實(shí)驗(yàn)1微波測(cè)試系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與調(diào)試

1、實(shí)驗(yàn)一 微波調(diào)試系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與調(diào)試【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.了解微波測(cè)試系統(tǒng).2. 熟悉和掌握微波測(cè)試系統(tǒng)中各種常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和使用方法；【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1. 觀看按圖11和圖12裝置的微波測(cè)試系統(tǒng)。了解微波測(cè)量的幾種方法。 2. 觀看常用微波元件的形狀、結(jié)構(gòu)，并了解其作用、主要特性及使用方法。 【實(shí)驗(yàn)原理】一、 微波測(cè)試系統(tǒng)微波測(cè)試系統(tǒng)通常有同軸和波導(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)（常用舉行波導(dǎo)）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(cè)試系統(tǒng)通常由三部分組成，如圖12所示。圖12微波測(cè)試系統(tǒng)（1） 微波發(fā)送部分（等效電源部分），主

2、要包括微波信號(hào)源、衰減器、隔離器、有的還附加了功率、頻率監(jiān)測(cè)單元。2 / 10信號(hào)源是微波測(cè)試系統(tǒng)的心臟。測(cè)量技術(shù)要求具有足夠的功率電平和一定頻率的微波信號(hào)，同時(shí)要求一定的功率和頻率穩(wěn)定度。功率和頻率監(jiān)測(cè)單元是由定向耦合器取出一小部分能量，經(jīng)過(guò)檢測(cè)指示來(lái)觀察源的穩(wěn)定情況，以便及時(shí)調(diào)整。為了減小負(fù)載對(duì)信號(hào)源的影響，電路中采用了隔離器。（2）測(cè)量裝置部分（測(cè)量電路部分），主要包括駐波測(cè)量線、調(diào)配元件、待測(cè)元件、輔助器件（如短路器、匹配負(fù)載等）以及電磁能量檢測(cè)器（晶體檢波器、功率計(jì)探頭等）。（3）指示器部分（測(cè)量接收器），指示器是顯示測(cè)量信號(hào)特性的儀器，如直流微安表、選頻放大器（或測(cè)量放大器）、示波

3、器、功率計(jì)、數(shù)字頻率計(jì)等。當(dāng)對(duì)微波信號(hào)的功率和頻率穩(wěn)定度要求不太高時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)就可簡(jiǎn)化如圖13所示，微波信號(hào)源直接與測(cè)量裝置連接，其工作頻率可由波長(zhǎng)計(jì)測(cè)得。圖13 微波測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖二、主要微波測(cè)量線和頻率計(jì)的原理結(jié)構(gòu)和使用方法（4）駐波（開(kāi)槽）測(cè)量線【儀器簡(jiǎn)介】駐波測(cè)量線用于微波波段測(cè)量電壓駐波比、波長(zhǎng)及阻抗等參量。主要組成部分有：開(kāi)槽傳輸線段（按開(kāi)槽線段截面形狀可分為同軸測(cè)量線和波導(dǎo)測(cè)量線）、探頭裝置（包括探針、檢波晶體和調(diào)諧器）以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和位置測(cè)量裝置。探針有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，沿開(kāi)槽線的槽縫平穩(wěn)移動(dòng)，檢取開(kāi)槽線中的高頻能量，經(jīng)晶體檢波后送至指示器。此指示器的讀數(shù)與對(duì)應(yīng)位置處的電場(chǎng)或功率成

4、正比（視晶體檢波律而言）。隨探針沿槽縫移動(dòng)，可測(cè)得電場(chǎng)幅值沿線分布，從而確定系統(tǒng)的駐波、阻抗等參量。測(cè)量線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用途廣泛，是微波測(cè)量中最基本的儀器之一。因受開(kāi)槽傳輸線段工作頻率的限制，目前國(guó)內(nèi)同軸測(cè)量線的最高工作頻率達(dá)18GHz，波導(dǎo)測(cè)量線可以工作到110GHz。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有開(kāi)槽測(cè)量線1臺(tái)，型號(hào)HD-LIT2。其工作頻率8.2GHz12.4GHz。其工作原理示意圖如下圖示。當(dāng)測(cè)量線接入測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，在它的波導(dǎo)中就建立起駐波電磁場(chǎng)。而駐波電場(chǎng)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)的寬邊中央于軸向方向開(kāi)一條狹槽，并且深入一根金屬探針，則探針與傳輸波導(dǎo)電力線平行耦合的結(jié)果，必然得到感

5、應(yīng)電壓，它的大小正比于該處的場(chǎng)強(qiáng)，交流電流在同軸線組成的探針電路內(nèi)，由微波二極管檢波后把信號(hào)加到外接指示器，回到同軸線外導(dǎo)體成一閉合回路。因此指示器的讀書(shū)可以簡(jiǎn)接表示場(chǎng)強(qiáng)的大小。【使用方法】 按下圖接好測(cè)試系統(tǒng)，（工作時(shí)）必須預(yù)熱1530分鐘，如使用固定衰減器做隔離衰減時(shí)，衰減量應(yīng)在10dB以上，信號(hào)源的駐波比應(yīng)1.2以保證信號(hào)源的穩(wěn)定度。指示器可以用測(cè)量放大器或選頻放大器，按照信號(hào)源是否方波調(diào)制而定。如果使用百分表測(cè)量，而受外接器件的碰撞，則在測(cè)量線前信號(hào)源端加接延伸空波導(dǎo)。信號(hào)源調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，將測(cè)量線檢波頭的探針穿伸盡可能小，在靈敏度不夠的情況下，增加探針的傳輸度，以減少探針?lè)至麟妼?dǎo)引起的測(cè)

