晶体检波器工作原理
微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量
北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验内容：微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量学院：电子工程学院班级： 2014211202 执笔者：组员：2017年3月25日目录实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量 (1)1.实验内容 (1)1.1实验目的 (1)1.2实验原理 (1)1.3实验设备 (2)1.4实验步骤 (4)2.实验数据与分析 (6)2.1实验测量数据 (6)2.2理论分析 (6)2.3实验分析 (6)2.4误差分析 (7)3.实验心得与体会 (7)实验二波导波长的测量 (8)1.实验内容 (8)1.1【方法一】两点法 (8)1.2【方法二】间接法 (10)2.实验步骤 (11)2.1晶体检波率公式计算 (15)2.2误差分析 (15)2.3间接法测量波导波长 (16)3.思考题 (16)4.实验总结 (17)实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量1.实验内容1.1实验目的1.学习微波的基本知识；2.了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；3.学习用微波作为观测手段来研究物理现象。
1.2实验原理测量微波传输系统中电磁场分布情况，测量驻波比、阻抗、调匹配等，是微波测量的重要工作，实验系统主要的工作原理如下图：1.3实验设备1.晶体检波器微波测量中，为指示波导（或同轴线）中电磁场强度的大小，是将它经过晶体二极管检波变成低频信号或直流电流，用电流电表的电流1来读数的。
从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。
2.波导管本实验所使用的波导管型号为BJ—100，其内腔尺寸为a=22.86mm，b=10.16mm。
其主模频率范围为8.20——12.50GHz，截止频率为6.557GHz。
3.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
检波器的工作原理
检波器的工作原理一、概述检波器是一种电子器件，用于将调制信号中的信息分离出来，以便于后续处理和解码。
它在无线通信、广播、雷达、无线电测量等领域中起着重要作用。
本文将详细介绍检波器的工作原理及其应用。
二、检波器的分类根据工作原理和结构特点，检波器可分为以下几类：1. 整流检波器：利用二极管的非线性特性，将交流信号转换为直流信号。
常见的整流检波器有单向整流器、全波整流器和环整流器。
2. 调频检波器：用于解调频率调制信号，例如频率解调器、锁相环等。
3. 平均检波器：通过对输入信号进行平均处理，提取出信号的平均值。
常见的平均检波器有低通滤波器、均衡器等。
4. 包络检波器：用于提取信号的包络，例如包络检波器、包络追踪器等。
三、整流检波器的工作原理以全波整流器为例，介绍整流检波器的工作原理。
1. 输入信号：假设输入信号为正弦波，频率为f，幅度为A。
2. 变压器：将输入信号经过变压器降低电压，以适应后续电路的工作要求。
3. 整流桥：输入信号经过变压器后，进入整流桥。
整流桥由四个二极管组成，通过控制二极管的导通方向，实现正半周期和负半周期的整流。
4. 滤波电路：经过整流桥后的信号包含了基频信号和其倍频的谐波。
为了滤除这些谐波，需要使用滤波电路，通常采用电容滤波器或电感滤波器。
5. 输出信号：经过滤波后，输出信号为直流信号，其幅度与输入信号的幅度有关。
