微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

-1- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院電子系20238月-2- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書名目試驗(yàn)一、微波傳輸線頻率和波長的測................................... -2-試驗(yàn)二、微波傳輸線駐波比的測量.......................................... -8--............1- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)要求一、預(yù)習(xí)要求：試驗(yàn)前必需充分預(yù)習(xí)，完成指定的預(yù)習(xí)任務(wù)。必要的計(jì)算。復(fù)習(xí)試驗(yàn)中所用各儀器的使用方法及留意事項(xiàng)。習(xí)報(bào)告。二、試驗(yàn)要求：嚴(yán)格遵守。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)留意觀看，假設(shè)覺察有破壞性特別現(xiàn)象(例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味)應(yīng)馬上關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場，報(bào)告指導(dǎo)教師。找出緣由、排解故障后，經(jīng)指導(dǎo)教師同意再連續(xù)試驗(yàn)。在進(jìn)展微波測試時(shí)，終端盡量不要開口，以防止微波能量泄露。(數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象)。所紀(jì)錄的試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師批閱簽字后再撤除試驗(yàn)線路。理。試驗(yàn)后每個(gè)同學(xué)必需按要求獨(dú)立完成試驗(yàn)報(bào)告并按時(shí)上交。-1-2- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)一、微波傳輸線頻率和波長的測量一、 試驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)使用根本微波器件。了解微波振蕩源的根本工作特性和微波的傳輸特性。學(xué)習(xí)利用吸取式測量頻率和波長的方法；測量線來測量波長和頻率的方法。二、 試驗(yàn)原理微波的傳輸特性為了避開導(dǎo)線輻射損耗和趨膚效應(yīng)等的影響，承受標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管為微

波型。10波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：①當(dāng)終端接“匹配負(fù)載”時(shí)，反射波不存在，波反射，波導(dǎo)中呈純駐波狀態(tài)；③一般狀況下，終端是局部反射，波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切胁?，也不是純駐波，而是呈行駐波狀態(tài)。微波頻率的測量8.2GHZ-12.4GHZ，誤差≤±0.3%，當(dāng)傳輸線中相當(dāng)一局部功率進(jìn)入頻率計(jì)諧振腔內(nèi)，而另一局部從耦合元件處反射回去。當(dāng)調(diào)整頻率計(jì)，使其自身空腔的固有頻率與微波信號(hào)頻率一樣時(shí)產(chǎn)生諧振，用選頻放大器測量，信號(hào)源須用內(nèi)方波，重復(fù)頻率-2-3- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書為1KHZ左右，諧振時(shí)可從選放上觀看到信號(hào)幅度明顯削減，以減幅最大位置為推斷頻率測量值的論據(jù)。微波功率的測量用GX2C小功率計(jì)配小功率探頭直接測量連續(xù)或脈沖調(diào)制的射頻平均功能→熱能→直流電動(dòng)勢的轉(zhuǎn)換器件。波導(dǎo)波長λ 的測量gλ 在數(shù)值上為相鄰兩個(gè)駐波極值點(diǎn)〔波腹或波節(jié)〕距離的兩倍，常承受g測定駐波微小點(diǎn)的位置來求出λ 。g〔1〕用平均值法。找出兩個(gè)相鄰最小點(diǎn)的位置D1

D2D1

左右找出兩個(gè)具有一樣幅度〔由選頻放大器讀出〕的位置d1

d2D2

點(diǎn)左右的d3

d4d dD 1 21 2d dD 3 42 2 2Dg

D(d1

d )(d4

d )2D、D1

的位置在測量線上通過標(biāo)尺讀出。-3-4- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書〔2〕用可變短路器。首先找出第一點(diǎn)最大點(diǎn)D1

時(shí)，將選頻放大器增益放大，來回轉(zhuǎn)動(dòng)可變短路器，登記最小點(diǎn)時(shí)可變短路器上的刻度位置X，然1后轉(zhuǎn)變可變短路器，找出另一個(gè)相鄰最小點(diǎn)D，再登記可變短路器上刻度位2X12 2

