微波技术实验报告

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（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 μA）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，其相对电压按正弦律分布，即：

式中，d为离波节点的距离，U max为波腹点电压，λg为传输线上波长。

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 min 便可得到微波信号特性和网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4…后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，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，λc为截止波长。一般波导工作在主模状态，其λc =2a。本实验中波导型号为BJ-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

①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。

②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，调节探头活塞使探针耦合匹配，直到输出指示最大。

③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

①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d1，d2，… , d10 ,并记录数据。

图 2-2 波腹波节点示意

②以U为横轴，I 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

①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，记作z min0 ;

②继续旋转探针位置，可得到一组指示最小点位置z1，z2，z3，z4 ；

③则由式（2-4）计算出波导波长。

④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。

一、 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|Γl | 与驻波比有如下关系： 终端反射系数的相位φl 与节点位置z min n 有以下关系：

min (21) (3-3)44

g g n l z n λλ

φπ=

++ 根据波导主模特性阻抗 10

TE Z 及测得的驻波比ρ和第一波节点位置z min1 可得终端负载 阻抗为（参见教材P28）： 其中，

10

,2/TE g Z βπλ=

= 。

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 min0 开始向信号源方向旋转，依次得到指示最大值和最小值三次，记录相应的读数，查晶体检波器曲线得相应的U min 和U max 。

3．反射系数的测量

终端接上待测负载，探针从z min0 开始向信号源方向旋转，记录波节点的位置z min n 。