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1、实验四衰减测量一一定向耦合器参数测量121180166 赵琛一、实验目的1熟练掌握用平方律检波法与高频替代法测量衰减量的技术2、 了解定向耦合器的参数及其测量方法二、实验原理1参看序言1.3.3电源方向驻波系数测量以及1.4衰减测量的有 关部分。参阅讲义第四部分YM1124单频点信号发生器、YM3892/ YM3892A选频放人器使用说明。测试框图:2、定向耦合器是一种很有用的微波元件，它具有一定方向耦合 电测能量的特性，因此可用作精密分功率器，微波反射计等。在功率 监视、大功率设备中不可或缺。定向耦合器种类很多，试验中所用的定向耦合器结构如下：辅波导能量从主波导输入端输入，其中一部分到达主波
2、导输入端，另一 部分通过耦合机构到辅波导。辅波导中正向传输能量又辅波导输出端 输出；反向传输能量由于定向性相互抵消，剩余部分为终端负载吸收。定向耦合器主要参数有：(1) 耦合系数也称过度衰减，表示能量从主波导耦合到辅波导 的大小。片表示主波导输入能量，经为耦合到辅波导输出端能量，则 用分贝表示的耦合系数C定义为：C= lOlg-(dB)(2) 方向性系数，也称为方向性，表示定向性能的好坏，如图 中叨叨辅波导反向端能量仪越小，定向性越好，用分贝表示的方向性 系数D定义为：D = lOlg-（dB）（3）输入驻波系数，为主、辅波导输出端均接匹配负载时，输 入端的驻波系数。（4）频带宽度，为耦合度、
3、方向性及输入驻波系数都满足技术 指标要求时的工作频带宽度。三、实验要求及步以定向耦合器为被测器件，用衰减测量的两种主要方法（平方律 检波法以及高频替代法）测出其耦合系数和方向性系数。1 测试系统调节（1）打开信号源，测量放大器，调整好衰减器（衰减量最小）， 测量线以及测量放人器。（2）在测量线后接可移短路器，用可移动短路活塞法测出电源 方向驻波系数。（3）将带有调配螺钉的晶体检波器直接接在测量线后，利用调配 螺钉将驻波系数调制p1.05o晶体检波器调配时，需先调后面活塞使 得输出最大，然后再利用调配螺钉，用测量线跟踪驻波最小点（或最 大点）的方法进行调配。2、利用两种方法测量定向耦合器耦合系数
4、。具体测试步骤：(1) 利用平方律检波法及高频替代法测量定向耦合器的耦合系数。将调配好的(p 1.05)的晶体检波器直接接在测量线后面，测 量主波导输入能量Pio平方律检波法：衰减器调制0,利用选频放大器，测量出主波导 输入能量Pio高频替代法：将衰减器调制较大衰减Ai的位置，测量出此时主 波导输入能量Pi,作为基准电平U1；(b) 首先确定定向耦合器主、辅波导方向，然后将定向耦合器接 在测量线之后，晶体检波器接在辅波导之后。平方律检波法：衰减器调至0,利用选频放大器，测量出辅波导 输出能量瓦。根据耦合系数定义：C = lOlg(dB)P a高频替代法：减小衰减器的衰减量至4,使得辅波导输出能
5、量等 于基准电平U1。此时测量的Ai, 均为衰减器的刻度，必须利用校 准曲线得到对应衰减量再相减。耦合系数：C=Aia = Aa(2) 利用平方律检波法及高频替代法测量定向耦合器的方向系数。高频替代法：将衰减器调至较大衰减量A,的位置，测量此时辅波 导输出能量化，作为基准电平U2；(c) 调换定向耦合器主波导输入输出口，测量辅波导输出能量, 利用定向耦合器互易特性进行方向性测量。平方律检波法：衰减器调至0,利用选频放大器，测量出辅波导输出能量耳。根据方向系数定义:D = lOlg(dB)高频替代法：减小衰减器衰减量至切，使得辅波导输出能量等于基准电平U2方 1 口J 系数：D=Aa_ = Aa
6、 四、实验数据与分析1测试系统调节可移动短路活塞法测电源方向驻波系数:位置/mm121416182022不数260420640640420280位置/mm2426283032不数200180160180200由列表可见，p = 2分析：从数据来看，周期大概在22mm左右，恰好约为半个波长。经过晶体检波器调配:1.016,符合要求。2定向耦合器参数测量：所使用衰减器为9509型号。(1)耦合系数测量：平方律检波法：Pi=160选频放大器放大10dBPa=220选频放大器放大30dB由耦合系数定义，C = 101g = 101g+ (30 10) = 18.6dB高频替代法：U 1=440 放大
