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北京邮电大学

电磁波与微波测量第五次实验报告

学院：电子工程学院

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实验三微波驻波比的测量

由于微波的波长很短，传输线上的电压、电流既是时间的函数，又是位置的函数，使得电磁场的能量分布于整个微波电路而形成“分布参数”，导致微波的传输与普通无线电波完全不同。微波系统的测量参量是功率、波长和驻波参量，这也是和低频电路不同的。电压驻波系数的大小往往是衡量一个微波元件性能优劣的主要指标。驻波测量也是微波测量中最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量不仅可以直接得知驻波系数值，而且还可以间接求得衰减器、相移量、谐振腔品质因数，介电常数。

一、实验目的

（1）了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用。

（2）掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。

（3）掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。

二、实验原理

驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q值等其他参量。在传输线中若存在驻波，将使能量不能有效地传给负载，因而增加损耗。在大功率情况下，由于驻波存在可能发生击穿现象。此外，驻波存在还会影响微波信号发生器输出功率和频率的稳定度。因此，驻波测量非常重要。

电压驻波比测量

驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q值等其他参量。在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比，即

ρ=Emax

Emⅈn

测量驻波比的方法与仪器种类很多，有直接法，等指示度法，功率衰减法等。本实验着重熟悉用驻波测量线来测驻波系数的几种方法。

（1）直接法

直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强，从而求得驻波系数的方法称为直接法。若驻波腹点和节点处电表读数分别为Umax，Umin则电压驻波系数ρ：

ρ=Emax

Emⅈn =√Umax

Umⅈn

当驻波系数1.5<ρ<5时直接读出Im ax，Imⅈn即可。

当电压驻波系数在1.05<ρ<1.5时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值。

ρ=√U max 1+U max 2+⋯+U max n min 1min 2min n

（2）等指示度法

当被测量的驻波系数大于5时，驻波腹点和节点的电平相差比较大，直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，原因是：波腹点和波节点电平相差悬殊，因此在测量最大点和最小点电平时，晶体工作在不同的检波率，所以仍然采用直接法测量大驻波比误差较大。因此采用等指示度法，也就是通过测量驻波图形中波节点两旁附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系数。

根据传输线上场强和终端反射系数之间的关系，如果确定驻波节点两旁等指示度之间的距离，可以推导出关系：

ρ=√k 2∕n −cos 2(πw λg )sin (πw λg )

式中：K=测量点读数kI min 最小点读数I min

；λg 为测量线上的波长即波导波长。 通常情况下，取测量I 左和右=2I mⅈn 的两个等指示度点所对应的探针位置间距，记录为：W=l ℎ−l ℎ′, 如果晶体是平方率检波（n=2），传输线的驻波系数可以用下式计算：

ρ=√1+I sin 2(πw λg ) 当ρ较大时（ρ≥10），由于W 很小，sin (πw

λg )较小，sin (πw λg )≈πw λg ，故公式进一步简化

为：

ρ≈λg πw

这种方法取k=2时进行测量，所以也称为“二倍最小值”法，或3分贝方法。

必须指出：W 与λg 的测量精度对测量结果影响很大，因此必须用高精度的探针位置测量装置（如千分测微计）进行读数。

三、实验内容及数据处理

（1）直接法测量驻波系数

（1）按上图所示的框图连接成微波实验系统。

（2）调整微波信号源，使其工作在方波调制状态。

（3）左右移动波导测量线探针使选频放大器有指示值。

（4）用选频放大器测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的I max 和I mⅈn 。

ρ=√I max I mⅈn ⁄ （5）当检波晶体工作在平方律检波情况时，驻波分布示意如下图：

实验数据（被测件接匹配负载）：

当被测件接匹配负载时，驻波比ρ的理论值为1，而本次实验所测得的数为1.051，与理论值接近，但相对误差较大。其原因是选频放大器的指针摆幅过大，导致电流读数不准。

（2）等指示度法测量驻波系数 （1）按如图连接好测量系统。开启微波信号源，选择好频率，工作方式选择方波

（2）将测量线探针插入适当深度，用选频放大器测量微波的大小，选择较小的微波输出 功率并进行驻波测量线的调谐。

（3）在测量线系统中，选用合适的方法测量开路系统的电压驻波系数。

（4）用直接频率计测量微波频率，并计算微波波导波长。

（5）将测量线终端接短路片，用两点法测量三个相邻波节点的位置，计算λg ，求出实测 波导波长，并与理论值进行比较。

（6） 移动探针到驻波节点两边，直到指示器读数为2Imin ，读两个等指示度的探针位置（用

千分测微计读）l 2和l 2′。W=|l 2−l 2′|，根据ρ=√1+I

sin 2(πw λg ) 算出驻波系数。

实验数据：

（1）微波波导波长的测量

理论值：

微波频率f=9.625Ghz ;

λ0=c f =31.168mm;

λg =

0√1−(λ02a )2=42.60mm;

测量值：