四、应用案例1. 无线电广播接收机：在无线电广播接收机中，检波器用于将调幅信号解调为音频信号。
通过将调幅信号输入到整流检波器中，可以提取出音频信号，使其经过放大和解码后，成为人们可以听到的声音。
2. 雷达系统：在雷达系统中，检波器用于将雷达接收到的回波信号解调为目标的距离和速度信息。
通过将回波信号输入到调频检波器中，可以提取出目标的距离和速度信息，从而实现目标的探测和跟踪。
3. 无线电测量仪器：在无线电测量仪器中，检波器用于测量无线电信号的功率和频率。
通过将输入信号输入到平均检波器中，可以得到信号的平均功率值，从而进行功率测量。
实验二、晶体检波器校准与驻波比测量实验报告
实验二、晶体检波器校准与驻波比测量班级：核32 姓名：杨新宇学号：2013011806 同组成员：杨宗谕第一部分：晶体检波器校准一、实验目的（1）掌握测量线的使用方法.（2）掌握晶体检波器定标和求检波率的方法二、实验原理1、驻波测量线的调整驻波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，如测驻波、阻抗、相位和波导波长等。
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。
由于耦合探针深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。
为了减小影响，测量前必须仔细调整测量线。
实验中测量线的调整一般包括选择合适的探针伸度、调谐探头和测定晶体检波特性。
探针电路的调谐方法：先使探针的插入深度适当，通常取1.0~1.5mm。
然后测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间位置，调节探头活塞，直到输出指示输出值为最大。
在之后的测量试验中，请不要再改变探针及探头活塞位置。
2、导波波长测量测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。
前者用谐振式频率计测量，后者用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻波，移动测量线探针，测出两个相邻驻波最小点之间的距离即可求得导波波长λg。
此外，也可将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，则探针检测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小值，即为相邻的又一个驻波节点，短路器移动的活塞距离等于半个导波波长。
在传输横电磁波的同轴系统中，按上述方法测出的导波波长就是电磁波在自由空间传播的工作波长λ0，即λg=λ0。
而在波导系统中测量线测出的是导波波长λg，导波波长和工作波长λ0之间的关系式为：λg=λ0√1−(λ0λc )2=λ0√1−(λ02a)2(2-1)其中λ0=C/f0，a=22.86mm。
为了提高测量精度，通常采用交叉读数法测量导波波长如图2.1 所示。
检波器的工作原理
检波器的工作原理检波器是一种电子设备，用于将调制信号转换为基带信号。
它在无线通信、广播、雷达等领域中起着重要的作用。
本文将详细介绍检波器的工作原理。
一、什么是检波器？检波器是一种电路或器件，用于从调制信号中提取出原始的基带信号。
调制信号可以是模拟信号或数字信号，而基带信号是调制信号的低频部分。
检波器的主要功能是将调制信号转换为基带信号，以便后续的信号处理和解调。
二、检波器的分类根据工作原理和应用领域的不同，检波器可以分为以下几种类型：1. 整流检波器：整流检波器是最常见的一种检波器。
它利用二极管的非线性特性将交流信号转换为直流信号。
整流检波器适用于调幅（AM）信号的解调。
