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1、微波测量方法本文来自：微网论坛 作者：huangfeihong88日期：前天22:52阅读：25人打印收藏微波测量微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、功率测量和频率测量是微波中最常测量的三个基本参量，而其他的二级参量（如 Q 值、衰减、介电常数、铁磁共振线宽 H、阻抗等等）的测量都可以归结到这三种基本参量的测量加以解决。应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中必不可少的概念和调整步 骤，任何微波系统正式工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配 状态。匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态：此时微波功率由信号 向负载传输而不出现反射波（驻波比P=l）。为什么通常总要把微波系 统调到良好的匹
2、配状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不好的。 驻波的存在表示信号源与负载未匹配好，能量不能有效地传到负载去，使 损耗增大；在大功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处可能发生 击穿现象；驻波的存在还会影响信号源的频率稳定，从而影响微波测量的 精确度。1.驻波测量 驻波测量是微波测量中最基本、最重要的项目之一。驻波测量可以判断微波传输系统是否处于良好的匹配状态，还可以测量波导波长、衰减、阻抗、谐振腔Q值、介电常数等等。下面介绍测量驻波的设备和方法。驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器，其简单原理是：使探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶体二极管检波后
3、再由指示器指示，从而看出在开槽线中电场的分布情况(相对强度)。使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先，使探针在开槽波导管内有 适当的穿伸度。显然，探针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而 产生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。探针穿伸度一般取波导 窄壁高度 b 的510%。其次，通过调谐装置使测量线调谐。调谐的目的是 消除探针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功率有效地送至检 波晶体管。其次，注意检波晶体管的检波律。检波晶体管的检波电流I与 管端电压 V 有关，而 V 与探针所在处的电场 E 成正比， I ， E 满足关系式： 筍那，其中K l,n为常数。在小功率情况下,可以
4、相当精确地认为n2, 即平方律检波。但在比较精确的测量中，应该对检波律进行校准。驻波测量包括两部分,即测定电场波腹和波节的振幅以及波节的位置。驻波测量的线路如图R-23所示。图R-23咗波测量线路图(1) 小驻波比(1.005WP W1.5)的测量 在这种情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，因此要多测几个驻波波腹和波节，按下式计算P的平均值：p _ 超nax + 耳mix2 + + Eaax”%适1 +爲山2 + Emhv!当检波晶体满足平方律时（2）中驻波比（1.5Wp 10）的测量 如驻波比P 10,波腹振幅与波节振幅的区别很大，测量线不能同时测量波腹的波节，因此必须采用别的测量方法。这里只介
5、绍一种方法二倍极小功率法。将式（R-8）中的Ey简写为E,并稍加变化得E（r） =离 |l + |r0f + 2 |r0|cos（2-础利用式（R-9）、（RT0）和上式，不难证明国 Ml =-应益）1 + cos（2总+ 应益参看图R-24,以驻波波节为参考零点，把上式应用到距离波节为d处，得当回卜红益时，由上式可推得E_ J1 +乱私Slt1在大驻波比时，用，上式变成1 r-盟2泌使用平方律的检波晶体管，利用探针测量极小点两旁功率为极小点功率倍的两点的距离W （参看图R-24, W=2d）以及波导波长入g,按下式计算驻波比：4）波节位置和波导波长测定 极小点的位置受探针影响极微,只要驻波测
6、量器灵敏度够高及极小点够尖锐,一般很易测定。为了精确测定极小点的位置,可采用平均值法,亦即测极小点附近两点（此两点在指示器的输出相等）的距离坐标,然后取这两点坐标的平均值,即得极小点坐标（如图 R-25 所示）：7 =扣+対）波导波长入g可由两个相邻极小点的距离决定，因为112 -咛ini = *区+雋）一珀+斶=訊盃=区+雋）-（珀+斶为了精确测定波导波长，实验中可用平均值法测量三个相邻波节的位置，在保证列盘）兰0.10琢 的条件下，求平均决定Ago2功率测量 功率测量包括两种方法：（1）相对测量（确定微波功率的相对大小）；（2）绝对测量（确定微波功率的绝对值）。在测量工作中常常需要检察微波
7、功率的存在或估计其相对大小，用来检察微弱信号功率的灵敏指示器称为检波器。借助于检波晶体管的检波电流，可以简单地估计功率的大小。在小功率情况下，当检波电流不超过510yA时，检波晶体管可以相当精确地假定为平方律检波，亦即检流计测得检波电流I与微波功率P成正比：I=Kp，其中k0为常量。遗憾的是，检波晶体管的特性易随时间而大大改变，并受到环境因素的强烈影响，要想精确地决定上式中的K0是不可能的，所以不能用检波晶体管来测量功率的绝对值，但是，这并不妨碍把检波晶体管用来测量及指示以相对单位表示的功率。当在晶体检波接头前面加一个精密可变衰减器时，在不知道检波晶体管的 特性曲线情况下，也可精确地测定相对功