X X1，通過測出λ,可計(jì)算出頻率和自由空間波長，有一g2g一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。三、 試驗(yàn)裝置YM1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2BYM3892TC2bTS7米波導(dǎo)周密衰減器，PX16BD-20A干。四、 試驗(yàn)內(nèi)容與步驟生疏有關(guān)儀器的根本原理和使用方法，連接好儀器。連接線路如圖1-1所示：-4--5- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書頻率計(jì)頻率計(jì)晶體檢波器選頻放大器匹配負(fù)載H彎導(dǎo)面波短路板信號(hào)源波導(dǎo)/同轉(zhuǎn)器軸換調(diào)配器或用波導(dǎo)隔離器定向耦合器可變衰減測量線功率計(jì)可變短路器1-1翻開標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的電源，電流調(diào)零，輸出功率調(diào)到中檔，輸出頻率10GHZX10左右。將選頻放大器衰減檔置于40dB檔位，輸入阻抗置200Ω，通頻帶置于32HZ。10GHZ當(dāng)輸出幅度降低到達(dá)最低的時(shí)候，諧振腔〔頻率計(jì)〕處于諧振狀態(tài)，此f。TC2b口接上可變短路器，緩慢移動(dòng)測量探針，測出相鄰兩個(gè)極值點(diǎn)四周的兩 (dg 3

d)(d4

d，測三組數(shù)據(jù)。2-5-6- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書1〔mm〕2〔mm〕〔mm〕gd”1d”3d”2d”4d””1d””3d””2d””4d”””1d”””3d”””2d”””4X1X2標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源仍開機(jī)不動(dòng)。將功率計(jì)開機(jī)調(diào)整，并將校準(zhǔn)因子調(diào)整好〔例信號(hào)源為10.0GHZ時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)因子調(diào)95%，再接上GX T 探頭。然后把2 3GX-T功率探頭與信號(hào)源和功率計(jì)連接，漸漸增大信號(hào)源的輸出功率，2 3功率計(jì)和信號(hào)源。五、 微波試驗(yàn)留意事項(xiàng)：能用勁轉(zhuǎn)動(dòng)。最大位置時(shí)選放指針打表?！?7dB。E—H-6-7- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書測量線，使之處于諧振輸出最大狀態(tài)。時(shí)，要重調(diào)零〔功率計(jì)。在裝拆連接同軸探頭時(shí)確定要留神，要先將〔易燒毀膜片。六、 思考與爭論系如何？輸出信號(hào)很小的現(xiàn)象，如何調(diào)整？-7--8- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)二、微波傳輸線駐波比的測量一、 試驗(yàn)?zāi)康纳枵麄€(gè)測量系統(tǒng)，主要是駐波測量線的使用方法；學(xué)會(huì)測量線的定標(biāo)；把握常用的大、中、小電壓駐波比的測量方法，以及如何準(zhǔn)確測量。二、 試驗(yàn)原理駐波比的測量是微波測量中最根本、最重要的內(nèi)容之一?！埠喎Q駐波比S

EmaxEmaxEmin

min

~~E~max~E~maxE

為電場的歸一化值〔相對(duì)場強(qiáng)。直接法法稱為直接法。該方法適用于測量中、小駐波比〔S<6。I

與Imax

minEE

max

~與E與min

S為：~E~maxE~E~maxEmin在試驗(yàn)中所使用的功率電平范圍內(nèi)，一般可近似地認(rèn)為是平方律檢波，-8--9- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書即：Imax

~C E 2max

， Imin

~CE 2min式中C為比例系數(shù)，則：~E max

，EImaxCIminImaxCIminCImaxI~則 S

~E~E~maxE

min

〔2-2〕等指示度法波比。由長線理論可知，合成波波節(jié)點(diǎn)處相對(duì)場強(qiáng)可表示為：~Emax

1則 Imax

CE

min

C(1)EK倍，E等指示度〔KImin

〕的寬度為W。KImin

~為：~E [122cos(

2W 1)]2gKImin

C[122

2W 1)]2g-9--10- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書由于cos22cos21 S1 則S1K2K2cos2( )wsin(wgg)K=2，n=2〔平方律檢波，則：11sin11sin2( )wgS>10sin(W

) 很小，上式可簡化為：gS W

〔K=2，n=2〕功率衰減法無關(guān)，它可測量任意駐波比。〔或功率示不變來測量駐波波幅點(diǎn)與波節(jié)點(diǎn)的電平差，由電平值〔分貝值〕來計(jì)算駐波比。設(shè)信號(hào)源送入可變衰減器的入射波為E0

，通過波為E1

，由被測元件產(chǎn)生的反射波為E1

，第一次在測量線內(nèi)合成波波節(jié)點(diǎn)處有：-10--11- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書Emin

