實驗一__微波測量系統(tǒng)的認識與調(diào)試(自動保存的)

1、亞美微波 YAMEI MICROWAVE可變衰減器微波頻率計晶體檢波器選頻放大器/實驗一微波測量系統(tǒng)的認識與調(diào)試61312118 宋昌一、實驗?zāi)康呐c要求應(yīng)用所學(xué)微波技術(shù)的有關(guān)理論知識， 理解微波測量系統(tǒng)的工作原理，掌握調(diào) 整和使用微波信號源的方法，學(xué)會使用微波測量系統(tǒng)測量微波信號電場的振幅。 了解有關(guān)微波儀器儀表，微波元器件的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法。二、實驗內(nèi)容1 掌握下列儀器儀表的工作原理和使用方法三厘米標準信號發(fā)生器（YM1123 ）、三厘米波導(dǎo)測量線（TC26）、選頻放大 器（YM3892 ）。2了解下列微波元器件的原理、結(jié)構(gòu)和使用方法波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器（BD20-9）、E-H面阻抗雙路調(diào)配器

2、（BD20-8）、測量線（TC26） 和可變短路器（BD20-6、等。三、實驗原理本實驗的微波測試系統(tǒng)的組成框圖如圖一所示3 -定向耦合器H面彎波導(dǎo)單螺釘調(diào)配器測量線功率探頭波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器7E-H面調(diào)配器它主要由微波信號源、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、E-H面阻抗雙路調(diào)配器、測量線和 選頻放大器主要部分組成。下面分別敘述各部分的功能和工作原理，其它一些微 波元器件我們將在以后的實驗中一一介紹。1 微波信號源（YM1123）1.1基本功能1.1.1提供頻率在7.512.5GHz范圍連續(xù)可調(diào)的微波信號。1.1.2該信號源可提供“等幅”的微波信號，也可工作在“脈沖”調(diào)制狀態(tài)。本 系統(tǒng)實驗中指示器為選頻放大器時，

3、信號源工作在1KHz “ I丨丨”方波調(diào)制輸出方式。1.2工作原理1.2.1本信號源采用體效應(yīng)振蕩器作為微波振蕩源。體效應(yīng)振蕩器采用砷化鎵體 效應(yīng)二極管作為微波振蕩管。振蕩系統(tǒng)是一個同軸型的單回路諧振腔。微波振蕩 頻率的范圍變化是通過調(diào)諧 S型非接觸抗流式活塞的位置來實現(xiàn)的，是由電容耦 合引出的功率輸出。1.2.2本信號源采用截止式衰減器調(diào)節(jié)信號源輸出功率的強弱。截止式衰減器用 截止波導(dǎo)組成，其電場源沿軸線方向的幅度是按指數(shù)規(guī)律衰減。衰減量（用dB表示）與軸線距離L成線性關(guān)系，具有量程大的特點。1.2.3本信號源用微波鐵氧體構(gòu)成隔離器。在微波測量系統(tǒng)中，一方面信號源需要向負載提供一個穩(wěn)定的輸出

4、功率；另一方面負載的不匹配狀態(tài)引起的反射破壞信號源工作的穩(wěn)定性，使幅、頻發(fā)生改變、跳模等。為了解決這個問題，往往在信號源的輸出端接一“單向傳輸”的微 波器件。它允許信號源的功率傳向負載，而負載引起的反射卻不能傳向信號源。 這種微波器件稱之“隔離器”。這類隔離器在3cm波段可以做到正向衰減小于 0.5dB，反向衰減25dB。駐 波比可達1.1左右。隔離器上箭頭指示方向即為微波功率的正向傳輸方向。1.2.4本信號源采用PIN管作控制元件，對微波信號進行方波、脈沖波的調(diào)制。1.2.5本信號源功率輸出端接有帶通濾波器。它濾去 7.512.5GHz頻率范圍的諧 波，使信號源輸出信號頻譜更純凈。注1:打開