2. 抑制载波检波器：抑制载波检波器主要用于解调抑制载波调制（SSB）信号。
它通过将调制信号与本地振荡器产生的相位相反的载波信号相乘，抑制载波信号，从而提取出基带信号。
3. 相干检波器：相干检波器主要用于解调调频（FM）信号。
它利用相位锁定环路（PLL）来跟踪调频信号的频率变化，并提取出基带信号。
4. 数字检波器：数字检波器主要用于解调数字调制信号，如脉冲编码调制（PCM）信号。
它将数字信号转换为模拟信号，并提取出基带信号。
三、整流整流检波器是最简单和常见的一种检波器。
它的工作原理基于二极管的非线性特性。
下面是整流检波器的工作原理步骤：1. 输入信号：整流检波器的输入信号通常是调幅（AM）信号。
调幅信号由载波信号和基带信号组成。
2. 整流：输入信号经过二极管后，二极管会将负半周的信号波形翻转，使其变为正半周的波形。
这个过程被称为整流。
3. 滤波：整流后的信号仍然包含有高频噪声和杂散信号。
为了提取出原始的基带信号，需要对整流后的信号进行滤波。
滤波器通常采用低通滤波器，以去除高频成分。
4. 输出：经过滤波后，得到的信号即为基带信号。
这个信号可以进一步进行放大、采样和数字化等处理。
四、整流检波器的优缺点整流检波器具有以下优点：1. 简单：整流检波器的电路结构相对简单，易于实现。
检波器的工作原理
检波器的工作原理一、引言检波器是一种电子设备，用于将高频信号转换为低频信号或直流信号。
它在无线电通信、雷达、无线电广播等领域中起着重要的作用。
本文将详细介绍检波器的工作原理。
二、检波器的分类根据工作原理的不同，检波器可以分为以下几类：1. 整流检波器：将交流信号转换为直流信号，常见的有二极管整流器和桥式整流器。
2. 信号平均检波器：对输入信号进行平均处理，以减小噪声和杂散干扰。
3. 峰值检波器：检测输入信号的峰值，并输出对应的直流信号。
4. 均方根检波器：测量输入信号的均方根值，常用于测量交流电压的有效值。
三、二极管整流器的工作原理二极管整流器是最简单的检波器之一，它利用二极管的非线性特性实现信号的整流。
其工作原理如下：1. 正半周：当输入信号为正半周时，二极管处于正向偏置状态，导通电流，输出信号为正半周的峰值。
2. 负半周：当输入信号为负半周时，二极管处于反向偏置状态，截止电流，输出信号为零。
四、桥式整流器的工作原理桥式整流器是一种改进型的整流器，可以实现全波整流，其工作原理如下：1. 正半周：当输入信号为正半周时，D1和D3处于正向偏置状态，导通电流，输出信号为正半周的峰值。
2. 负半周：当输入信号为负半周时，D2和D4处于正向偏置状态，导通电流，输出信号为负半周的峰值。
五、信号平均检波器的工作原理信号平均检波器通过对输入信号进行平均处理，以减小噪声和杂散干扰。
其工作原理如下：1. 输入信号经过低通滤波器，滤除高频成分。
2. 信号经过放大器放大后，输入到积分器。
3. 积分器将输入信号进行积分处理，得到平均值。
4. 输出信号为输入信号的平均值。
六、峰值检波器的工作原理峰值检波器用于检测输入信号的峰值，并输出对应的直流信号。
其工作原理如下：1. 输入信号经过放大器放大后，输入到峰值保持电路。
2. 峰值保持电路记录并保持输入信号的峰值。
3. 输出信号为输入信号的峰值。
七、均方根检波器的工作原理均方根检波器用于测量输入信号的均方根值，常用于测量交流电压的有效值。
检波器的工作原理
检波器的工作原理标题：检波器的工作原理引言概述：检波器是一种用于检测和提取调制信号的电子设备。
它在无线通信、广播、雷达和其他许多应用中起着关键作用。
本文将详细介绍检波器的工作原理。
一、整流器1.1 直流整流器直流整流器是最简单的检波器类型之一。
它通过将交流信号转换为直流信号来进行检测。
直流整流器的工作原理是利用二极管的单向导电性质，将正半周的交流信号通过，而将负半周的信号阻断。
