驻波测量线的调整与电压驻波比测量

实验一驻波测量线的调整

一、实验目的

１、熟悉测量线的使用及探针的调谐。

２、了解波到波导波长的测量方法。

二、实验原理

1、微波测量系统的组成

微波测量一般都必须在一个测试系统上进行。测试系统包括微波信号源，若干波导元件和指示仪表三部分。图1是小功率微波测试系统组成的典型例子。

图1 小功率波导测试系统示意图

进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测试系统。信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧，以便于操作。连接系统平稳，各元件接头对准，晶体检波器输出引线应远离电源和输入线路，以免干扰。如果连接不当，将会影响测量精度，产生误差。

微波信号源的工作状态有连续波、方波调制和锯齿波调制三种信号通过同轴—波导转换接头进入波导系统（以后测试图中都省略画出同轴—波导转换接头）。隔离器起去耦作用，即防止反射波返回信号源影响其输出功率和频率的稳定。可变衰减器用来控制进入测试系统的功率电平。频率计用来测量信号源的频率。驻波测量线用来测量波导中驻波的分布。波导的输出功率是通过检波器进行检波送往指示器。

若信号为连续波，指示器用光点检流计或直流微安表。若信号输出是调制波，检波得到的低频信号可通过高灵敏度的选频放大器或测量放大器进行放大，或由示波器数字电压表、功率计等来指示。后一种测量方法的测量精度较高，姑经常采用调制波作被测信号，测试系统的组成应当根据波测对象作灵活变动。

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谐频率、功率电平及调谐方式等。本实验讨论驻波测量线的调整和晶体检波器的校准。

2、测量线的调整及波长测量

（1）驻波测量线的调整

驻波测量线是微波系统的一个常用测量仪器，它在微波测量中用处很广，如测驻波、阻抗、相位、波长等。

测量线通常由一端开槽传输线，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起不均匀性，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（详见第二部分二）。为了减小影响，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选择合适的探针穿深度，调谐探头和晶体检波特性。 探针电路的调谐方法：先使探针的穿深度适当，通常取~，然后测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间部分，调节探头活塞，直至输出指示最大。

（2）波长测量

测量波长常见的方法有谐振法和驻波分析法。前者用谐振式波长计（为使用方便，直接以频率刻度，故也称直读式频率计）测量。后者是用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻线，移动测量线探针，测出两个相临驻波最小点之间的距离，即可求得波导波长。

在传输电磁波的同轴系统中，按上述方法测出的波导波长就是工作波长，即 λg=λ；而在波导系统中，测量线册出的波长是波导波长λg ，根据波导波长和工作波长的关系式：

1

2

g c /1λλλλ??-???

?2＝（） （1）

便可以算出工作波长 12

g g /1ελλλλ??

+???

?

2＝（

） （1） 为了提高测量精度，通常采用交叉读书法确定波节点位置，并测出几个波长求其平均值。所谓交叉读数法是指在波节点附近两旁找出电表读数相等的两个对应位置

11

12

21

22

,;,d d d d

，然后分别取其平均值，如图2所示，图中：

011

d d d 2=1112（+）

（3a ） 021

d d d 2

=2122（+）

（3b ） 则：g 2d d λ0201＝（-） （4）

指

示

电

表

读

数

d11d12d21d22d31d32

d

测量线标尺

刻度d01d02d03

I

I 1.2

图2 交叉读灵敏法测量驻波节点位置

三、实验仪器及装置图

图3 测试装置图

四、实验内容及步骤

1、参照图3，连接微波元件。

2、调整测量线。

测量；线终端接晶体检波架，调整微波信号源，使获得最佳方波调制输出功率。

用频率计测量工作频率，记录数据，随即失谐频率计。

调整测量线：

（1）测量线终端接匹配负载，调节探针传神度约1~1.5mm，并将探头晶体检波输出端接指示器。（2）移动探针到测量线的中间位置，调节探头活塞，使电表偏转最大，如果发现探针可调谐在几个波峰上，应选择峰值最大位置，此时，测量线处于最佳状态。

3、用测量线测量波导波长

测量线终端接短路板，移动探针到驻波节点，用交叉读书法测量相邻三个波节

点的位置，记录测量数据11122122d d d d 、、、并计算波导波长g

λ

，重复2次。

五、实验报告内容

1、记录频率计测出的微波源工作频率。

2、列出波长测量线数据表，计算λg 。 六、注意事项

1、测量波导波长或其它微波参量时，测量线探针位置及短路器活塞必须朝一个方向移动，以免引起回差。

2、当微波信号源工作频率改变时，测量线必须重新调整。

实验二、电压驻波比测量

一、实验目的

掌握测量电压驻波比常用方法。 二、实验原理

按传输线理论线上的任一点电压和电流均可看成两个分量合成，一是从电源向负载传输的入射波，另一是负载向电源传输的反射波，这两个波叠加合成为驻波，当传输线终端负载阻抗不同时，反射波变化，造成不同的驻波分布图，由于传输线负载的变化，传输线工作情况不同。为了描述传输线的传输特性，可用驻波比来表示，所以，驻波测量是微波测量中最基本和重要的内容之一，电压驻波比（以后简称驻波比）是传输线中电场最大值与最小值之比，表示为：

max

min

|

|E p E = （1） 测量驻波比的方法与种类繁多，本实验讨论运用驻波测量线，根据直接法，等指示度法及功率衰减法测量大、中电压驻波比。本实验讨论运用驻波测量线，根据直接法测量驻波比。

直接法

直接测量沿线驻波的最大最小场强（见图1），根据式（1）直接求出电压驻波比的方法称为直接法。该方法使用于测量中、小电压驻波比。

max

min Z L

图1 无耗线上的驻波图

当测量线调整好后，并且已经知道检波特性或定标曲线时，把待测元件接在测量线输出端，移动探针，如果驻波腹点和节点出指示电表读数分别为max

I

和

min

I

，则驻波比（1）

式成为：

1

max min

||n I p I = （2）

若晶体二极管为平方律检波，则式（2）成为：

p =（3）

当驻波比在〈p

〈时，驻波的最大值和最小值相差不大，并且波腹波节平坦，难以正确测定。为了提高测量精确度，可移动探针测出几个波腹和波节点的数据，然后取平均值。

max1max 2max min1min 2min ............n

n

I I I I I I p -

++=

++ （4）

或

max1max 2max min1min 2min ......n n

I I I

I I I p -

=

+++ （5） 当驻波比为〈p 〈6时可直接读出场强最大值和最小值。

三、实验仪器装置图

图2 测试系统图

四、实验内容与步骤 1、微波测试系统的调整

按图2检查测试系统，测量线终端接匹配负载，开启电源，预热各仪器。 信号源工作在方波调制状态,并获得最佳输出。

调整测量线。调谐探针电路，时测量线工作在最佳状态。调整输入功率电平，使晶体工作在平方律检波范围内。

2、用直接法测量开口波导的电压比。

测量线终端开口，移动探针到驻波腹点，调整可变衰减器，使指示电表读数达满刻度（或近满刻度）。

分别测定驻波腹点和节点的电流值I max 和I min ，并列表记录数据。 次数n

I max I min

max

min

|

|I p I = P avg

根据实验列表记录数据，用直接法测开口波导的电压驻波比，并根据式（3）计算驻波比的值。