微波實(shí)驗(yàn)課件

1、微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長(zhǎng)很短，頻率很高（300MHz300GHz），要求振蕩回路具有非常微小的電感與電容，故不能用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有速調(diào)管、磁控管或某些固體元件。下面只介紹速調(diào)管（一）反射式速調(diào)管反射式速調(diào)管是一種微波電子管，利用速度調(diào)制方法改變?cè)诮蛔冸姶艌?chǎng)中電子流的運(yùn)動(dòng)速度，從而將直流能量轉(zhuǎn)換為微波能量。它的振蕩頻率能在一定的范圍內(nèi)改變，且容易調(diào)諧，并能做脈沖和頻率調(diào)制。反射速調(diào)管的結(jié)構(gòu)如圖：反射式速調(diào)管的結(jié)構(gòu)原理圖反射式速調(diào)管K-27的結(jié)構(gòu)和管座圖 陰極發(fā)射電子經(jīng)直流加速電壓加速，以初速度v。通過(guò)諧振腔柵網(wǎng)間隙馳向反射極。因反射極對(duì)陰極

2、為負(fù)電壓，所以使電子減速，最后將發(fā)射電子折返穿過(guò)諧振腔柵網(wǎng)。由于熱擾動(dòng)等原因，諧振腔柵網(wǎng)存在一高頻交變場(chǎng),初速為v。的電子穿過(guò)柵網(wǎng)時(shí)將因受高頻電場(chǎng)作用而加速或減速，如圖所示。 當(dāng)高頻電場(chǎng)為正時(shí)，穿過(guò)柵網(wǎng)的 電子 受到加速；高頻場(chǎng)為負(fù)時(shí)， 穿過(guò)柵網(wǎng)電子 受到減速；而高 頻場(chǎng)為零時(shí)，穿過(guò)柵網(wǎng)的電子 速度不變，這就是速度調(diào)制。當(dāng)電子群回到諧振腔柵網(wǎng)間隙的時(shí)候，遇到腔內(nèi)減速高頻場(chǎng)就可把能量交給高頻場(chǎng)，從而使速調(diào)管維持振蕩。當(dāng)群聚中心電子從穿出柵網(wǎng)到返回柵網(wǎng)的渡越時(shí)間滿(mǎn)足式0()(，)時(shí),發(fā)生最強(qiáng)的振蕩，式中為高頻振蕩周期，為振蕩模式，受反射級(jí)電壓大小控制。（二）微波檢波二極管微波系統(tǒng)中常用硅材料的二極

3、管對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢波，將微波二極管（檢波晶體）插入波導(dǎo)寬壁中，使它對(duì)波導(dǎo)兩寬壁間的感應(yīng)電壓（與該處電場(chǎng)強(qiáng)度成正比）進(jìn)行檢波。其伏安特性中電流與電壓的關(guān)系式中：比例常數(shù)二極管的檢波率檢波二極管的伏安曲線(xiàn)可分二段來(lái)考慮nukIkn(a)小信號(hào)段：曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性n=2（稱(chēng)：平方律檢波）(b)大信號(hào)段：曲線(xiàn)近似直線(xiàn)n=1（稱(chēng)：線(xiàn)性檢波）（三）矩形波導(dǎo) 波導(dǎo)管是引導(dǎo)電磁波傳播的空心金屬管，一般是由銅或鋁等良導(dǎo)體材料制成，內(nèi)表面渡銀后可提高導(dǎo)電率，銀層上再渡銠或金可防止銀層氧化。波導(dǎo)管的加工非常精密，內(nèi)表面光潔度要求很高，能避免電磁波多次反射而產(chǎn)生的高次寄生波。常用的有矩形和圓形兩種。矩形波導(dǎo)的寬邊定為X方

4、向，內(nèi)尺寸用a表示，窄邊定為y ，內(nèi)尺寸用b表示，電磁波是沿z方向傳播。為方便對(duì)波導(dǎo)內(nèi)場(chǎng)型的了解，通常將x、y方向稱(chēng)為“橫向”，z方向稱(chēng)為“縱向”。a與b的數(shù)值一般?。喝值木匦尾▽?dǎo)內(nèi)尺寸應(yīng)為：（四）隔離器微波隔離器是一種特殊的衰減器，隔離器對(duì)入射波的衰減很小，對(duì)反射波的衰減則很大，兩者之比值稱(chēng)為“隔離度”。使用隔離器目的在于減小因負(fù)載阻抗變化對(duì)振蕩頻率帶來(lái)的影響。一般在矩形波導(dǎo)的橫向加上恒定磁場(chǎng)，7 . 0a)35. 03 . 0(bmmmmba16.1086.22放置在波導(dǎo)橫向的鐵氧體片恰好能與反射波產(chǎn)生鐵磁共振，繼而抑制了反射波，而入射波不會(huì)產(chǎn)生這種共振吸收。但在做成器件后，隔離器對(duì)入

5、射波也會(huì)產(chǎn)生一些正向衰減，約為1dB，對(duì)反射的反向衰減則大于20dB。使用時(shí)務(wù)需認(rèn)清箭頭方向以免裝錯(cuò)。（五）可變衰減器 可變衰減器可被用來(lái)連續(xù)改變傳輸線(xiàn)路中的功率電平，也可當(dāng)作振蕩器與負(fù)載之間的去耦器件。在矩形波導(dǎo)內(nèi)安置的吸收片應(yīng)平行于電場(chǎng)的極化方向，并能做橫向的移動(dòng)。通常，在不需要做功率衰減時(shí)，吸收片是緊帖在波導(dǎo)管窄壁上。吸收片移到寬邊中央時(shí)，功率衰減最大，吸收片移動(dòng)的位置可由衰減器上方刻度盤(pán)中顯示出來(lái)?？勺兯p器刻度盤(pán)上的讀數(shù)與衰減量之間的關(guān)系可用功率計(jì)測(cè)定。（六）測(cè)量線(xiàn)微波測(cè)量線(xiàn)是一種通用的微波測(cè)量?jī)x器。對(duì)微波信號(hào) 的檢測(cè)中雖然可以在輸出波導(dǎo)管 的后部裝接檢波器或功率計(jì)等器 件，但這些負(fù)

