實驗三-微波駐波比的測量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)北京郵電大學電磁場與微波測量實驗報告學院：電子工程學院班級：組員： 報告撰寫人： 學號：實驗三.微波駐波比的測量由于微波的波長很短，傳輸線上的電壓、電流既是時間的函數(shù)，又是位置的函數(shù)，使得電磁場的能量分布于整個微波電路而形成“分布參數(shù)”，導致微波的傳輸與普通無線電波完全不同。微波系統(tǒng)的測量參量是功率、波長和駐波參量，這也是和低頻電路不同的。電壓駐波系數(shù)的大小往往是衡量一個微波元件性能優(yōu)劣的主要指標。駐波測量也是微波測量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過駐波測量不僅可以直接

2、得知駐波系數(shù)值，而且還可以間接求得衰減器、相移量、諧振腔品質(zhì)因數(shù)，介電常數(shù)。實驗目的（1）了解波導測量系統(tǒng)，熟悉基本微波元件的作用。（2）掌握駐波測量線的正確使用和用駐波測量線校準晶體檢波器特性的方法。（3）掌握大、中、小電壓駐波系數(shù)的測量原理和方法。實驗原理駐波測量是微波測量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過駐波測量可以測出阻抗、波長、相位和Q值等其他參量。在傳輸線中若存在駐波，將使能量不能有效地傳給負載，因而增加損耗。在大功率情況下，由于駐波存在可能發(fā)生擊穿現(xiàn)象。此外，駐波存在還會影響微波信號發(fā)生器輸出功率和頻率的穩(wěn)定度。因此，駐波測量非常重要。電壓駐波比測量駐波測量是微波測量中最基本和最重

3、要的內(nèi)容之一，通過駐波測量可以測出阻抗、波長、相位和Q值等其他參量。在測量時，通常測量電壓駐波系數(shù)，及波導中電場最大值和最小值之比，即 =EmaxEmin。測量駐波比的方法與儀器種類很多，有直接法，等指示度法，功率衰減法等。我們這次實驗中主要用直接法和等指示度法來熟悉駐波測量線的使用。（1）直接法直接測量沿線駐波的最大點與最小點場強，從而求得駐波系數(shù)的方法稱為直接法。若駐波腹點和節(jié)點處電表讀數(shù)分別為Umax，Umin則電壓駐波系數(shù)：=EmaxEmin=UmaxUmin當駐波系數(shù)1.55時直接讀出Imax，Imin即可。在我們的實驗中，由于選頻放大器直接讀出來的是電壓而不是電流，所以我們直接讀出

4、Umax和Umin也可以。當電壓駐波系數(shù)在1.051.5時，駐波的最大值和最小值相差不大，且不尖銳，不易測準，為了提高測量準確度，可移動探針到幾個波腹點和波節(jié)點記錄數(shù)據(jù)，然后取平均值。=Umax1+Umax2+UmaxnUmin1+Umin2+Uminn E E W Emax Emin L L Lk L2 L2 Lk 直接法線駐波場分布圖 等指示度法波節(jié)點附近場的分布（2）等指示度法當被測量的駐波系數(shù)大于5時，駐波腹點和節(jié)點的電平相差比較大，直接法求取大駐波系數(shù)會帶來較大的誤差，原因是：波腹點和波節(jié)點電平相差懸殊，因此在測量最大點和最小點電平時，晶體工作在不同的檢波率，所以仍然采用直接法測量大

5、駐波比誤差較大。因此采用等指示度法，也就是通過測量駐波圖形中波節(jié)點兩旁附近場的分布規(guī)律的間接方法，求出駐波系數(shù)。根據(jù)傳輸線上場強和終端反射系數(shù)之間的關(guān)系，如果確定駐波節(jié)點兩旁等指示度之間的距離，可以推導出關(guān)系：=k2n-（cosWg）2 sinWg式中：k=測量點讀數(shù)/最小點讀數(shù)；g為測量線上的波長即波導波長。通常情況下，取測量點 U左和右 = 2Umin的兩個等指示度點所對應的探針位置間距，記錄為：W=Lh-Lh，如果晶體是平方率檢波（n=2），傳輸線的駐波系數(shù)可以用下式計算：=1+1（sinWg）2當較大時（10），由于W和很小，sin(W/g) 較小，sin(W/g)W/g，故公式進一步

6、簡化為：g W這種方法取k=2時進行測量，所以也稱為“二倍最小值”法，或3分貝方法。必須指出：W與g的測量精度對測量結(jié)果影響很大，因此必須用高精度的探針位置測量裝置（如千分測微計）進行讀數(shù)。實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理直接法測量駐波系數(shù) 直接發(fā)駐波系數(shù)測量框圖 按上圖所示的框圖連接成微波實驗系統(tǒng)。調(diào)整微波信號源，使其工作在方波調(diào)制狀態(tài)。左右移動波導測量線探針使選頻放大器有指示值。用選頻放大器測出波導測量線位于相鄰波腹和波節(jié)點上的Umax和Umin。 =Umax/Umin當檢波晶體工作在平方律檢波情況時，駐波分布示意如下圖：ImaxImin L在實驗中我們測得的數(shù)據(jù)如下: Umax（uV）Umin（uV）

