实验一 微波测量系统的调试与功率测量
微波实验指导书2012
实验一微波常规测量系统的熟悉与调整一、实验目的1、了解常用微波常规测量系统的组成，认识常用微波元件，熟悉其特性、在系统中的作用及使用方法。
2、熟悉常用微波仪器的调整和使用方法。
二、实验原理1、实验系统简介图1-1 常规微波测量系统微波常规测量系统如图1-1所示。
系统中的仪器和主要元件作用如下：(1)、信号源：产生微波信号。
常用的简易信号发生器，包括速调管振荡器、速调管电源和调制器。
速调管振荡器产生并输出需要的连续或调制信号，速调管电源供给速调管振荡器所需各组稳压电源，调制器产生方波调制信号（重复频率一般为1000Hz ）,对速调管振荡器进行方波调制。
标准信号发生器主要有速调管和体效应管两类，在包含上述功能的基础上增加了输出幅度调节器（可变衰减器）以及频率计等。
(2)、频率与功率监视部分：由正向接入的定向耦合器从主通道中耦合出一部分能量，通过对该部分信号的监测，确定其信号源的频率并监视输出功率的稳定性，标准信号源往往附有监测系统。
(3)、隔离器：是一种铁氧体器件，用于消除负载反射对信号源的影响。
理想的隔离器只允许信号由源向负载单方向通过（即对入射波衰减为零）。
而全部吸收由负方载向源的反射功率（即对反射波衰减为无穷大）。
利用其单向传输特性，既保证了信号的正常传输，又防止反射波进入信号源影响其输出功率和振荡频率的稳定。
实用的隔离器正向衰减为零点几分贝，反向衰减为几十分贝。
在没有隔离器时，可用固定衰减器代替。
此时，对正向、反向信号有同样衰减。
(4)、衰减器：分固定衰减器和可变衰减器两种。
为电平元件，用来调节输出功率的大小。
调整可变衰减器的衰减量，可以控制到达负载的功率，使指示器有适度的指示。
固定衰减器也可以用定向耦合器代替。
(5)、测量线：用来测量负载在传输线上造成的驻波分布，确定驻波系数、驻波最小点位置和波导波长等，以便计算各种待测参数。
(6)、指示器：指示检波电流的大小，对连续波信号、常用微安表、光点检流计等指示器。
北理工微波实验报告总结
实验一实验一 一般微波测试系统的调试一般微波测试系统的调试一、实验目的1．了解一般微波测试系统的组成及其主要元、了解一般微波测试系统的组成及其主要元、器件的作用，器件的作用，初步掌握它们的调整方法。
2． 掌握频率、波导波长和驻波比的测量方法。
掌握频率、波导波长和驻波比的测量方法。
3． 掌握晶体校正曲线的绘制方法。
掌握晶体校正曲线的绘制方法。
二、实验装置与实验原理常用的一般微波测试系统如1-1所示（示意图）。
微波信号源隔离器可变衰减器频率计精密衰减器测量线终端负载测量放大器图1-1本实验是由矩形波导（3厘米波段，10TE 模）组成的微波测试系统。
其中，微波信号源（固态源或反射式速调管振荡器）产生一个受到（方波）（固态源或反射式速调管振荡器）产生一个受到（方波）调制的微波高频振荡，其可调频率调制的微波高频振荡，其可调频率范围约为7.5~12.4GHz 。
隔离器的构成是：在一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向（终端负载方向）传播的波衰减很小，而反向（向信号源）传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。
它使信号源能较稳定地工作。
它使信号源能较稳定地工作。
频率计实际上就是一个可调频率计实际上就是一个可调的圆柱形谐振腔，其底部有孔（或缝隙）的圆柱形谐振腔，其底部有孔（或缝隙）与波导相通。
在失谐状态下它从波导内吸收的能量与波导相通。
在失谐状态下它从波导内吸收的能量很小，对系统影响不大；当调到与微波信号源地频率一致（谐振）时，腔中的场最强，从波导（主传输线）（主传输线）内吸收的能量也较多，内吸收的能量也较多，从而使测量放大器的指示数从某一值突然降到某一最低值，如图1－2(a)所示。
此时即可从频率计的刻度上读出信号源的频率。
从图1-1可知，腔与波导（主传输线）只有一个耦合元件（孔），形成主传输线的分路，这种连接方式称为吸收式（或称反应式）连接方法。
(整理)实验1微波测试系统的认识与调试0.