6、載在接入終端后駐 波比的改變是在四周封閉的波導(dǎo) 管內(nèi)無(wú)法檢測(cè)到的。為解決這一問(wèn)題，必需在矩形波導(dǎo)管寬邊中央，沿波導(dǎo)軸向開(kāi)啟一個(gè)能使耦合探針移動(dòng)的長(zhǎng)槽。檢波頭的探針越槽伸入波導(dǎo)內(nèi)，并由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)著沿槽移動(dòng)。波導(dǎo)中的高頻信號(hào)經(jīng)探針耦合后，再經(jīng)測(cè)量線(xiàn)內(nèi)部檢波二極管檢波，就能輸出一個(gè)與場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。一、微波測(cè)試系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與調(diào)試一、微波測(cè)試系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與調(diào)試1、了解微波測(cè)試系統(tǒng)（如上圖）等效電源部分(即發(fā)送器) 測(cè)量裝置部分(即測(cè)量電路) 指示器部分(即測(cè)量接受器) 2、直觀了解反射式速調(diào)管振蕩器特性。A、按正確步驟開(kāi)啟電源，改變反射極電壓，觀測(cè)速調(diào)管的各個(gè)振蕩模（要求：VR從-300V變化到-58

7、0V）。描繪草圖，注明各個(gè)振蕩模的峰值以及始點(diǎn)、峰值和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的反射極電壓值。B、逐點(diǎn)測(cè)量速調(diào)管最佳振蕩模的功率P和反射極電壓VR的關(guān)系曲線(xiàn)，以及頻率和反射極電壓VR的關(guān)系曲線(xiàn)。緩慢調(diào)諧直讀式頻率計(jì)，仔細(xì)觀察功率計(jì)的變化，當(dāng)指針出現(xiàn)一突降，頻率計(jì)在指針最小偏轉(zhuǎn)時(shí)的讀數(shù)即為速調(diào)管振蕩源的工作頻率，記錄頻率計(jì)的讀數(shù)。隨即使頻率計(jì)失諧。注意事項(xiàng)：1、將速調(diào)管電源置預(yù)熱位置，預(yù)熱至分鐘。諧振腔電壓300），此時(shí)mA表上示出諧振腔電流。2、反射速調(diào)管工作在等幅振蕩時(shí)，應(yīng)避免反射極電壓為零值,以延長(zhǎng)管子的使用壽命。3、實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)首先切斷反射速調(diào)管諧振腔電壓，然后斷開(kāi)電源電壓。 二、二、測(cè)量線(xiàn)調(diào)整與晶體

8、檢波器校準(zhǔn)測(cè)量線(xiàn)調(diào)整與晶體檢波器校準(zhǔn)1、熟悉測(cè)量線(xiàn)的使用方法。(1)駐波測(cè)量線(xiàn)的調(diào)整(2)波長(zhǎng)測(cè)量測(cè)量波長(zhǎng)常見(jiàn)的方法有諧振法和駐波分布法。后者是用駐波測(cè)量線(xiàn)測(cè)量，當(dāng)測(cè)量線(xiàn)終端短路時(shí)，傳輸線(xiàn)上形成純駐波,移動(dòng)測(cè)量線(xiàn)探針，測(cè)出兩個(gè)相鄰駐波最小點(diǎn)之間的距離，即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)。. 2、掌握校準(zhǔn)晶體檢波器特性的方法。 在測(cè)量駐波比時(shí)，駐波波腹和波節(jié)的大小由檢波晶體的輸出信號(hào)測(cè)出。晶體的檢波電流I和傳輸線(xiàn)探針附近的高頻電壓E的關(guān)系必須正確測(cè)定。根據(jù)檢波晶體的非線(xiàn)性特征，可以寫(xiě)出I=k1En(1)令駐波測(cè)量線(xiàn)終端短路，此時(shí)沿線(xiàn)各點(diǎn)駐波振幅與終端距離的關(guān)系為E = Emsin2l/g E/Em= sin2l/

9、g 得 =K” sin2l/g n 按E/Em和隨d的變化規(guī)律,即可做出下圖 在 g /4范圍內(nèi)移動(dòng)探針,使其偏離駐波節(jié)點(diǎn)不同位置l,選取場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)值 Isin2d/g I=0.1,0.2,0.3,1.0,各點(diǎn)讀取指示電表讀數(shù),即能做出 sin2d/g 關(guān)系曲線(xiàn),也就是晶體二極管定標(biāo)曲線(xiàn)g max/ EdE dI maxmaxEdEfIdI dkEdIn nEdEIdI maxmax maxmaxlglgEdEnIdI maxmaxlglgEdEIdIn 三、觀察波導(dǎo)管的工作狀態(tài)三、觀察波導(dǎo)管的工作狀態(tài)則, 當(dāng)駐波比1.051.5 駐波的最大值和最小值相差不大,且波腹和波 節(jié)平坦,難以準(zhǔn)確測(cè)定.為了提高測(cè)量精確度, 可移動(dòng)探針測(cè)出幾個(gè)波腹和波節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),然后取平