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1、微波技术实验指导书内蒙古工业大学信息工程学院电子系2012年8月目录实验一、传输线调试及参数测试 - 1 -实验二、衰减的测量错误!未定义书签。实验三、阻抗匹配网络的设计- 11 -实验要求一、预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。1. 认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并 进行必要的计算。2. 复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。3. 熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写 好预习报告。二、实验要求：1. 使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用 时应严格遵守。2. 实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件 冒烟、发烫或
2、有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指 导教师。找出原因、排除故障后，经指导教师同意再继续实 验。3. 在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄 露。4. 实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果（数据、 波形、现象）。所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再 拆除实验线路。5. 实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规 定整理。6. 实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。实验一、传输线调试与参数测试一、 实验目的1学会使用基本微波器件。 2了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。3学习利用吸收式测量频率和波长的方法； 4掌握用测量线来测量波长
3、和频率的方法； 5学会测量线的定标；6掌握常用的大、中、小电压驻波比的测量方法，以及如何精确测 量。二、 实验原理1微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管 为微波传输线，并用TE10波型。波导管具有三种工作状态：当终端接“匹配负载”时，反射波不 存在，波导中呈行波状态；当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性 负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；一般情况下，终端是部 分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。2微波频率的测量用吸收式频率计PX16（直读式），测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误差W0.3%，当传输线中相当一部分功率进入
4、频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。当调节频率计，使其自身空腔的固有 频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须 用内方波，重复频率为1KHZ左右，谐振时可从选放上观察到信号幅 度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。3微波功率的测量用GX2C小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平 均功率。GX2C属于热电偶型，热电偶膜片既是传输线终端负载电阻， 又见电磁场能f热能f直流电动势的转换器件。4. 波导波长入的测量g入在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍，g常采用测定驻波极小点的位置来求出入。g（1）用平均值法。找出两个相邻最小点
5、的位置D和D，移动探针12出。（2）用可变短路器。首先找出第一点最大点D时，将选频放大器1增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时可变短路器上的刻度位 置X，然后改变可变短路器，找出另一个相邻最小点D，再记下可变短 12路器上刻度位置X?,则1九=|X x1，通过测出入y可计算出频率和自2 g 2由空间波长，有一一对应的关系。5. 驻波比的测量驻波比的测量是微波测量中最基本、最重要的内容之一。电压驻波比（简称驻波比）定义是：传输线中电场最大值与最小值之比，即：S =旦minEEma xmax =式中E为电场的归一化值（相min 对场强）。1）直接法直接法测量传输线驻波的波幅点与波节点场强，由
6、定义求得驻波比 的方法称为直接法。该方法适用于测量中、小驻波比（即S6）。如果测得驻波波幅点与波节点的指示器读数分别为I与I ，根据 m axm in晶体定标曲线可读得相应的E 与E，则驻波比S为:maxminmax min(1-1)在实验中所使用的功率电平范围内，一般可近似地认为是平方律检波，即：EmaxEmin卩maxVI.min式中c为比例系数，则:则1-2）2）等指示度法等指示度法是在驻波波节点附近测量数据，再根据驻波分布规律求 其驻波比。由长线理论可知，合成波波节点处相对场强可表示为：ImaxC|E| C 1 | |)min从波节点向两侧移动探针，使指示器读数均为波节点指示器读数的K