E)1轉(zhuǎn)變可變衰減器，使指示器得到一個(gè)明確而便利的讀數(shù)，衰減器的衰減Amin

，可見：Amin

20lg[

]E (1E (1)0E再把探針移到波幅點(diǎn)，同時(shí)加大衰減器的衰減量，使該點(diǎn)處的合成波Emax2

與Emin1

max2

Emin1

，也即保持兩次指示器讀數(shù)不變，此Amax

，同理：Amax

20lg[ ]E (1E (1)0E (1)

max

20lg[

E (1E (1)0E111Amax

Amin

20lg

20lgS因此 S10

Amax

Amin20

〔2-5〕三、 試驗(yàn)裝置GX2BYM3892TC2b導(dǎo)型測量線〔TS7PX16BD20-A米波導(dǎo)系統(tǒng)，喇叭天線，探頭假設(shè)干。四、 試驗(yàn)內(nèi)容與步驟-11--12- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書被測負(fù)載為喇叭天線2-22-3直接法、等指示度法大器被測負(fù)載信號(hào)源隔離器頻率計(jì)測量線短路負(fù)載圖2-22)2)功率衰減法大器信號(hào)源隔離器頻率計(jì)減器測量線被測負(fù)載圖2-3直接法測量駐波比I

max

I。min等指示度法測駐波比將被測負(fù)載接于測量線終端，移動(dòng)探針至波節(jié)點(diǎn)處，測得I。min

min

處測得標(biāo)尺刻度d1

d2功率衰減法測駐波比-12--13- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書將被測負(fù)載接于測量線終端。I〔1/2A1 1將探針移到波幅點(diǎn)，轉(zhuǎn)變可變衰減器，使指示器讀數(shù)仍保持為I，1并讀得衰減器的讀數(shù)A。2五、 數(shù)據(jù)處理與表格Imax

Imin

~Emax

與E，由~min~~E~~E~maxEminS，并與由IImaxminIImaxminS由三次測得的dd計(jì)算W的平均值并將W的平均值與 代〔2-4〕1 2 g式計(jì)算S。

(dB)，并代入〔2-5〕式2 1 max minS。六、 留意事項(xiàng)等指示度法中側(cè)W最好用指針式測微計(jì)，但作為學(xué)習(xí)測量原理與方法，也可以直接用測量線上的標(biāo)尺。-13--14- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書能保證精度，但可作為學(xué)習(xí)測量原理與方法使用。七、 思考與爭論么？應(yīng)如何減小測量誤差？可能的話，在試驗(yàn)中試一下。-14--15- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書附參考數(shù)據(jù)表格直接法數(shù)據(jù)I〔mA〕maxI〔mA〕Smin等指示度法數(shù)據(jù)次數(shù)次數(shù)I2IminWd d1W平均Smin2g位置〔mm〕〔mm〕〔mm〕d〔mm〕d〔mm〕1 2123功率衰減法數(shù)據(jù)AA(dB)AA(dB)A-A(dB)S1min2maxmaxmin-15--16- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)三、衰減的測量用功率比測量衰減；用替代法測量衰減。一、 試驗(yàn)?zāi)康膵故彀盐沼闷椒铰蓹z波法與高頻替代法測量衰減量的技術(shù)；解定向耦合器的參數(shù)及其衰減的測量方法。二、 試驗(yàn)原理參考前述章節(jié)中電源方向駐波系數(shù)測量及衰減測量的有關(guān)局部。系統(tǒng)、大功率設(shè)備中更是不行缺少的器件。定向耦合器的種類很多，其構(gòu)造示意圖如下：PBPBP0Pa輔波導(dǎo)Pi-16-17- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書相互抵消，剩余局部為終端負(fù)載所吸??；向右局部通向輔波導(dǎo)輸出端。定向耦合器主要參量有：耦合系數(shù)也稱過渡衰減，表示能量從主波導(dǎo)耦合到輔波導(dǎo)的大小，如圖i

a

表示的耦合系數(shù)C定義為：PC10lg iPa

(dB)方向系數(shù)亦稱方向性，表示定向性能的好壞，如圖中到達(dá)輔波導(dǎo)反向端PB

越小，定向性越好。用分貝表示的方向系數(shù)D定義為：PD10lg aPB系數(shù)；工作頻帶寬度。三、 試驗(yàn)裝置-17-18- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書〔TS7PX16BD20-A波導(dǎo)系統(tǒng)，BD20-A四、 試驗(yàn)內(nèi)容與步驟以定向耦合器為被測器件，用兩種方法測量衰減用功率比法測量衰減按圖3-1接好測量系統(tǒng)YM1123YM1123信號(hào)源隔離器同軸/波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器PX16率計(jì)頻TS7 或可A 被測件B變衰減器PGX2B功率計(jì)1P23-1先不接被測件，用小功率計(jì)測出A點(diǎn)也即被測件的輸入功率P。1接入被測件，測出被測件的輸出功率B點(diǎn)的功率P。2被測件的衰減量為A 10log用替代法測量衰減

P1(dB)P23-2測量系統(tǒng)。-18-19- 微波技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書YM1123YM1123信號(hào)源隔離器YM3892選頻放大器同軸/波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器PX16 頻率計(jì)TS7或可A被測件B變衰減器TC2b波