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1、微波系统的主要性能和参数微波系统的主要性能和参数主讲人：主讲人：高官胜高官胜成员：田中原成员：田中原 蔡秋月蔡秋月 汪杨茗汪杨茗 宋好亮宋好亮 张亚军张亚军n n1、微波系统的定义及组成n n2、微波系统主要的网络参数及其性质n n3、微波系统的应用举例1、微波系统的定义及组成微波系统的定义及组成n n1.11.1 微波系统的定义微波系统的定义n n1.21.2 微波系统的组成微波系统的组成n n1.11.1 微波系统的定义微波系统的定义 微波系统是指由微波传输线和微波元器件组成的系统，其作用是产生 、转换和传输微波信号和功率。这里，微波传输线在广义上定义为能够无反射地传输电磁波的结构，所以它
2、包含了各种各样的传输线，如双导线、同轴线、金属波导、微带线等。 1.21.2 微波系统的组成微波系统的组成微波系统的组成从功能上划分为如下三个部分：微波系统的组成从功能上划分为如下三个部分： 无反射地传输微波信号和功率的装置，称为微波传无反射地传输微波信号和功率的装置，称为微波传输线；输线； 完成微波信号和功率的分配、控制和滤波等功能的完成微波信号和功率的分配、控制和滤波等功能的装置，如隔离器、耦合器、功率分配器、滤波器、衰减器装置，如隔离器、耦合器、功率分配器、滤波器、衰减器等，这些装置并没有进行微波能量与其他能量（如直流）等，这些装置并没有进行微波能量与其他能量（如直流）的转换，所以常称为
3、微波元件或微波无源器件。的转换，所以常称为微波元件或微波无源器件。 产生、放大、变换微波信号和功率的装置，如振荡产生、放大、变换微波信号和功率的装置，如振荡器、放大器、变频器等，这些装置一般要将微波能量与其器、放大器、变频器等，这些装置一般要将微波能量与其他能量进行转换，所以常称为微波有源器件。他能量进行转换，所以常称为微波有源器件。图图1.1-11.1-1就是一个典型的微波通信系统的组成框就是一个典型的微波通信系统的组成框图。图。2 2、微波系统主要的网络参数及其性质微波系统主要的网络参数及其性质阻抗参数阻抗参数 可逆的网络有可逆的网络有Z Z1212=Z=Z2121，对称的网络有，对称的网
4、络有Z Z1111=Z=Z2222，无耗，无耗的网络有的网络有Z Zijij为纯虚数为纯虚数导纳参数导纳参数可逆的网络有可逆的网络有Y Y1212=Y=Y2121，对称的网络有，对称的网络有Y Y1111=Y=Y2222，无耗，无耗的网络有的网络有Y Yijij为纯虚数为纯虚数转移参数转移参数: : 可逆的网络有可逆的网络有A A1111A A2222A A1212A A2121=1=1，对称的网络有，对称的网络有A A1111=A=A2222，无耗的网络有无耗的网络有A Aijij为纯虚数、为纯虚数、A Alili为实数。级联网络为实数。级联网络的转移参数有的转移参数有A=AA=A1 1A
5、A2 2A An n。散射参数散射参数 可逆的网络有可逆的网络有S S1212=S=S2121，对称的网络有，对称的网络有S S1111=S=S2222，无耗的网络有无耗的网络有SSSS* *=1=1。 参考面移动对参考面移动对S S参数的影响（参考面向外移动参数的影响（参考面向外移动取负角度，取负角度，参考面向里移动取正角度）对应参考面向里移动取正角度）对应的移动矩阵为：的移动矩阵为：S=PSPS=PSP 传输参数的性质：可逆的网络有传输参数的性质：可逆的网络有T T1111T T2222- -T T1212T T2121=1=1，对称的网络有，对称的网络有T T1212=-T=-T2121
6、，无耗的网，无耗的网络有络有T T1111=T=T* *2222、T T1212=T*=T*2121。3 3、微波系统的应用举例微波系统的应用举例3.13.1 EPREPR波谱仪波谱仪 观察电子顺磁共振现象的仪器称为电子顺磁共振观察电子顺磁共振现象的仪器称为电子顺磁共振（electron paramagnetic resonanceelectron paramagnetic resonance，EPREPR）波）波谱仪，又称为电子自旋共振（谱仪，又称为电子自旋共振（electron spin electron spin resonanceresonance，ESR)ESR)波谱仪。波谱仪。电子