实验一微波调试系统的认识与调试【实验目的】1.了解微波测试系统.2.熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构原理和使用方法；【实验内容】1. 观看按图1－1和图1－2装置的微波测试系统。
了解微波测量的几种方法。
2. 观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要特性及使用方法。
【实验原理】一、微波测试系统微波测试系统通常有同轴和波导两种系统。
同轴系统频带宽，一般用在较低的微波频段（2cm波段以下）；波导系统（常用举行波导）损耗低、功率容量大，一般用在较高频段（厘米波直至毫米波段）。
微波测试系统通常由三部分组成，如图1－2所示。
图1－2微波测试系统（1）微波发送部分（等效电源部分），主要包括微波信号源、衰减器、隔离器、有的还附加了功率、频率监测单元。
信号源是微波测试系统的心脏。
测量技术要求具有足够的功率电平和一定频率的微波信号，同时要求一定的功率和频率稳定度。
功率和频率监测单元是由定向耦合器取出一小部分能量，经过检测指示来观察源的稳定情况，以便及时调整。
为了减小负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。
（2）测量装置部分（测量电路部分），主要包括驻波测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测器（晶体检波器、功率计探头等）。
（3）指示器部分（测量接收器），指示器是显示测量信号特性的仪器，如直流微安表、选频放大器（或测量放大器）、示波器、功率计、数字频率计等。
当对微波信号的功率和频率稳定度要求不太高时，测量系统就可简化如图1－3所示，微波信号源直接与测量装置连接，其工作频率可由波长计测得。
图1－3 微波测试系统简化框图二、主要微波测量线和频率计的原理结构和使用方法（4）驻波（开槽）测量线【仪器简介】驻波测量线用于微波波段测量电压驻波比、波长及阻抗等参量。
主要组成部分有：开槽传输线段（按开槽线段截面形状可分为同轴测量线和波导测量线）、探头装置（包括探针、检波晶体和调谐器）以及传动机构和位置测量装置。
微波测量系统调试与频率测量
实验B1 微波测量系统调试与频率测量【实验目的】1．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。
2．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。
3．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。
4．学会用谐振腔波长表测量微波频率。
【实验原理】一．微波测量系统微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。
微波等效电源部分即微波发送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。
测量装置部分也称测量电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率插头等）。
测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
二．反射速调管微波信号源微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管信号源1．反射速调管的工作原理反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电极，结构原理如图2所示。
阴极发射电子；阳极利用耦合环和同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。
由阴极发出电子束，受直流电场加速后，进入谐振腔。
电子以不同的速度从谐振腔飞出来而进入反射极空间。
在谐振腔和反射极间的直流排斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。
2．反射式速调管的工作特性和工作状态在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图3所示。
（1）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。
有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模，用n 表示震荡模的序号。
（2）对于振荡模，当反射极电压V R 变化时，速调管的输出功率P 和振荡频率f 都随之变化。
（3）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图3中n ＝3的振荡模）。
（4）各个振荡模的中心频率f 0相同通常称为速调管的工作频率。
通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。
实验一、微波测量基础知识实验报告
实验一、微波测量基础知识班级：核32 姓名：杨新宇学号：2013011806 同组成员：杨宗谕一、实验目的（1）了解和掌握信号发生器使用及校准。
（2）了解微波测量系统的基本组成和工作原理。
（3）掌握常用微波测量系统各器件的调整和使用方法。
（4）频率计（波长表）校准。
（5）了解和掌握测量线使用方法二、实验原理及系统组成1、微波信号源图1是微波信号源的基本框图。
通常由微波信号源、微波测量装置和指示器三部分组成。
它负责提供一定频率和功率的微波信号。
同低频信号源一样，其信号可以是连续波也可以是调制波，工作方式有点频、扫频两种状态工作。
微波信号源被广泛应用的类型主要有以下两种：（1）标准信号发生器标准信号发生器其输出信号的频率、功率和调制系数可在一定范围内调节（有时调制系数可以固定不变），并能准确读数且屏蔽良好。