5、信號源的上蓋板，即可看到信號源的同軸諧振腔、截止式衰減器、 PIN調(diào)制器和帶通濾波器等結(jié)構(gòu)。注2:有些單位采用本公司生產(chǎn)的 YM1124信號發(fā)生器。它是9.37GHz點頻 信號源，采用介質(zhì)振蕩技術(shù)。頻率穩(wěn)定度高、輸出功率大、有“等幅”和“ 1KHz”方波兩種工作狀態(tài)。輸出為 BJ1OO波導(dǎo)口。2波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器（BD20-9）2.1基本功能提供從同軸輸入到波導(dǎo)輸出的轉(zhuǎn)換。2.2工作原理波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器是將信號由同軸轉(zhuǎn)換成波導(dǎo)傳輸。 耦合元件是一插入波導(dǎo)內(nèi) 的探針，等效于一電偶極子。由于它的輻射在波導(dǎo)中建立起微波能量。 探針是由 波導(dǎo)寬邊中線伸入，激勵是對稱的。 選擇探針與短路面的位置，使短路面的反

6、射 與探針的反射相互抵消，達到較佳的匹配。3. E-H面阻抗雙路調(diào)配器（BD20-8）3.1基本功能微波傳輸（測量）系統(tǒng)中，經(jīng)常引入不同形式的不連續(xù)性，來構(gòu)成元件或達 到匹配的目的。E-H面阻抗調(diào)配器是雙支節(jié)調(diào)配器。在主傳輸波導(dǎo)固定的位置上的 E面（寬 邊）和H面（窄邊）并接兩個支節(jié)。通過調(diào)節(jié)二個支節(jié)的長度以達到系統(tǒng)調(diào)配。 3.2結(jié)構(gòu)和工作原理E-H面阻抗調(diào)配器是由一個雙T波導(dǎo)和兩只調(diào)節(jié)活塞組成。調(diào)節(jié)活塞是簧片 式的接觸活塞。調(diào)節(jié)E面活塞，等于串聯(lián)電抗變化，調(diào)節(jié) H面活塞等于并聯(lián)電 納的變化（兩者配合使用）。4. 微波測量線（TC26）4.1基本功能微波測量線是用來測量微波傳輸線中合成電場（沿

7、軸線）分布狀態(tài)（含最大 值、最小值和其相對應(yīng)的位置）的設(shè)備。利用微波測量線（系統(tǒng)）可以測得微波 傳輸中合成波波腹（節(jié)）點的位置和對應(yīng)的場幅、波導(dǎo)波長（相波長）和駐波比 等參數(shù)。微波測量線有同軸測量線和波導(dǎo)測量線。本實驗采用波導(dǎo)測量線。4.2結(jié)構(gòu)和工作原理本實驗中的測量線采用 BJ-100型矩型波導(dǎo)，其寬邊尺寸22.86mm, 窄邊尺寸為b= 10.16mm，頻率范圍為8.212.5GHz。測量線一般包括開槽線、 探針耦合指示機構(gòu)及位置移動裝置三部分。當測量線接入測試系統(tǒng)時，在它的波導(dǎo)中就建立起駐波電磁場。眾所周知， 駐波電場在波導(dǎo)寬邊正中央最大， 沿軸向成周期函數(shù)分布。在矩形波導(dǎo)的寬邊中 央于

8、它軸的方向開一條狹槽，并且伸入一根金屬探針2,則探針與傳輸波導(dǎo)1電 亞美微波 YAMEI MICROWAVE力線平行耦合的結(jié)果，必然得到感應(yīng)電壓， 它的大小正比于該處的場強，交流電 流在同軸腔3組成的探針電路內(nèi)，由微波二極管4檢波后把信號加到外接指示器， 回到同軸腔外導(dǎo)體成一閉合回路。因此指示器的讀數(shù)可以間接表示場強的大小。1傳輸波導(dǎo)2、探針3、同軸腔4、微波二極管5、調(diào)諧活塞當探針沿槽移動時，指示器就會出現(xiàn)電場強度Emax 和Emin。從而求得:s=E maxE min6、檢波滑座由標尺指出探針位置可以測出極小點至不連續(xù)面的距離dmin，從而可以測量阻抗。調(diào)諧活塞5在檢波頭中使晶體處于駐波的

9、腹點以得到最大指示。檢波滑 座6用來支持檢波頭，并可沿軸向移動。在移動時保證探針與波導(dǎo)的相對位置不 變。5 選頻放大器（YM3892 ）本實驗采用選頻放大器對微波二極管的檢波電流進行（線性）放大5.1基本功能本選頻放大器由四級低噪聲運算放大器組成的高增益音頻放大和選頻網(wǎng)絡(luò) 組成?？墒狗糯箅娐吩凇罢瓗?nèi)”對微弱音頻信號進行放大，以減小噪聲和微波 信號源中寄生調(diào)頻的影響，保證測量的精度。5.2結(jié)構(gòu)和工作原理在信號源內(nèi)用1KHz的方波對微波信號（如10GHz）進行調(diào)幅后輸出。此調(diào) 幅波在測量線內(nèi)仍保持其微波特征。測量線輸出端所接負載的特性決定其分布狀 態(tài)。由小探針檢測經(jīng)微波二極管檢波所得的1KHz方

