后將測量線的探針移到測量線中間部位的某個波腹點；通過調(diào)節(jié)可變衰減器，將波腹點的電表指示值調(diào)整為滿刻度，在信號源、衰減器等系統(tǒng)狀態(tài)都不變的條件下，接著將測量線探針移到波節(jié)點的位置，這時讀取選頻放大器上駐波比刻度線所對應的值就是終端負載駐波比的值。當駐波比在1.05S1.5時，駐波的最大值與最小值相差不大且不尖銳，加上測量線本身機械不平度的影響，因此不易測準，為此，可移動探針到幾個波腹點和波節(jié)點記錄多個數(shù)據(jù)，然后進行平均。取平均的方法有幾種。這里列出兩種，可任選一種計算，在平方律檢波情況下：S=或S=必須指出，在尖銳駐波比測量時，探針導納的存在將對測量造成較大誤差，因此應盡量減小探針插入深度，以保證測量準確度阻抗測量的基本原理根據(jù)以上實驗，傳輸線駐波分布情況和終端負載主抗直接有關。由傳輸理論可以證明單口波導元件的歸一化阻抗Z與傳輸系統(tǒng)的波導波長g，駐波比S和駐波節(jié)點距終端距離d有下列單值的對應關系式： 而負載歸一化導納為：易于求得歸一化負載阻抗與駐波比S和波節(jié)點相位之間更為簡潔的關系為：由此可見，單口元件阻抗測量的問題可以歸結為駐波測量的問題，當將測量線的輸出端接上待測的單口元件，分別測出沿線的S，波導波長g和d之后，阻抗測量的問題也就解決了。根據(jù)傳輸?shù)膱D解法原理，還可以利用阻抗原圖或?qū)Ъ{圓圖，根據(jù)測得的S，d和g來求解單口元件歸一化或.2.5.3 膜片介紹理論分析表明：當膜片厚度 t 滿足 t時，它的等效電路為一并聯(lián)的導納Y = G + jB(是金屬膜片的趨膚深度)，使傳輸引起不連續(xù)。（a）膜片有電容作用，故稱為容性膜片，(b)膜片有電感作用，稱為感性膜片。由于膜片的損耗極小，通常把它們的電導分量 G忽略，而電納 B 在一級近似下可以表示為：容性膜片：感性膜片：三、 實驗步驟波導波長的測量1.監(jiān)察系統(tǒng)連接的平穩(wěn)，工作方式選擇為 1KHz 方波調(diào)制，使信號源工作與最佳狀態(tài)；2. 対實驗系統(tǒng)中的元器件的功能做一定的了解，并對各個器件的使用方法作進一步的熟悉和掌握；3. 通過信號源上的頻率調(diào)諧旋鈕調(diào)整信號源的工作頻率，并用直讀式頻率計測定信號頻率，使信號源的工作頻率0為 9370MHz；4. 測量線終端接短路板，使系統(tǒng)處于短路狀態(tài)，選擇合適的駐波波節(jié)點，一般選在測量線的有效行程的中間位置，并選擇一個合適的檢波指示值(0或0)，然后按交叉讀數(shù)法測量波導波長。測量三組數(shù)據(jù)，取算術平均值作為波導波長的測量值。駐波比的測量保持工作頻率不變，按 2.3.2 的步驟，分別測量終端短路，開口，匹配時的駐波比。阻抗的測量容性膜片和感性膜片的駐波比按上的方法測量。元件的測量：1. 將端口短路，旋動旋鈕，找到一個合適的波節(jié)點，記錄相應位置dT；2.保持旋鈕不動，接上測試元器件，旋動旋鈕，遠離端口，找到此時的第一個波腹位置dT，并記錄四、 實驗數(shù)據(jù)及處理波導波長的測量數(shù)據(jù)d1d2d31158.10135.90113.442153.06130.60108.22155.58133.25110.8344.6644.84求得=44.75,波導的理論計算有：m = 1, n = 0則可以得到波導波長的理論值(其中0= c/f0，a = 22.86mm)=44.78966mm則相對誤差為0.0887%可以看出此次試驗還是很理想的，誤差不會太大駐波的測量短路開口匹配S1.36111.對于短路情況下，經(jīng)金屬導體L的反射后，將形成出純駐波，而出現(xiàn)波節(jié)為零的情況，于是其駐波比為無窮大；2. 對于開路情況，信號源發(fā)出的微波未被反射，所測到的就是原始波的駐波比。3. 在匹配情況下，入射波與反射波干涉相消而使駐波比為 1，這時為行波，但實際情況，指針會出現(xiàn)微小的擺動，這可能是由于反射波沒有全部被吸收。膜片歸一化電納的測量SdTdT容性膜片1.16088.4494.365.920.147-0.07410.19080.0988感性膜片1.449106.4217.980.039-0.15230.07420.3173由上表知容性膜片的阻抗和導納分別為ZL=0.147-j0.0741YL=0.1908+j0.0988感性膜片的阻抗和導納分別為：ZL=0.039-j0.1523YL=0.0742+j0.3173五、 思考題1.測量待測元件駐波極小點位置時，是否必須在“等效截面”的左端？為什么？必須得