6、量誤差為前提。 調(diào)節(jié)檢波頭活塞，以改變活塞位置，找一個(gè)最佳的諧振點(diǎn)，使輸出信號(hào)最大。調(diào)諧時(shí)要注意移動(dòng)檢波座的探針在駐波腹點(diǎn)附近，因位于節(jié)點(diǎn)時(shí)輸出靈敏度太低。（2）頻率計(jì)（波長(zhǎng)表）【儀器簡(jiǎn)介】頻率計(jì)是利用諧振腔來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率的器件。一般頻率計(jì)是用同軸或圓波導(dǎo)做諧振腔的。圓柱體諧振腔相當(dāng)于一段兩端短路的圓波導(dǎo)，在諧振腔中根據(jù)激勵(lì)的方式和空腔的幾何尺寸不同，可以激勵(lì)起不同的波型。在設(shè)計(jì)頻率計(jì)時(shí)，諧振腔中只允許存在一種波型。圓柱形諧振腔由于具有較高的品質(zhì)因數(shù)，且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并易于加工等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。諧振腔的長(zhǎng)度可以由活塞來(lái)調(diào)節(jié)，腔底由耦合孔與主波導(dǎo)相連，把波導(dǎo)中能量耦合進(jìn)來(lái)。圖 PX16頻率計(jì)

7、結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有PX16空腔頻率計(jì)1臺(tái)，采用的是工作于T111波型，其工作頻率8.2GHz12.4GHz，它是由位于波導(dǎo)寬邊上方的圓柱諧振腔構(gòu)成，圓柱腔底部有一小孔，結(jié)構(gòu)如下圖所示。移動(dòng)短路活塞，使腔長(zhǎng)正好等于信號(hào)頻率T111波型的半波長(zhǎng)整數(shù)倍（即l=n.g/2）,腔內(nèi)振蕩達(dá)到最強(qiáng)，稱(chēng)為諧振。其諧振曲線與低頻LC回路諧振曲線一樣。這時(shí)腔內(nèi)抖動(dòng)電磁場(chǎng)無(wú)論在腔的橫向還是縱向均處于純駐波狀態(tài)。當(dāng)諧振腔失諧時(shí)（即當(dāng)腔體尺寸稍一偏離諧振尺寸時(shí)，振蕩就明顯減弱，這時(shí)稱(chēng)之為失諧），波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)哪芰坎贿M(jìn)入諧振腔。腔體與信號(hào)頻率諧振時(shí)，腔內(nèi)電磁能量達(dá)到最大值。由于腔體尺寸與諧振時(shí)的諧振頻率有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

8、所以就把腔的一端做成可移動(dòng)的活塞，使它能精密地改變腔體長(zhǎng)度使之與信號(hào)頻率相諧振，這樣就可以按諧振時(shí)活塞的位置和預(yù)先的定度曲線測(cè)出信號(hào)源的振蕩頻率。目前比較新式的頻率計(jì)，可以通過(guò)腔體表面附加的刻度值直接讀出振蕩頻率，即信號(hào)源工作頻率。頻率計(jì)的指示分為：通過(guò)式和吸收式。通過(guò)式：在諧振腔適當(dāng)?shù)奈恢瞄_(kāi)口，將腔內(nèi)能量耦合出來(lái)并加以顯示。當(dāng)諧振腔與信號(hào)源頻率諧振時(shí)，代表的指示值最大；反之，失諧時(shí)指示減小到零。這種方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不采用。吸收式：頻率計(jì)本身沒(méi)有指示器，其諧振腔內(nèi)能量的大小通過(guò)頻率計(jì)后的主波導(dǎo)所接的指示器來(lái)顯示。當(dāng)信號(hào)源與諧振腔諧振時(shí)，主波導(dǎo)中相當(dāng)一部分能量被耦合到頻率計(jì)的諧振腔內(nèi)，因此

9、電表指示明顯下降。電表指示最小時(shí)，頻率計(jì)所對(duì)應(yīng)的頻率為信號(hào)源工作頻率。PX16是吸收式頻率計(jì)，由于檢波器檢測(cè)的信號(hào)在選頻放大器上指示是固定的；當(dāng)諧振腔諧振時(shí)，由于波導(dǎo)中傳輸?shù)哪芰客ㄟ^(guò)耦合孔被諧振腔大量吸收而導(dǎo)致波導(dǎo)內(nèi)傳輸能量減小，使選頻放大器指示下降到最小，根據(jù)頻率計(jì)諧振裝置的刻度，即可直接讀出相應(yīng)的頻率。無(wú)論通過(guò)式還是吸收式，它們沒(méi)本質(zhì)的區(qū)別，只是一種現(xiàn)象描述角度的不同。頻率計(jì)的頻率分辨率主要取決于諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q值，Q越大，諧振曲線越尖銳，因而頻率分辨率越高。頻率分辨率越高，諧振點(diǎn)就越難找，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要緩慢地調(diào)活塞螺旋，仔細(xì)地觀察電表指示數(shù)的變化。只有這樣才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。頻率計(jì)實(shí)物圖【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求】學(xué)習(xí)完實(shí)驗(yàn)原理后請(qǐng)回答下面思考題：1. 對(duì)于微