这样，输出信号就是输入信号的正半周波形。
1.2 平均检波器平均检波器是另一种常见的检波器类型。
它通过将交流信号整流为直流信号，并使用一个低通滤波器平滑输出信号。
平均检波器的工作原理是将交流信号整流为直流信号，然后通过低通滤波器去除高频成分，从而得到平均值。
这种检波器适用于对信号幅度的平均测量，如音频信号的测量。
1.3 峰值检波器峰值检波器是一种用于检测信号峰值的检波器。
它通过将交流信号整流为直流信号，并使用一个保持电路来捕捉信号的峰值。
峰值检波器的工作原理是将交流信号整流为直流信号，然后使用一个电容来存储信号峰值。
这种检波器适用于对信号幅度的瞬时测量，如雷达和通信系统中的应用。
二、调制解调器2.1 相干解调器相干解调器是一种用于解调调幅信号的检波器。
它通过与载波信号进行相干检测，提取载波信号的相位和幅度信息。
相干解调器的工作原理是将调制信号与本地载波信号进行乘法混频，然后通过低通滤波器去除高频成分，得到解调后的信号。
2.2 非相干解调器非相干解调器是一种用于解调调幅信号的检波器。
它通过直接检测调制信号的幅度来提取信息。
非相干解调器的工作原理是将调制信号整流为直流信号，并使用一个低通滤波器平滑输出信号。
这种解调器适用于信号幅度的测量，如广播接收机中的应用。
2.3 相位解调器相位解调器是一种用于解调调频信号的检波器。
它通过检测信号相位的变化来提取信息。
相位解调器的工作原理是将调制信号与本地参考信号进行相位比较，然后通过低通滤波器去除高频成分，得到解调后的信号。
检波器的工作原理
检波器的工作原理1. 概述检波器是一种电子设备，用于将高频信号转换为低频信号，以便进行后续处理。
它在无线通信、雷达、无线电广播等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍检波器的工作原理。
2. 整流检波器整流检波器是最常见的一种检波器类型。
它的主要功能是将交流信号转换为直流信号。
整流检波器通常由二极管构成。
当输入信号为正半周时，二极管导通，输出信号为正电压；当输入信号为负半周时，二极管截止，输出信号为零。
通过滤波电路，可以将输出信号平滑为直流信号。
3. 振幅调制检波器振幅调制检波器主要用于解调振幅调制（AM）信号。
它的工作原理基于二极管的非线性特性。
当输入信号的振幅变化时，二极管的导通电流也会相应变化。
通过滤波电路，可以将变化的导通电流转换为输出信号。
4. 频率调制检波器频率调制检波器主要用于解调频率调制（FM）信号。
它采用了相位锁定环路（PLL）的原理。
输入信号经过频率判决器后，与本地振荡器的频率进行比较。
通过反馈调整本地振荡器的频率，使得输出信号与输入信号的频率保持一致。
5. 脉冲调制检波器脉冲调制检波器主要用于解调脉冲调制（PM）信号。
它的工作原理基于相位鉴别器。
输入信号经过相位鉴别器后，产生两个相位相差90度的输出信号。
通过滤波电路和运算放大器，可以将这两个输出信号转换为解调后的脉冲信号。
6. 直接检波器直接检波器是一种高效的检波器类型，它可以直接将高频信号转换为低频信号。
它采用了非线性元件，如二极管、晶体管等。
输入信号经过非线性元件后，产生包含原始信号频率和其倍频频率的输出信号。
通过滤波电路，可以将倍频频率滤除，得到原始信号。
7. 光检波器光检波器主要用于检测光信号。
它的工作原理基于光电效应。
当光线照射到光敏材料上时，光子的能量被转化为电子的能量。
通过电路放大和滤波，可以将光信号转换为电信号。
8. 热检波器热检波器主要用于检测红外信号。
它的工作原理基于热辐射的吸收和转换。
当红外辐射照射到热敏探测器上时，热能被转换为电能。
检波器的工作原理
检波器的工作原理检波器是一种电子设备，用于将高频信号转换为直流信号。
它在无线通信、雷达、无线电广播等领域中起着重要的作用。