10、波包絡(luò)表征其微波性能指標。 選頻放大器則對此1KHz方波進行有效放大。YM3892選頻放大器是一個增益 60dB,可調(diào)帶寬40Hz,中心頻率1KHz的 放大器，滿足不同輸入幅度的可調(diào)。表頭指示弧線2條，第一條上標值為線性指 示，下為相應(yīng)的對數(shù)（dB）指示。第二條為駐波比指示，上為駐波比13,下為3.210。6.可變短路器（BD20-6）可變短路器由短路活塞與一套傳動讀數(shù)裝置構(gòu)成。活塞為兩節(jié)抗流形式，傳動絲桿帶動活塞作相對于波導(dǎo)軸線移動，并由讀數(shù)裝置上讀得其相對行程。改變短路面的位置，也就改變參考面的電抗和電納，使節(jié)點的位置發(fā)生偏移。四、實驗步驟1 .按圖1連接微波儀器儀表和微波元器件。將選頻放

11、大器的輸入端和測量線同 軸腔用Q9電纜線相連。接通選頻放大器電源開關(guān)。2. 微波信號源開機后，工作狀態(tài)的指示燈在最右邊位置，此工作狀態(tài)下沒有微 波功率輸出。由于本實驗中指示器為選頻放大器，故信號源“重復(fù)頻率”量程置于“X 10”，園盤刻度置于“100”處（在信號源的左中、下角）（調(diào)好將不再變 動）。信號源面板有“衰減”和“頻率”顯示值。輸出功率由“衰減”調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，順時針輸出減小，逆時針輸出變大。本實驗只調(diào)節(jié)“衰減”調(diào)節(jié)旋鈕來獲得適合的功率（兩旁的旋鈕即“調(diào)零” 和“衰減調(diào)零”是在接上附件“電平探頭”時才起作用）。3. “調(diào)諧”旋鈕調(diào)節(jié)使信號源的工作頻率發(fā)生改變，順時針頻率升高，逆時針頻 率

12、降低。置工作頻率在自己所需的頻率點，如 10.00GHz （從數(shù)字顯示上直讀）4. 接可變短路器在測量線的輸出端，移動可變短路器刻度到0.00。5. 通過信號源工作狀態(tài) 巨叵鍵，置工作狀態(tài)在“ -一丁”方波狀態(tài)。此時 信號源輸出的是1KHz方波調(diào)制下的（10GHz）微波功率。注意：為防止在拆裝微波元器件時，微波功率從波導(dǎo)中輻射，請將工作狀態(tài)通過2叵選擇在最右邊位置“外整步”后再拆裝。測試時置于“”方波狀態(tài)。6. 選頻放大器輸入阻抗置于“200K”，“正常5dB”開關(guān)置于“正?！睜顟B(tài)，（5dB 為使輸入信號減小5dB）0右上部“通帶”放在“ 40Hz”（帶寬越窄，通帶 Q值 越高，增益越高）。7

13、 此時整個系統(tǒng)已工作。依次調(diào)節(jié) E-H調(diào)配器、E面和H面羅盤，改變信號源 功率輸出。調(diào)節(jié)選頻放大器“頻率微調(diào)”，使信號發(fā)生器1KHz方波調(diào)制信號與選頻中 的頻率相一致。一般開機時調(diào)準，開機半小時后再微調(diào)一下。本實驗中根據(jù)輸入信號的大小，調(diào)節(jié)“分貝”檔位開關(guān)及“增益”電位器來 滿足波腹節(jié)的讀數(shù)需求。實際使用中盡量把增益開關(guān)置于“4060dB”三檔中使用。使信號源基本滿足測量線檢波器的平方律檢波段。8移動TC26測量線的檢波滑座和調(diào)諧活塞（指探頭側(cè)面的園螺盤）的位置,使探針位于波腹點，即選頻放大器指示值最大，并按步驟7、8反復(fù)調(diào)節(jié)9.記下測量線標尺值 L1，移動可變短路器一定距離，如 5mm。轉(zhuǎn)動