7、顺磁共振发生的条件为电子顺磁共振发生的条件为 hv=ghv=gHH式中，式中，h h为普朗克常数，为普朗克常数，g g是样品的波普分裂因子，是样品的波普分裂因子，对某个样品而言，它是常数，对某个样品而言，它是常数，为电子的玻尔磁为电子的玻尔磁子，也是常数。式中仅有微波频率子，也是常数。式中仅有微波频率v v和磁场强度和磁场强度H H是两个可调节的量，由此产生两种不同类型的扫是两个可调节的量，由此产生两种不同类型的扫描方式：一种是固定频率，改变磁场强度搜索共描方式：一种是固定频率，改变磁场强度搜索共振点的扫描方式，称为扫场式波普振点的扫描方式，称为扫场式波普仪；另一种是仪；另一种是固定磁场强度，
8、扫描频率搜索共振点的扫描方式，固定磁场强度，扫描频率搜索共振点的扫描方式，称为扫频式波谱仪。从原理上来讲，磁场强度和称为扫频式波谱仪。从原理上来讲，磁场强度和频率可以在很宽的范围内变化以满足共振条件频率可以在很宽的范围内变化以满足共振条件的要求。但是从技术的可行性考虑，电子顺磁的要求。但是从技术的可行性考虑，电子顺磁共振波谱仪常常采用扫场的工作方式，并且工共振波谱仪常常采用扫场的工作方式，并且工作在下表所列的典型波段、频率及对应的共振作在下表所列的典型波段、频率及对应的共振磁场强度下。磁场强度下。EPREPR波谱仪实物：波谱仪实物：X X波段波段EPREPR波谱仪原理方框图波谱仪原理方框图EP
9、REPR信号产生过程：信号产生过程：由微波源产生的微波能量经过微波桥系统进入谐由微波源产生的微波能量经过微波桥系统进入谐振腔。谐振腔放在电磁铁的空隙中间，被测样振腔。谐振腔放在电磁铁的空隙中间，被测样品放在腔内，调节磁场强度直至满足共振条件。品放在腔内，调节磁场强度直至满足共振条件。这时样品吸收微波能量，从谐振腔反射出来的这时样品吸收微波能量，从谐振腔反射出来的微波功率发生了变化，本来调节平衡的微波桥微波功率发生了变化，本来调节平衡的微波桥路失去平衡，通过检波器可以检测出一个共振路失去平衡，通过检波器可以检测出一个共振跃迁吸收信号。再经放大器放大之后在示波器跃迁吸收信号。再经放大器放大之后在示
10、波器上或记录仪上显示出来，这就是上或记录仪上显示出来，这就是EPREPR信号，该信信号，该信号是微波功率对磁场强度的函数曲线。号是微波功率对磁场强度的函数曲线。其中微波系统提供自旋系统发生能级跃迁所需要其中微波系统提供自旋系统发生能级跃迁所需要的辐射能量并采集谐振腔反射的信号；磁场系的辐射能量并采集谐振腔反射的信号；磁场系统使自旋系统发生能级分裂，并配有快、慢统使自旋系统发生能级分裂，并配有快、慢扫描装置以搜索共振信号；样品谐振腔系统是储扫描装置以搜索共振信号；样品谐振腔系统是储存微波能量，也是放置样品和样品发生共振吸存微波能量，也是放置样品和样品发生共振吸收的场所。收的场所。至今波谱仪已经发
11、展了三代：电子管、晶体管和至今波谱仪已经发展了三代：电子管、晶体管和计算机控制波谱仪。计算机控制波谱仪。3.2 3.2 微波系统分析仪（微波系统分析仪（ME525ME525型微波系统分析仪型微波系统分析仪）微波系统分析仪是一种综合性测试仪器，测试项微波系统分析仪是一种综合性测试仪器，测试项目较多，把各单项测试所需要的电路组合在一目较多，把各单项测试所需要的电路组合在一起，组成一个整机，电路比较复杂、繁多。一起，组成一个整机，电路比较复杂、繁多。一般微波系统分析仪有以下几个部分般微波系统分析仪有以下几个部分, ,即显示单即显示单元、中频接收单元、基带接收单元、基带振荡元、中频接收单元、基带接收单
12、元、基带振荡器、中频扫频振荡器、上、下变频器等，各单器、中频扫频振荡器、上、下变频器等，各单元之间由电缆连接。每个单元又由许多基本电路组成，在测试某一项目时，由选择开关控制。ME525型微波系统分析仪能测量和分析70MHz和140MHz中频系统的各种主要性能，其中有：群时延特性、调制器和解调器的微分特性、微分相位特性、中频调频特性、中频和基带的回波损耗、频偏、调幅-调相转换系数、中频的限幅系数以及电平等，它的主要工作特点有：（1） 扫频带宽达035MHz；（2） 中频有70MHz和140MHz两种，用转换开关控制；（3） 动态范围宽；（4） 频标读数方便，有1MHz、5MHz、10MHz频标，
