微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
微波测量概述及信号源测量技术：第一讲 微波测量技术概论
输入或 输出信号
高速、高 分辨率
模拟部分 模拟信号
控制
用户接口 信息
ADC 或DAC
数字数据
处理器
包括RAM,ROM,I/O等
采用 标准 接口
系统接口
采用超大规模 集成电路、
物理包装
电源
采用DSP技
FPGA、EPLD 及专用集成电 路，实现复杂
外部电源
数字化仪器结构框图
术，多种测 量算法
、多功能 关键：高速A/D和D/A变换器
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1．2 微波与天线测量的基本任务
放大器测试 变频器件测量 无源器件测试 频综及振荡器测试 收发机测试 差分元器件测量方案 脉冲器件测试方案 毫米波太赫兹器件测试 器件在片测试 元器件现场测试
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微波测量仪器分类
微波毫米波测试仪
信号发生器
信号分析仪
合模 成拟 功 信信 率 号号 放 发发 大 生生 器 器器
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1．2 微波与天线测量的基本任务
阻抗测量仪 网络分析仪
阻抗
频率
振荡器、频率合成 器、变频器、倍频 器、滤波器等
矢量、标量 网络分析仪
频率计/功率计/ 频谱分析仪
功率
阻抗变换、阻抗 匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 器、放大器、开关等
1微波无源电路: 如金属谐振腔滤波器、介质腔体滤波器、微带滤波器、功率 分配器、耦合器、程控衰减器等。
(1)信号特性参数的测量：包括信号的频率和波长、场强和功率、 波形与频谱、振荡器的振荡特性和接收机的噪声系数等。
(2)网络特性参数的测量：主要有反射特性参数和传输特性参数。 前者包括网络散射参数反射系数、阻抗以及与反射系数模有关的插 入损耗和驻波比等；后者包括网络散射参数以及决定的衰减和相移 等。
微波信号频率和波长测量
石英晶体振荡器
采用LC振荡回路
Zin
分布电容
晶体盒
Rq
Yout
正反馈放大
C0 Cq
Lq
分布电容
一般晶体振荡器旳频率稳定度： 长久频率稳定度—— 10-10~10-8/日 短期频率稳定度 < 10-11/S
若已知信号和未知信号都带有谐波，则需要判断谐波数，一般这是很困难旳事 情，所以在用这措施进行测试时，需要大致懂得信号频率。
目前外差法已经被计数法频率计所替代。
计数法
原理：
将未知频率fx与原则频率fs相比较，此时是利用未知频率fx
旳脉冲计数法而测得fx。如利用原则频率fs去控制一计数闸门旳
开放时间，假如开方时间 等于fs旳m个周期，即
微波信号频率及波长测量
频率定义
• 频率是周期性信号旳主要参量之一，也是微波信号源旳两大要素之一。 它是微波测量中经常需要搞清楚旳一种参量，而且也是最轻易被精确 测量旳一种参量。
• 频率是周期旳倒数，即每秒中振荡旳周期数
频率：
f=1/T（Hz）
角频率： ω=2π/T= 2πf(rad/s)
瞬时角频率：ω(t)=dψ/dt
信号频率旳校准
采用前面简介旳四种频标构成鉴相器对压控晶体振荡器进行锁相 稳定，使压控晶体振荡器旳输出信号到达所用频标旳稳定度，然 后将此信号与被校准信号一同加到一种比相仪进行比较，比相仪 将统计一段时间内旳累积相位差所相应旳时间差，从而给出被校 准频率旳相对误差并进行调校。
一般单位可能没有以上频率原则，所以能够采用一种简朴易行旳 措施，即采用“电视彩色副载波传播旳原则频率”进行校准。副 载波频率稳定度为5×10-12/30分钟，它是由中央电视台公布旳， 用铯原子频标直接控制频率合成器产生旳。
微波测量(一)
天线测量与微波测量
为电磁波的频率。 如果已知电磁波的的相速，就可以按上式进行波 长与频率之间的换算。注意：波长和频率是有区别 的，前者决定于长度，后者决定于时间；因而波长 的测量属于长度的测量，而频率的测量属于时间的 测量；在稳态情况下，电磁波的频率是一常数，不 随媒质的性质而改变，而波长却与媒质、传输线尺 寸和传输波型有关。因而频率测量更具有普遍意义， 也更为重要。 测量微波频率的仪器称为微波频率计。其工作原 理可分为两类：第一类 谐振式频率计；第二类 外 差式频率计。
(14)
天线测量与微波测量
在测量微波小功率情况下,通常I0与I1相差不大,即 I0+I1≈2I0 I0-I1=△I 故待测微波功率为: P≈(R/2)I0•△I 显然,这时功率测量的精度取决于两次读取电流之 差的准确度。
§1.4 衰减量的测量
微波 信号 源
Γ g=0 Γ L=0 Γ g=0 Γ L=0
(9)
天线测量与微波测量
一、大功率测量 大功率的微波信号一般采用热量计式大功率计 来测量功率。 t2
出水 测流量 水箱
P
波导
t1
进水