14、測量線檢 波滑座重新找到最大值，記下測量線標尺值 L2。此時L2 L1應(yīng)有5mm左右。重復(fù)上述步驟，熟悉短路面的位置改變, 的位置發(fā)生偏移。五、數(shù)據(jù)處理會改變參考面的電抗和電納，使腹節(jié)點1、微波頻率與波長測量1.1用吸收式頻率計測量微波頻率當輸出信號幅度最低的時候，輸入信號與頻率計發(fā)生諧振，兩者平率相同 測得諧振頻率即微波頻率為10.14GHz1.2測量導(dǎo)波波長 求最小位置D1和D2D1= （d1+d2） /2D2= （d3+d4） /2相鄰兩個最小點的距離即為半個波導(dǎo)波長入g=2|D1-D2| 法一：利用波導(dǎo)測量器測最小位置點d1/mmd2/mmD1/mm入 g/mm7 -亞美微波 YAME

15、I MICROWAVE121.1118119.5539.3d3/mmd4/mmD2/mm140.8137.6139.2法二：用可變短路器找出最小位置點d1/mmd2/mmD1/mm入 g/mm8.1510.8239.486539.273d3/mmd4/mmD2/mm27.7230.5329.123通過比較可知，兩種方法測出來的導(dǎo)波波長差距不大2、電壓駐波比與相位常數(shù)測量 2.1電壓駐波比的測量S=Emax/Em in=(Pmax/Pm in )0.5 =(902/53)0.5=4.1252.2測量相位常數(shù)利用第一個實驗測出的導(dǎo)波波長B =2 n / 入 g=159.93、功率與衰減測量插入深度

16、/mm功率/mw衰減量/dB插入深度/mm功率/mw衰減量/dB00.8380.27120835710.8430.24537279820.8420.25052762930.8410.25568858640.7240.90626288250.4083.39704691360.186.95092349370.059211.7804314880.015617.5724025690.0026325.30409106100.0001238.71183608無衰減器0.892衰減量 A=10log(P1/P2)dBP1為不接被測件功率，P2為接入被測件功率被測件衰減量與插入深度關(guān)系曲線- WdB4、定向耦

17、合器測量實驗C=10log（ Pi/Pa） =10log（0.892/0.002240=26.0思考題：1. YM1123信號源是由哪些微波元器件組成，各部分起什么作用？2測量線由哪幾個部分組成，它們的作用是什么？1、YM1123標準信號發(fā)生器由振蕩器、調(diào)制器、功率放大器、衰減器和隔離器組成(1) .振蕩器與衰減器高頻部分由體效應(yīng)振蕩器、截止式衰減器二個單元組成。微波振蕩源為體效應(yīng)振蕩器，產(chǎn)生所需要的頻率和功率。它采用砷化鎵體效應(yīng)二極管作為振 蕩管，利用負阻效應(yīng)產(chǎn)生振蕩， 其工作特性與工作頻率還與外電路特性密切相關(guān)。振蕩系統(tǒng)是一個同軸型的單回路外諧振腔，它工作于縮短的四分之三波長模式(TEM模

18、)，通過調(diào)諧Z型非接觸抗流式活塞的位置調(diào)節(jié)振蕩頻率。截止式衰減器是構(gòu)成標準信號發(fā)生器的重要部件。為了減少信號泄漏，儀器直接把腔體的輸出耦合孔作為截止波導(dǎo)，衰減常數(shù)為1OdB/ mm，通過齒輪傳動并與機械化計數(shù)器構(gòu)成整個截止式衰減系統(tǒng)。體效應(yīng)振蕩器由高頻電源送來高頻電壓加到體效應(yīng)管上，在諧振腔產(chǎn)生相應(yīng)射頻電壓，腔體的輸出耦合孔作為截止波導(dǎo)直接耦合輸出，經(jīng)過環(huán)流器送到PIN調(diào)制器與一套脈沖形成電路進行調(diào)制從而完成對微波信號的脈沖調(diào)幅，工作狀態(tài)選擇電路控制輸出狀態(tài)。(2) .調(diào)制器儀器中采用 PIN調(diào)制器來實現(xiàn)微波信號的脈沖幅度調(diào)制。整個調(diào)制部分是由一套脈沖形成電路和一個PIN調(diào)制器構(gòu)成。由脈沖形成電路產(chǎn)生一系列脈沖信號，驅(qū)動PIN調(diào)制器，從而實現(xiàn)對微波信號的脈沖調(diào)幅。脈沖形成電路包