8、率值。这里，必须先介绍一下“衰 减量”的定义。如果微波元件的输入端功率为P1，输出端功率为p2，则定 义：衰减量 = 10110 （珂1即励（R-21）当测量的微波输入功率变化时，可调节精密衰减器的衰减量使检波晶体管 的检波电流始终保持一个恒定值10，由精密衰减器的衰减量的大小可精确地知道输入功率的相对值。图 R-26 给出进行功率相对测量的线路，我们用它来测量微波器件的插入损耗AIn。如果检波器的检波晶体是平方律检波的，它的检波电流即表示相对功率。在微波器件未插入前，调节测量线路的系统驻波比 风1.10，改变衰减器的衰减量，使晶体管的检波电流为10 （例如10=100格），然后把微波器件插入
9、，检波器的检波电流为I,则微波器件的插入损耗为Ain=10log10（I0/I1）dB如果用精密衰减器来测量微波器件的插入损耗，先记下在未插入微波器件时精密衰减器上的刻度11 （由精密衰减器的校准曲线可以查得此刻度所对应的衰减量A1）和检波器的检波电流10。在插入器件后，检波器的检波电流变成11，改变精密衰减器的衰减量，当指在刻度12（对应的衰减量为A2）时，使检波器的检波电流恢复到I。，则微波器件的插入损耗为Ain = A1_ A2由于检波器的检波电流只作参考标准，所以测量的精度主要决定于精密衰减器的精度。3频率测量 微波频率的测量方法基本上有两种：一是谐振腔法；一是频率比较法。实际测量中主
10、要使用谐振腔法，只有在作精密测量和校准时才使用频率比较法。由于波长与频率满足治c/f的关系式，因此频率的测量和波长的测量是等效的。谐振腔法的测量设备是谐振腔波长计，它的主要组成部分为谐振腔、输入耦合、输出耦合、检察装置和读数装置。图R-27是圆柱谐振腔波长计。12谐振腔波长计可用两种不同方法与微波系统连接：一种是传输型（最大读 数法）；另一种是吸收型（最小读数法）。传输式谐振腔有两个耦合元件， 一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大， 如图R-28 （a）所示。吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输 线
11、路相接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出，如图R-28 (b)所示。(a)图R-28谐扼腔波长计与线路的连接及相应的谐振曲线谐振腔波长计的精确度(指测量误差的绝对值与被测量的真实值之比，以百分比表示)约在 1%至0.01%范围。提高精确度的主要途径是提高谐振腔的品质因数。因此谐振腔波长计都是使用高 Q 的谐振腔。射频基础知识提高射频和微波测量的准确性本文来自：微网论坛 作者：huangfeihong88日期：前天22:34阅读：20人打印收藏射频, 准确性, 微波测量, 基础, 知识任何一个DUT都位于信号发生器和分析仪之间，而连接DUT和仪器之间的桥梁就是测试附件或测试系统。千
12、万不要忽视这些测试附件，有条件时，最好能固化这些测试附件使之成为一个标准化的测量系统。仪器供应商在提供整机时，最多会提供到与仪器的最高工作频率相符的测试电缆。而在真正的测试过程中，会遇到各种不同的情况而需要采用不同的附件，所有这些附件都会影响到测量结果的准确性，这就需要测试者对相关的测试附件有深入的了解。常用的测试附件也有路由器件和调控器件二大类。选择正确的测试电缆和连接器在选择测试系统中电缆的规格时，除了要考虑插入损耗和VSWR以外，电缆的稳定性一定要好。在射频和微波频段，常用的电缆分为半刚性电缆，半柔性电缆和柔性编织电缆等三种。半刚性电缆顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采
13、用铝管或者铜管 制成，其射频泄漏非常小（小于一12 0dB），在测试系统中造成的信号串扰 可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形 状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非 常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料 具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。由 于固态聚四氟乙烯的介电常数较高，所以插入损耗也相对较大些，一种较好的替 代材料是低密度的聚四氟乙烯，这种材料具有更低的介电常数，因此具有更高的 工作频率，更低的插入损耗和VSWR。半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，在标准化的
14、测试系统中被大量采用。半柔性电缆半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电 缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易 的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。柔性（编织）电缆柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电 缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要 易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好 的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。柔性电缆必须保持在弯曲条件下幅度和相位的稳定。通常来说，单股内导体 的电缆有利于幅度的稳定；多股内导体的
15、电缆有利于相位的稳定，可见仅这二项 指标就难以二全了。无论弯曲性能多好，电缆制造商总是不希望操作者在过度弯 曲的情况下使用柔性测试电缆，通常推荐的弯曲半径不应该小于电缆直径的十 倍。柔性电缆的设计从某种程度上违背了低无源互调的设计原则，所以柔性电缆 少有低无源互调型号的。此外，过度弯曲也会导致其无源互调指标的更加恶化。为了便于弯曲，柔性电缆采用编织层作为外导体，在这种结构下，电磁波会 从缝隙中泄漏出来，虽然有些高端的微波电缆测量采用箔状材料作为外导体，其 射频泄漏指标仍然远不如半刚性电缆，不过作为射频和微波测量，一90dB到 -lOOdB的泄漏指标已经足够了，大部分的微波电缆都可以做到这个水平。为了降低电缆的插入损耗和提高截止频率，高端的微波电缆几乎都采用低密 度的聚四氟乙烯介质，这也是影响电缆成本的原因之一。由于加工的原因，可以 发现并不是每一批次出厂的电缆的介电常数都很稳定。不过笔者认