热量计式大功率计的原理示意图
待测微波功率的计算公式 P=c•M(t2-t1) (卡/秒)=4.18c•M(t2-t1) (瓦)
(10)
天线测量与微波测量
其中 c=1卡/克•度，为水的比热；M为水的流量， 单位为：克/秒； (t2-t1)为进出口水的温差，单位 为：0c；4.18为热功当量。 这种热量计式大功率计测出的功率为平均功率， 是一种绝对功率计，可作为校准校对其他的微波 功率计。 引起热量计式大功率计的测量误差的因素：(1) 失配误差；(2)高频功率损耗和辐射损耗；(3)热 传导和热辐射损耗；(4)流量和温度差测量不准确 引入的误差。 二、中小功率测量 中小功率的微波信号一般采用热电式功率计或
驻波比实验总结
驻波比实验总结驻波比实验总结1本次电磁场与微波实验时长八周，一共19个小实验。
其中因为时间的原因我们组没有做布拉格衍射实验。
在电磁场与电磁波实验中，我们主要进行了定律的验证和现象观察，包括电磁波的折射、反射、衍射、干涉和极化等现象。
由于电磁场与电磁波课程是在大二下开设的，所以在实验开始我们发现有很多知识点存在遗忘现象，但还好电磁场实验同我们的感性认识更为接近，所涉及知识大多跟普通物理实验相关，在现象和定律方面我们记得还算牢靠，所以实际进行起来也还算顺手。
但是电磁场实验由于实验室空间和环境的限制导致了其测量误差较大，像极化实验我们就不得以测了很多次最终取了多次实验的平均值才勉强得出与定律相符合的实验结果，但是总体而言，基本上都验证了实验的相关定律。
电磁场的前两次实验，主要是验证反射与折射定律，测量单缝衍射与双缝干涉，由于在高中便已经学过了这些知识，故而上手十分容易，不过是将待测量转变为电信号进行验证求解。
第三次的实验涉及到迈克尔逊干涉仪、平面波的极化，这些知识都是在大学物理和电磁场与电磁波课程中的重点知识，尽管有些知识点记得不是很清楚，但是我们都对照实验指导书进行了仔细的预习工作，所以实验也还算顺利的完成了。
最后一次实验是用专门的仪器对学校周边的场强进行测量，需要我们进行户外采集数据，一方面考验了我们对实验仪器的使用，另一方面对于整个学校的场强变化也有了一定了解，在这次实验中我们组还遇到了一些问题，一开始我们听从老师的推荐选择了的频段，但测量结束后回来分析数据发现结果并不理想，场强的分布在校园的每个角落都十分均匀，在查资料和询问老师后才发现的发射台在全北京都是少数，所以在北邮校园内测量起来场强分布并不会有很大的差别，因此我们又选择了150MHz进行了测量，得到了较为理想的结果。
接下来的几周我们进行了微波测量实验，实验中主要运用了实验仪器测量了一些上个学期微波课程中的基本变量，例如波导波长、驻波比和介电常数等。
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讲解
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讲解
微波测量系统是一种用于测量微波信号参数的设备，常用于通讯、雷达、天文等领域。
它包括信号源、调制器、放大器、混频器、检波器、频谱仪等组件，根据需要还可配备反射器、耦合器、天线等。
波导波长是指波导中电磁波传播一段距离所需的长度，是一种用于描述波导中电磁波传播特性的参数。
晶体检波器是一种用于检测微波信号的设备，它通过晶体管的非线性特性将微弱的微波信号转换为较大的直流电压信号。
在使用微波测量系统进行波导波长的测量时，可以利用系统中的反射器或耦合器产生反射信号，并测量反射信号的相位差，从而计算出波导波长。
在使用晶体检波器进行微波信号的校准测量时，可以先确定晶体检波器的增益和非线性特性，然后将待测信号与已知的标准信号进行比较，根据比较结果进行校准测量。
微波实验报告波导波长测量
篇一：电磁场与微波实验报告波导波长的测量电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量【方法一】两点法实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输te10模）终端（z＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：e ＝ey ＝e0 sin（?xa） sin?z在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
yz两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值t1和t2），就可求得波导波长为：?g ＝ 2 tmin－tmin由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：1tmin ＝ ? t1 ? t2 ?2最后可得?g ＝ 2 tmin－ tmin （参见图四）【方法二】间接法矩形波导中的h10波，自由波长λ0和波导波长?g满足公式：?g ＝???? 1 ? ? ??2a?2其中：?g＝3?108/f，a＝2.286cm通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式cλ0=确定出λ0，再计算出波导波长?g。