本文将详细介绍检波器的工作原理。
一、检波器的基本原理检波器的基本原理是利用非线性元件的特性，将高频信号转换为直流信号。
在检波器中，二极管是最常用的非线性元件。
二、二极管检波器的工作原理二极管检波器是最简单且最常见的检波器之一。
它由二极管、负载电阻和滤波电容组成。
1. 正半波检波在正半波检波过程中，当输入信号为正半个周期时，二极管导通，电流通过负载电阻，产生一个正脉冲。
当输入信号为负半个周期时，二极管截止，电流不通过负载电阻，输出为零。
2. 负半波检波在负半波检波过程中，当输入信号为负半个周期时，二极管导通，电流通过负载电阻，产生一个负脉冲。
当输入信号为正半个周期时，二极管截止，电流不通过负载电阻，输出为零。
3. 滤波为了得到平滑的直流输出信号，需要使用滤波电容来滤除高频成份。
滤波电容的容值要根据输入信号的频率来选择，以确保输出信号的稳定性。
三、其他类型的检波器除了二极管检波器，还有许多其他类型的检波器，如晶体管检波器、FET检波器、调制解调器等。
它们的工作原理和二极管检波器类似，但使用不同的元件和电路结构。
四、检波器的应用检波器在无线通信中的应用非常广泛。
在调幅广播中，检波器用于将调制信号恢复为原始音频信号。
在雷达系统中，检波器用于接收和处理雷达回波信号。
在无线电通信中，检波器用于解调和恢复原始信息。
五、检波器的性能指标检波器的性能指标包括灵敏度、线性度、带宽、动态范围等。
灵敏度是指检波器能够检测到的最小输入信号强度。
线性度是指检波器输出与输入信号之间的线性关系。
带宽是指检波器能够处理的频率范围。
动态范围是指检波器能够处理的最大信号范围。
六、总结检波器是一种将高频信号转换为直流信号的电子设备。
二极管检波器是最简单且最常见的检波器之一，其工作原理是利用二极管的非线性特性。
除了二极管检波器，还有其他类型的检波器，如晶体管检波器、FET检波器等。
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其中 为谐振腔谐振频率，式中 为复介电常量， 为真空介电常量， = 为介质材料的复相对介电常量， 和 分别为 的实部和虚部。V0，Vs分别为谐振腔体积和样品体积， 为样品放入前后谐振腔有载品质因数的倒数。
实验装置
微波传输系统包括：固态信号源、隔离器、可变衰减器、波长表、选频放大器、测量线、 功率计、检波器、调配器等。
实验十八 微波测量二
实验目的
1、深理解谐振腔结构变化对谐振频率的影响—谐振腔的微扰
2、测量样品的电容率
3、学会晶体检波器的定标方法
4、学会测量微波阻抗的方法
实验原理
微波技术是一门近代尖端科学技术，也是一种重要的科研手段。雷达、微波中断通讯和卫星通讯已为大家所熟知。例如，利用微波与物质的相互作用所产生的物理现象，发展了微波核磁共振技术，可研究原子、分子超精细能级及测定与此有关的物理量。又如，作为时间基准的原子钟，有着比天文钟高得多的准确度和稳定性。在射电天文学、等离子体参量测量、遥测遥感技术、约瑟夫森效应等方面都要用到微波。此外，微波作为加热用能源，在工业、农业、医疗、食品烹调有着越来越广泛的运用并已进入我们日常生活中。利用微波测量技术既可以测量元件的特性又可以测量物质特性，而微波测量技术中核心元件为晶体检波器，
对于 其电磁场量和功率满足以下公式
波的等效电压为
可得
波等效阻抗为
其中 表示电磁波在无限大均匀介质中的阻抗，电磁波若在真空传播时
由归一化阻抗与反射系数的关系：
可见只要求出某点的相位 则可以求出阻抗，其中 终端负载处反射波与入射波的相位差。由此可见求出 成为关键，实验中可以采用确定驻波的极小点的位置求 。
为横坐标，以 为纵坐标作图。此曲线为检波器的定标曲线。
5）求出各点的 及 分别作为横坐标和纵坐标作图，利用此图求出
检波器的检波率 。
2、测量负载的阻抗