7、 匹配負載737271.5707069.51.01672.269.9諧振腔37.5383818.517.517.51.46037.817.8開路97411.540從實驗中我們可以看出，對于匹配負載，=1.016，與理論值1十分相近。由于實驗材料中沒有失配負載,我們用諧振腔來做實驗，對于諧振腔，=1.46，也比較接近實驗儀器上的駐波比值。因為終端短路時，非常大，超過了5，由實驗原理知，當被測量的駐波系數(shù)大于5時，駐波腹點和節(jié)點的電平相差比較大，直接法求取大駐波系數(shù)會帶來較大的誤差，因此我們需要采用其他的方法測量。（2）等指示度法測量駐波系數(shù)當駐波比大于5的時候，我們不再能用直接法測量，必須用等指

8、示度法。步驟如下：連接好微波測量系統(tǒng)，開啟微波信號源，選擇好頻率，工作方式選擇“方波”。將測量線探針插入適當深度，用選頻放大器測量微波的大小，選擇較小的微波輸出功率并進行駐波測量線的調(diào)諧。將測量線終端接短路片，用兩點法測量三個相鄰波節(jié)點位置，計算 g 。參數(shù) T1T2T1T2測量示數(shù)(mm)112.5104.5 124.5 136g=2Tmin-Tmin=43.5mm4） 將測量線終端換接調(diào)配器+晶體檢波器，并將探針置于住波節(jié)點位置，提高測試系統(tǒng)靈敏度。選擇兩倍于波節(jié)點電壓強度的左右相鄰兩個點l=145.2mm與l=148.5mm，則W=| l- l|=3.3mm代入公式：=1+1（sinWg

9、）2得到： 4.35 。即用等指示度法測出的駐波系數(shù)為4.35 。思考題1、開口波導的 ，為什么？如果想獲得真正意義的開路，應采用什么方法？答：對于開口波導，其負載阻抗 Z L = ，則 GL = 1 。又根據(jù) r 的定義得 r = 1+|G|1-|G|，則按理論推算開口波導的 r 應為無窮大；但由于實際上并無法實現(xiàn)全反射，因此其駐波比不為無窮大。 要想獲得真正意義上的開路，應該連接四分之一阻抗變換器。2、駐波節(jié)點的位置在實驗中精確測準不容易，如何比較準確的測量？答：可以采用兩點法進行波節(jié)點位置的測量。在駐波節(jié)點兩邊取等指示度點并記錄位置，取兩點中間值即為波節(jié)點位置。3、討論直接法、等指示度法

10、、功率衰減法測量電壓駐波比的特點。答：直接法適用于測量電壓駐波比在1.5和5之間的情況，在駐波比較大時易產(chǎn)生較大的誤差。等指示度法適用于駐波比較大時，但對儀器精確度要求較高。功率衰減法適用于一切情況。4、在對測量線調(diào)諧后，進行駐波比的測量時，能否改變微波的輸出功率或衰減大??？答：不能，根據(jù)公式=UmaxUmin ，在測量過程中，若改變微波的輸出功率或衰減大小，會影響電壓值，然后會造成測量值得偏差，影響實驗結(jié)果。5、在測量單螺釘駐波比時，為什么要在單螺調(diào)配器后面緊跟上一個匹配負載？答：如果沒有在單螺調(diào)配器后加上匹配負載，那么不匹配負載的阻值就會與單螺調(diào)配器的阻值疊加，改變從單螺調(diào)配器左端看過去的

11、阻抗值，同時也影響了單螺調(diào)配器的駐波系數(shù)。所以必須要在單螺調(diào)配器后面加上一個匹配負載，否則所測的駐波比數(shù)值會受后面負載的影響。實驗心得通過本次實驗，我們了解了波導測量系統(tǒng)，更進一步加深了對實驗器件每一個模塊的了解，掌握了駐波測量的的兩種方法：直接法、等指示度法。其中直接法適用于測量駐波比在1-5之間的器件，而等指示度發(fā)測量駐波系數(shù)適用于駐波比較大的器件。實驗比不算特別困難，在進行了基本準備之后，我們依次將匹配負載，諧振腔、開路接到最后面，調(diào)整波導測量線的探針，在選頻放大器中讀出u最大值和最小值，進而計算出相應的駐波比，由于實驗預習得不夠充分，在動手實驗的時候，總是出現(xiàn)很多的錯誤，另外儀器的好壞也決定了實驗的成功與