工作报告之磁场的测量实验报告
磁场的测量实验报告【篇一：实验报告磁场的研究】学院课实验报告级实验日期姓名:学号实验题目：实验目的：1、研究载流圆线圈轴线上各点的磁感应强度，把测量的磁感应强度与理论计算值比较，加深对毕奥-萨伐尔定律的理解;2、在固定电流下，分别测量单个线圈（线圈a和线圈b）在轴线上产生的磁感应强度b（a）和b(b)，与亥姆霍兹线圈产生的磁场b(a+b）进行比较，3、测量亥姆霍兹线圈在间距d=r／2、 d=r和d=2r, （r为线圈半径），轴线上的磁场的分布，并进行比较，进一步证明磁场的叠加原理；4、描绘载流圆线圈及亥姆霍兹线圈的磁场分布。
实验仪器：(1)圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台，台面上有等距离1.0cm间隔的网格线；(2)高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台；(3)传感器探头是由2只配对的95a型集成霍尔传感器(传感器面积4mmx 3mmx 2mm)与探头盒(与台面接触面1．毫特斯拉计2．电流表 3．直流电流源 4．电流调节旋钮 5．调零旋钮 6．传感器插头 7．固定架 8．霍尔传感器 9．大理石 10．线圈注：abcd为接线柱实验原理：（1)根据毕奥一萨伐尔定律，载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为：2(2+x2)32（5-1)2r （5-2）轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简略。
(2)亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径r。
这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁场的计量标准。
设：z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点o处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为：1??而在亥姆霍兹线圈上中心o处的磁感应强度b0′为实验内容：橙色字体的数据是在实验室测量出的原始数据，其他数据是计算所得。
微波技术：一微波测试系统的认识和调试2017
一、微波测试系统的认识和调试实验目的：1 了解微波测试系统的测量原理2 了解微波信号源的工作特性3 熟悉选频放大器的使用方法4 熟悉各种波导元件的功能和特征4 掌握测量线的使用方法5 掌握校准晶体检波器特性的方法6 学会频率测量和功率测量实验原理：一、微波测试系统微波测试系统通常由3部分组成:1等效信号源部分：包括微波信号源,功率,频率监视单元,隔离器.；2测量电路部分：包括测量线,调配元件,待测元件,辅助元件；3指示检测部分：指显示测量信号特性的仪表,如直流电流表,,测量放大器,功率计,示波器,数字频率计等。
如图所示：等效源 测量电路二、微波信号源通常微波信号源有电真空和固态的两种。
电真空的震荡器主要有反射速调管和磁控管等，而固态震荡器随着微波半导体技术的迅速发展，类型越来越多，如微波晶体管震荡器，体效应管震荡器，雪崩二极管震荡器等（1）反射速调管是一种微波电子管，利用速度调制方法（用高频电场控制电子运动）改变在交变电磁场中电子流的运动速度，从而将直流能量转化为微波能量。
它的震荡频率能在一定范围内改变，且容易调谐，并能做脉冲和频率调制。
反射式速调管分为内腔式和外腔式两类。
（2）磁控管震荡器主要是指多腔磁控管，由阳极、阴极和能量输出系统组成。
利用电场和磁场来控制电子运动来实现速度调制，从本质上可以说是一个置于磁场中的二极管。
它是现今产生强功率震荡的最常用的一种电子管。
(3) 固态震荡器，在振荡原理上，微波固态震荡器可分为两种基本类型：负阻型振荡器和反馈型振荡器。
微波晶体管振荡器大多属反馈型，而其他种类的微波固态震荡器多属负阻型。
其中体效应管就是负阻效应来产生微波振荡的，它是利用某些半导体材料的体效应——即转移电子机构来进行震荡的，因此，也称为转移电子二极管。
目前，制造体效应管的半导体材料多用n型砷化镓。
砷化镓的禁带宽度E g=1.43eV大于能谷间的距离ΔE，因此，当加大电场时，并不产生电子雪崩式的击穿（即电子被加速到足够大的能量时，能产生碰撞电离，使电子数目雪崩式倍增而击穿），而下能谷的电子很容易转移到上能谷去，随着外加电场的增大，从下能谷转移到上能谷去的电子数目也增加。
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电磁场与微波测量实验报告
实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
学院：电子工程学院
