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1、微波技术实验报告文稿归稿存档编号：KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-微波技术实验指导书目录实验一 微波测量仪器认识及功率测量实验目的（1）熟悉基本微波测量仪器；（2）了解各种常用微波元器件；（3）学会功率的测量。实验内容一、基本微波测量仪器微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括 微波信号特性测量和微波网络参数测量。微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。 微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如S 参数）。测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所
2、谓点频测量是信号只能工 作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上 自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生 器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。图1-1是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波 长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。图 1-1 微波测量系统二、常用微波元器件简介微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：1）检波器2）E-T 接头3）H-T 接头（4）双T接头5）波导弯曲6）波导开关 （7）可变短路器
3、（8）匹配负载（9）吸收式衰减器 （10）定向耦合器 （11）隔离器三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录 微波元器件的认识螺钉调配器E-T 分支与匹配双 T波导扭转 匹配负载波导扭转实验总结：在实验中我们认识了各种的微波元器件，让我们更好的理解课本上的知识，更 是为了以后的实验做了准备。实验二 测量线的调整与晶体检波器校准实验目的（1）学会微波测量线的调整；（2）学会校准晶体检波器特性的方法；（3）学会测量微波波导波长和信号源频率。实验原理进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测量系统。图 1-1 示出了实验室常用的微波测试系统。系统调整主要
4、指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准。信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体 检波器的校准。1测量线的调整测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，可测驻波、阻 抗、相位、波长等。测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传 动装置三部分组成。由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联 一个导纳，从而影响系统的工作状态。为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线。实验中测量线的调整一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。 2晶体检波器的校准曲线在微波测量系统中，送至
5、指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低 频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间 关系是非线性的，因此要准确测出驻波（行波）系数必须知道晶体检波器的检波特性曲 线。晶体二极管的电流I与检波电压u的一般关系为I=CU n（2-1）式中，C为常数，n为检波律，U为检波电压。检波电压U与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律n随检波电压U改变。在弱 信号工作（检波电流不大于10 A）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范 围，n近似等于1,即直线律。测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻 波，其相对电压按正
6、弦律分布，即： 式中，d为离波节点的距离，U为波腹点电压，入 为传输线上波长。max g因此，传输线上晶体检波电流的表达式为 根据式（2-3）就可以用实验的方法得到图2-1所示的晶体检波器的校准曲线。图 2-1 校准曲线3波导波长的测量测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内 是 行波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。因此通过测量线上的 驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置z便可得到微波信号特性和 min网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z , z,z,z后，由于相邻 1234波节点的距离是波导波长的1/2
7、，这样便可通过下式算出波导波长。由教材P48，工作波长与波导波长有如下关系：式中，入为截止波长。一般波导工作在主模状态，其入=2a。本实验中波导型号为 ccBJ-100，其宽边为a =22.86 mm，代入上式计算出工作波长。 于是信号源工作频率由下式求得：另外，信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。实验步骤1测量线的调整 将信号源设置在内调制状态，选择工作频率在10 GHz，将衰减器调整到合适位置。 先使探针调整至合适深度，探针深度既不能太深，影响波导内场分布，也不能太 浅，否则耦合输出太弱。通常取1.0至1.5 mm 。然后开槽测量线终端接匹配负载，移 动探针至测量线中间部位，调节探头活塞
8、使探针耦合匹配，直到输出指示最大。 反复调整输出衰减器、探针位置、探针耦合匹配、选频放大器灵敏度使测量线工作 在最佳状态。2晶体检波器的校准曲线 终端接短路片，在波节点和波腹点之间（见图2-2）等距离取10点，从波节点 开始将探针逐次移动到d , d ,，d，并记录数据。1 2 10图 2-2 波腹波节点示意 以U为横轴，1为纵轴，将其对应数据画在坐标纸上，并连成曲线。此曲线即为晶体检波器的校准曲线。3波导波长测量 按图1-1所示连接微波测量系统，将系统调整到最佳工作状态，终端接上短路 片。从负载端开始旋转测量线上的探针位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等 效短路面，记录此时的探针位置
9、，记作z ;min0 继续旋转探针位置，可得到一组指示最小点位置 z，z，z，z；1234 则由式（2-4）计算出波导波长。 用频率计测量信号源工作频率：通过定向耦合器将一部分微波能量分配至频率测量 支路，吸收式频率计连在定向耦合器和检波器之间。当吸收式频率计失谐时，微波能量几 乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最大。慢慢调节吸收式频率计，当调至频率计谐 振状态时，一部分能量被频率计吸收，使选频放大器指示最小，此时读得吸收式频率计上 指示的频率即为信号源工作频率。可将测量结果与用波导波长换算的结果进行比较。 实验三 微波驻波、阻抗特性测量实验目的（1）学会驻波比的测量；（2）学会反射系数的测
10、量；（3）学会输入阻抗的测量。实验原理在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大功率击穿，必 须实现阻抗的匹配。描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。驻波比及反射系数的测量由教材第一章微波传输线理论，传输线上的驻波比与波节点、波腹点的关系为而终端复反射系数的模值|与驻波比有如下关系：终端反射系数的相位巾 与节点位置z 有以下关系： lminn九九z = 4 + （2 n +1）-（3-3）min n 4 兀 l4根据波导主模特性阻抗Z 及测得的驻波比p和第一波节点位置z 可得终端负载 TE10min1阻抗为（参见教材 P28）：其中，Z = . 12071 ,卩=
11、2兀/九 。TE10 J1 -（九 /2a）2g根据以上公式就可以利用测量线测得驻波比、复反射系数，进而算出输入阻抗和负载阻抗。实验步骤1等效参考面的选取与波导波长的测量（1）将测量线调至最佳工作状态；（2）终端接短路片，从负载开始，旋转测量线上的探针位置，实现频繁大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针位置，记作 z ；min0（3）实验二的方法测出波导波长。2驻波比测量终端接上待测负载，探针从 z 开始向信号源方向旋转，依次得到指示最大值和最小 min0值三次，记录相应的读数，查晶体检波器曲线得相应的 U 和 U 。min max3反射系数的测量终端接上待测负载，探针从 z 开始向信号源方向旋转，记录波节点的位置 z n 。min0minn