13、频标可以在被测曲线上或在基线上显示；（5） 双踪同时显示；（6） 基带频率达12.4MHz，适应2800路以下测试；（7） 在发信机内有一基带信号加扫描信号，幅度 可达30Vp-p；（8）内装有调幅器，可测量调幅-调相转换系数；（9）采用锁相环，不需加热，开机就可以测试群时延；（10）有存储装置，可以提高测试精度，并可记录测试数据；该分析仪由发信机和接收机两部分组成，如图所示，其中发信机由基带（ABC）振荡器单元和中频（IF）扫频振荡器单元构成；接收机由基带接收单元、中频接 收单元及示波管显示单元构成，下面简介各部分收单元及示波管显示单元构成，下面简介各部分的作用原理。的作用原理。ME525M
14、E525的基本构成图的基本构成图（1 1）基带振荡器）基带振荡器 基带振荡器单元提供三种测试信基带振荡器单元提供三种测试信号：一是扫描信号，包括号：一是扫描信号，包括50Hz50Hz电源扫描信号、电源扫描信号、1818HzHz扫描信号及外扫描信号；二是基带信号或微扫描信号及外扫描信号；二是基带信号或微分信号；三是扫描信号和基带信号的合成信号。分信号；三是扫描信号和基带信号的合成信号。这三种测试信号供仪器内部作扫频振荡器的扫描这三种测试信号供仪器内部作扫频振荡器的扫描信号和调制信号用，以及在面板上输出供测试调信号和调制信号用，以及在面板上输出供测试调制器时使用。制器时使用。（2 2） 中频扫频振
15、荡器中频扫频振荡器 中频扫频电压由调频振荡中频扫频电压由调频振荡器和扫频振荡器差拍构成。其中，调频振荡器输器和扫频振荡器差拍构成。其中，调频振荡器输出的是被基带频率调制了的高频信号。所以通过出的是被基带频率调制了的高频信号。所以通过差拍产生的差拍产生的70MHz70MHz3535MHzMHz（或（或140MHz140MHz3535MHzMHz）信）信号，应为被基带信号调频了的宽带扫频信号。号，应为被基带信号调频了的宽带扫频信号。（3 3） 中频接收单元中频接收单元 跟踪式自动频率控制电路跟踪式自动频率控制电路 它的作用相当它的作用相当n n于一个标准鉴频器，从扫频信号中将微分信号解于一个标准鉴
16、频器，从扫频信号中将微分信号解调出来。此标准鉴频器引进的群时延、线性失真调出来。此标准鉴频器引进的群时延、线性失真均很小，工作正常时面板上的自动频率控制指均很小，工作正常时面板上的自动频率控制指示灯发亮。示灯发亮。 幅频特性检波回路幅频特性检波回路 它的作用是检出从被测设它的作用是检出从被测设备输出的备输出的7070MHzMHz（或（或140MHz140MHz）扫频信号幅度的包）扫频信号幅度的包络曲线，以观察被测设备的络曲线，以观察被测设备的“幅度幅度- -频率频率”特性。特性。 测回波损耗电路测回波损耗电路 它由两部分构成：一是它由两部分构成：一是“反反射桥射桥”，二是外差测试电路，反射桥是
17、由三个，二是外差测试电路，反射桥是由三个7575标准电阻与被测部件构成的平衡桥路，被标准电阻与被测部件构成的平衡桥路，被测部件通过面板的端口接入，出于桥体本身不测部件通过面板的端口接入，出于桥体本身不能做到完全平衡，所以回波损耗的测试范围被能做到完全平衡，所以回波损耗的测试范围被限制在限制在50dB50dB以下。以下。 频标形成电路频标形成电路 它的中心频标为它的中心频标为7070MHzMHz（或（或140MHz140MHz），另外还有），另外还有1MHz1MHz、5MHz5MHz、10MHz10MHz的梳的梳状频标。它们都由晶体控制，因此准确度较高。由状频标。它们都由晶体控制，因此准确度较高
18、。由于各种频标形成电路不同，所以频标的高度不一于各种频标形成电路不同，所以频标的高度不一样，在荧光屏上看起来容易辨别。样，在荧光屏上看起来容易辨别。（4 4） 基带接收单元基带接收单元 基带接收单元由基带信号的基带接收单元由基带信号的幅度检波和相位检波两部分构成，前者供微分线幅度检波和相位检波两部分构成，前者供微分线性及微分增益测试用；后者供群群时延及微分相性及微分增益测试用；后者供群群时延及微分相位测试用。为了进行相位检波，相位检波器必须位测试用。为了进行相位检波，相位检波器必须有一个基准相位。该机采用锁相振荡器来获得原有一个基准相位。该机采用锁相振荡器来获得原始调制信号，而不是采用窄带通滤波器，其优点始调制信号，而不是采用窄带通滤波器，其优点是通电后仪表可立即进行测试。是通电后仪表可立即进行测试。（5 5） 示波管显示单元示波管显示单元 由两部分组成，一是包括由两部分组成，一是包括聚焦、亮度、水平位移及水平相位调整；二是测聚焦、亮度、水平位移及水平相位调整；二是测量项目选择部分。量项目选择部分。LOREM IPSUM DOLOR谢谢大家谢谢大家