7、倍，等指示度（KI ）的宽度为W。KI对应处的相对场强E为：minmin由于cos22cos21| | |一1 则K 2 COS21-3)若K=2, 且 n=2 （平方律检波）,则:I 1S = 1 +sin2(兀w厂)g1-4)当S10时，sin（四）很小，上式可简化为：九gS =4（K=2, n=2）兀W（3）功率衰减法功率衰减法测量驻波比是一种简便而准确的方法，它的测量精确度 主要决定于标准可变衰减器的校准误差和测量线路的失配误差，而与晶 体检波律无关，它可测量任意驻波比。功率衰减法是利用标准可变衰减器改变入射波振幅（或功率），使 检波指示不变来测量驻波波幅点与波节点的电平差，由电平值（
8、分贝值） 来计算驻波比。设信号源送入可变衰减器的入射波为|气|,通过波为|E|，由被测元 件产生的反射波为|rE|，第一次在测量线内合成波波节点处有：改变可变衰减器，使指示器得到一个明确而便利的读数，衰减器的衰减量为A 可见：min再把探针移到波幅点，同时加大衰减器的衰减量，使该点处的合成 波E 与IE 相等，即IE= IE ，也即保持两次指示器读数不变,max 2min 1max 2min 1第-5 -页此时衰减量为A，同理：max贝U： A = 201g邸単业 max|E|A Amax minS = 1020max 2因此（1-5）三、 实验装置YM1123标准信号发生器,GX2B小功率计
9、,YM3892选频放大器,TC2b 波导型测量线,（TS7厘米波导精密衰减器,PX16直读式频率计）,BD-20A 三厘米波导系统，探头若干。四、 实验内容与步骤1熟悉有关仪器的基本原理和使用方法，连接好仪器。连接线路如图1-1所示:藕体功率调到中档，输出2.打开标准信号发生器的电源，电流调零频频率调到10GHZ。信号工作方式置于“内方波”重复频率用“甌配负晶体检波放大档” 1KHZ左右。3. 将选频放大器衰减档置于弯4波dB档位，输入阻抗置200Q,状态，此时频率计的读数就是信号源的输出频率f。5.当频率计不处于谐振状态时，将选频放大器接到TC2b测量线上,测量端口接上可变短路器，缓慢移动测
10、量探针，测出相邻两个极值 点附近的两点坐标，测两组数据；再用平均值方法，计算波导波长 九=(d + d ) (d + d )，测二组数据。g 3 4 1 2位置1 (mm)位置 2 (mm)九(mm)d 1d 3d 2d 4d ”d ”3d ”2d ”4d ”，d ”3d ”2d ”4XX?6. 标准信号源仍开机不动。将功率计开机调整，并将校准因子调节好(例信号源为10.0GHZ时，标准因子调95%),再接上GX T探头。23然后把GX-T功率探头与信号源和功率计连接，慢慢增大信号源的 23输出功率，当输出最大时记录所测功率。测量完毕，一定要先拆下功率探头，再关功率计和信号源。7. 驻波比测量
11、。被测负载为功率计(GX2B小功率计)1) 按图1-2或图1-3连接实验线路，开启信号源，调整测量线。直接法、等指示度法被测负载信号隔离频率测量IF*放丰人2）直接法测量驻波比短路负载选频-图1-2放*大被测负载3）等指示度法测驻波比将被测负载接于测量线靈端3移动探针至波节点处，测得I。min在波节点两侧1=21处测得标尺刻度d和d ,重复三次。min 1 24） 功率衰减法测驻波比将被测负载接于测量线终端。将探针移至波节点，同时改变衰减器，使指示器得到一个明确而便利的读数I （应该大于1/2满刻度），并读得衰减器刻 1度A。1将探针移到波幅点，改变可变衰减器，使指示器读数仍保持为I，并读得衰
12、减器的读数A。128数据处理与表格1）根据I和I，由晶体定标曲线查得相应的E 与E ，由maxminmax min计算S，并与由计算得到的S进行比较。2）由三次测得的d、d，计算W的平均值，并将W的平均值与 代1 2 g入（1-4 ）式计算S。3）根据测得的A与A,由衰减量A （dB ）与A （dB）,并代入（1-5）2 1 max min式计算So五、 微波实验注意事项：1. 旋动频率计要缓慢，否则塑料红指针易卡断。在起始端和终了 端要切忌不能使劲转动。2移动测量线探针的同时,要适当调整选频放大器的放大倍数,避免在输出最大位置时选放指针打表。3. 合适调节信号源的输出功率。（衰减约37dB）
13、o4. 每次改变信号源频率时，都须重新调整EH面阻抗调配器、晶 体检波器、测量线,使之处于谐振输出最大状态。5. 测量功率时须保证被测系统中各连接头接触可靠，并保证信号源和功率计外壳等电位。测试过程中切不可大范围调节被测功率源的频率。每次换档时，要重新调零（功率计）。在装拆连接同轴探头时一定要小心，要先将信号源和功率计开机并调试好，再接上功率探头；测好后先功率探头拆下再关机。切不可在接上功 率探头的情况下，开、关被测功率源的开关（易烧毁膜片）。6. 等指示度法中测W最好用指针式测微计，但作为学习测量原理与方法，也可以直接用测量线上的标尺。7. 功率测量法必须用已校准的精密衰减器测量，用一般可变
14、衰减 器测量不能保证精度，但可作为学习测量原理与方法使用。六、 思考与讨论1连接微波测试系统时，应注意哪些问题？2驻波测量线测定波导波长的方法。波导波长与自由空间波长的大 小关系如何？3为什么有时晶体检波器在调速管和检波二极管都完好的情况下， 会出现输出信号很小的现象，如何调节？4用直读式频率计测量频率后为什么要失谐？5平均值读数法测量波导波长时，等指示值的大小选择对测量结果 有什么影响吗？6平均值读数法能减小哪些原因带来的误差？7分析测量驻波比实验中用三种方法测量所得结果，你认为引起误 差的原因是什么？应如何减小测量误差？可能的话，在实验中试 一下。附驻波比测量参考数据表格1. 直接法数据2. 等指示度法数据次数Imin21对应的探针min位置W = Id - d1 1 2(mm)W平均(mm)九平均 g(mm)Sd 1血)d 2)1233. 功率衰减法数据A1