7、40dB对于输入：衰减器在10mm,衰减量& = 28.5QB对于输出：衰减器在5.74mm,衰减量心=65dBC=Aia = At 一 y4a=28.5-6.5=22dB分析：由数据可见，两种测量方法衰减量测试有一定误差。误差原因在 于：1由于放大器的原因，导致在测试时候为了保证均不超出量程,示数没有超过50%,影响了读数准确性，会带来一定的误差。2由于p本身不是完全等于1,从而测量至少有2%的误差，并且由于实际随着测量的进行，晶体检波器的状态很可能接着发生变化, 从而误差会继续增大。3探头部分可能出现一定的损耗引起了误差。4在实验过程中，搬动仪器的时候，会引起晶体检波器变化。这 个仪器非常
8、脆弱，稍微碰到都会使得可能P变大，因此会出现问题。（2）方向系数测量高频替代法：衰减器示数10mm,衰减量九=285dB基准电平U2 :放大器示数380,此时放大器放大60dB调换主波导输入输出后：衰减器示数5.03mm衰减量切二4.3dB,此时放大器示数也为440,放大器放大60dB方向系数D二如”=如一切二28.8-4.3二24.5dB平方律检波法：由（1） Pa=220 放大 30dB调换位置后，力二80放人50dBD = 101 畴二 10= 101g + （50-30） =24.4dB分析：从数据来看，使用两种方法测得的方向系数非常接近，可 以认为误差很小，接近准确值。五、思考题1为
9、什么测量衰减时必须对晶体检波器进行调配？你认为怎样 调配晶体检波器才能又快又好？答：衰减量定义时要求电源方向和负载方向都匹配，因此对于晶 体检波器，应该尽可能减少反射，减少损耗，提高测量精度。对于实 验要求驻波系数小于1.05,也就是说在不考虑其他情况下误差已经达 到了 5%,所以可以看到调配检波器的重要性。调配方法：在调节时候，首先调节检波器尾部活塞，使得输出指 示最大，然后利用调配螺钉微调。与此同时，调节测量线，使得探针 在驻波最大值处，分别调节三个调配螺钉，每次转动小角度，使放大 器指示减少，跟踪最大点，计算驻波比，观察放大器摆幅，使其越来 越少。调配策略：让示数最小值越来越大，示数最大
10、值越来越小。在实 际操作中，先调整一，如果调反，返回原值，再调另一个。2测量辅波导输出功率时，为什么主波导后面一定要接上匹配负 载？若负载端失配，对方向性测量会产生极大影响，为什么？答：负载是否匹配直接关系到测量准确性好坏。，这样可以减少 反射和损耗。对于功率匹配，阻抗匹配非常重要，因此一定要匹配阻 抗。由公式r =丝二勺可得，z厶工z,工0,此时会产生反射，阻抗 Zl+Zq失配，从而对驻波场产生影响，驻波系数也发生变化。辅波导输出反 向传输能量无法抵消，从而影响辅波导输出,从而影响方向系数D 的测量。3分析试验中用二种方法，你认为引起误差原因是什么？应如何 减小测量误差？答：误差产生的原因有
11、功率头失配、功率头损耗、电源失配、辅 助电路影响等因素。这两种方法都会受到这些因素的影响。对于功率 头失配，应该加以调配或者公式修正；对于功率头损耗，应测出功率 头效率，修正测量结果；对电源失配，应调配并计算误差项；对辅助 电路影响，应改进电路。平方律检波法：测量范围受到检波系统噪声电平和晶体检波器平 方律特性上限电平的影响。晶体二极管检波电流和探针场强的平方律 关系仅在小信号成立。为了取得较高测量精确度，必须分別对电源系 统、检波系统进行调配。高频替代法：应用了可变衰减器作为待测器件的替代标准，避免 了晶体检波律和测量放大器非线性的影响，可用来测大衰减量。测量 精度主要取决于标准衰减器范围、精度和系统匹配情况，因而精度高 于平方律检波器。六、实验总结 本次实验的难点主要在于调节调配螺钉的使用，三个调配螺钉同时进 行调节，非常麻烦。在开始我没有掌握调配螺钉使用的技巧，导致花 了大量时间却没有收获；在老师指导之后我才掌握了调配技巧，很快 调了出来。在微波测量实验中，一定要有耐心做实验，才能取得更好 的结果。