1）按上述方框图安装测量系统，确定参考点A（极小值的位置）。
其方法为：在测量线的末端接上短路板，由于反射形成驻波，此时短路板所在的位置恰好为波节的位置，移动测量线探针的位置在靠近终端出找到驻一个
所以检波率
2、负载的阻抗
在低频网络中传播的是横电磁波（ ）其传播特性可以用电压 、电流 、阻抗 等来描述，而高频微波信号利用波导管来传播，在波导管中传播是横电波（ ）或横磁波（ ），而且可以同时传播多个波模，在波导管中电压U、电流I、阻抗Z已经失去意义，也不能进行测量，为了利用低频网络理论解决微波问题引入“等效电压”、“等效电流”、“等效阻抗”。
微波晶体二极管检波器
晶体检波器应放在传输系统中高频电场最请的位置，同时要达到匹配状态，在传输系统中安放晶体二极管的装置为晶体检波座，分为波导晶体座和同轴晶体座两种，其结构如图所示：
波导晶体座同轴晶体座
晶体检波座
晶体二极管的伏—安特性是非线性的，其输出功率与微波电场之间的关系为：
为检波律，在信号的功率较小时， 即平方率检波，即晶体管的输出电流与微波功率成正比，当功率较大，则偏离平方律。晶体管的检波特性如图所示：
为此应掌握其检测原理和方法。
1、晶体检波器的检波率
在很多情况下只需测量微波功率的相对值大小时可用晶体二极管检波器来测量和指示微波功率，与利用功率计测量比较设备可大为简化。
由于节型二极管的工作频率教低，因此在微波段常采用点接触式多晶硅二极管，其工作原理与普通二极管完全一样，常见的有三种，如图所示：
（1） （2） （3）
假定 处出现极小点则有： = 由此可得 即
其中 为从负载算起到最小极值点的距离，
3、谐振腔的微扰
低频信号采用集中参数的电感 和电容 来构成 振荡回路产生，在微波段由于频率过高趋肤效应增强造成大量的热损耗，引起谐振回路品质因数 的下降，影响谐振回路的质量。同时要求电感 和电容 的取值大大减小，结果是一方面使储能空间的减小、进一步谐振回路的品质因数和功率容量，同时由于电感 和电容 的值过小使得结构工艺上难以实现。为此在微波技术中采用谐振腔，可分为波导型腔（矩形、柱型）、同轴型腔、微带腔和介质腔。谐振腔是微波振荡器和微波放大器的主要组成部分。
测量内容
1、晶体检波器的定标
1）按下列方框图安装测量系统，在测量线的末端接上短路板。
2）利用等斜点法测量驻波波长
3）从某个波节 开始在相邻两个波节之间选取大约10个点： 、 、 、 的值，将测量线的探针逐次移到这些点，读出指示器相应各点的示数 、 、 ，同时算出各点距节点的距离： 、
4）利用 计算相应各点的 及 ，分别以
当忽略测量线的损耗和探针的影响时，测量线中由于全反射形成的驻波的电场分布为：
式中的 为探针与节点的距离； 为波腹处的电场强度； 为波导波长。
由 可知只要测出 和某处 处的的电流 ，就可测出该处的相对场强 ，由此则可以测出检波律，这就是晶体检波器校准的依据。
而晶体检波律的数值可以利用 和 可得：
对等式的两端取对数可得:
此时满足
可见谐振腔的谐振频率取决于谐振腔的结构。
品质因数 是描述谐振回路的重要参数，
定义为：
品质因数也与谐振频率的关系为： 测定。
其中 为谐振腔谐振频率， 、 分别为半功率点频率
当谐振腔的结构发生变化时谐振腔的固有频率会发生变化，若在谐振腔中放入不同材料的小物体，由于材料的电容率不同使得谐振频率和品质因数都将发生变化，此时可以利用电磁场的微扰理论处理，起结果为：式
晶体检波特性
从图可以看出当微波功率达到 时检波曲线开始偏离平方律，即检波器的输出电流或电压与功率偏离线性关系。由实验可知晶体二极管个检波特性差异很大，不同的二极管检波特性不同，同一二极管的检波特性也不很稳定。因此晶体二极管只能指示相对功率，不能测量绝对功率。一般晶体二极管的输出功率在 至 之间开始偏离平方律，因此工作在 以下时可认为平方律。若功率超过 时，必须用实验的方法测定其检波律 。