班级：2012211205
组员：秦爽左斌华姜铁增杨抒含
撰写人：杨抒含
一实验目的：
（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。
二实验原理：
本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。
该系统由以下十一个部分组成：
1.微波信号源
DH1121C型微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
2.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。
3.衰减器
把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计
电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线
测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。
线开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
由于探针与电场平行，电场的变化在探针上就感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。
6.检波晶体
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。
7.选频放大器
用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz附近的信号，经整流平滑后输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。
8.喇叭天线
9.匹配负载
波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。
10.短路片
11.失配负载
三实验方法和过程：
（一）熟悉实验器材操作方法：小组成员共同学习实验器材的使用方法和注意事项。
（1）观察测量系统的微波仪器连接装置，衰减器，波长计，波导测量线的结构形式。
（2）熟悉信号源的使用
先将信号源的工作方式选为：等幅位置，将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；再将信号源的工作方式选为：方波位置，将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；
（3）熟悉选聘放大器的使用；
（4）熟悉谐振腔波长计的使用方法
微波的频率测量是微波测量的基本内容之一。
其测量方法有两种：（1）谐振腔法；（2）频率比较法。
本实验采用谐振腔法。
由于波长和平率直接满足关系，所以频率和波长的测量是等效的。
吸收式波长计的谐振腔，其只有一个输入端和能量传输线路相连，调谐过程可以从能量传输线路接收端指示器读数的降低可以判断出来。
本实验采用了吸收式波长计测量信号源频率从，为了确定谐振频率，用波长表测出微波信号源的频率。
具体做法是：旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现波峰。
反映在建波指示器上的指示是一跌落点，此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。
（二）波长计测量信号波长：小组成员分工协作，有序完成实验数据的测量。
（1）微调单旋调配器，事腔偏离匹配状态（出于匹配状态时，电流会达到一个最小值），检波电流计上有一定示数（大于最小值）
（2）调节波长计使检波电流计再次出现最小值的时候，读出此处波长计的刻度值为：9.267mm
（3）按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得到对应的信号源频率值；
（4）改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，每隔0.1G测量一次，记录在数据表格中；
四实验结果与分析:
表格数据结果如下图所示：
信号源频率值波长表读数查表得到频率信号源误差（%）8.6 无无
8.7 11.536 8.672 0.32
8.8 10.271 8.77 0.34
8.9 9.102 8.87 0.33
9 8.054 8.97 0.33
9.1 7.143 9.065 0.38
9.2 6.241 9.167 0.36
9.3 5.445 9.264 0.39
9.4 4.745 9.357 0.46
9.5 3.999 9.464 0.38
9.6 3.312 9.569 0.32
根据以上表格数据可知:本实验的波长表读数对用表中的频率值与真实的频率值误差范围为0.32%—0.46%，误差很小在可控范围内。
产生误差的原因为：仪器测量产生的误差。
因此，可以采用该方法测波长。