它能做到输出微波信号准确已知，并能精细调节，特别是能将信号功率连续衰减到毫瓦、微瓦级电平，根据不同用途可具有不同的调制方式。
（2）扫频信号发生器扫频信号发生器是能产生扫频信号的微波信号源，它能从所需频率范围的一端连续地“扫变”到另一端，所以能直接得到各个频率上的测量结果，在示波器或者记录仪上立即显示出所需要的频率特性曲线。
本实验采用的微波源是YM1123 标准信号发生器，工作在等幅模式下。
2、微波测量装置微波测量装置如图2 所示。
主要包括驻波测量线、调配元件、待测元件和辅助元件（如短路器、衰减器、匹配负载、移相器等）。
3、指示器部分指示器是用于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、频率计（波长表）等。
4、元件基本原理及作用信号源：本次实验采用YM1123标准信号发生器作为信号源，测量时工作在等幅模式，非测量时工作在其他模式，具体原理见本节第一部分。
数字频率计：由于信号源显示的频率不准，所以要用一个数字频率计来进行频率校准。
后面的频率值均为数字频率计的示数。
同轴波导转换：将同轴线和后面的矩形波导连接起来，将同轴线中的TEM波转变成要测量的微波信号。
实验一、微波测试系统的认识与调试
实验一、微波测试系统的认识与调试一、实验目的：１．了解微波测试系统的组成及各部分的作用。
２．正确认识与使用实验仪器。
３．了解微波振荡管――反射速调管振荡器特性。
４．了解微波信号源的工作方式及信号的检测方法。
５．掌握用交叉读数法测波导波长的过程。
二、实验原理：（１）微波测试系统的基本组成：等效信号源部分：测量电路部分：指示检测部分：功率监视单元频指示器率指示器选频放大器监检波视单检波元频率计可变衰减器~→信号源隔离器定向耦合器定向耦合器测量线晶体检波器等效源测量电路（２）反射速调管的振荡特性：三种工作方式：等幅（连续波）方式，方波调制方式，锯齿波调制方式。
三种方式的工作情况及适用环境，信号的检测手段，信器、仪表及号特征。
（３）交叉读数法测量波导波长：①检查系统连接的平稳，工作方式选择为方波调制，使信号源工作于最佳状态。
②用直读式频率计测量信号频率，并配合信号源上的频率调谐旋钮调整信号源的工作频率，使信号源的工作频率为９３７０ MHZ 。
③测量线终端换接短路板，使系统处于短路状态。
将测量线探针移至测量线的一端。
④按交叉读数法测量波导波长：I交叉读数法测量波导波长I0d11d12d21d22 dd01=(d11+d12)/2d02=(d21+d22)/2则得：λ g=2*|d02-d01|三、强调及注意事项：（１）频率计的使用：频率计是用来测量频率的仪器，而不是用来调整频率的微波元器件。
（２）注意反射速调管信号源及耿氏管信号源的区别，以及对反射速调管信号源中的锯齿波调制方式。
（３）波导波长的测量方法中要注意 I 值不要太大，尽量不要在测量线的两端进行测量，读数要细心。
四、数据处理及报告总结：（１）正确画出微波测试系统的基本框图；（２）简要正确地描述测试系统中各个元器件的性能及用途。
（３）计算用交叉读数法测得的波导波长：g212a其中，＝ C/f 0 ,a=22.86mm。
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。
北邮电磁场实验 微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
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。
5.按图一所示的框图连接微波实验系统。
6.微调单螺调配器，使腔偏离区配状态，检波电流计上有一定示数；
7.调节波长计使检波电流计再次出现最小值的时刻，读出此处波长计的刻度值；
8.按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得到相应的信号源频率值；
9.改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，0.1G测一次，记录在数据表格中。
5.按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，刻度值存在误差导致对应的频率也有误差
4
这次实验要比前两次难，主要在于又学习了不少新仪器的使用方法及了解它们的工作原理，也须回顾以前学过的微波技术基础的知识，而且实验仪器不是很完整，仪器误差较大。而且需要极大的耐心，转动手柄时必须要非常缓慢。发现同学们的学习热情都很高，大家遇到问题不仅组内积极讨论组与组之间也积极讨论，表示自己的疑惑或者提出自己的建议、解决问题的办法，我想这才是实验最有益的地方，让我们主动去积极思考，主动去互相讨论。
9.0
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实验一微波测量系统的调试与功率测量
一、实验目的
（1）了解微波测量系统的组成及各部件的作用，正确使用实验仪器；
（2）了解各种常用微波元器件；
（3）掌握微波功率的测量方法。
二、实验原理及内容
1.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/微波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、频率计、衰减器（隔离器）、测量线、检波器、选频放大器及小功率计、矩形波导、终端负载等组成。
图1-1微波测量系统
YS1124 信号源：单频9.37GHz，输出功率≥50mW，有连续波信号和1kHz 方波调制信号两种工作方式。
该信号源输出端口为FD-100 标准波导法兰。
PX16 频率计：是利用微波圆柱谐振腔体制作而成的一种谐振吸收式波长表。
当吸收式波长表与信号源产生的微波信号频率共振时，将从电路中吸收最大的能量，系统中选频放大器的指示达最小，此时在频率计上圆柱谐振腔的固有频率与系统的工作频率相同，从频率计上直接读出频率f0值即为信号源的工作频率。
该频率计测量频率范围为8.2~12.4GHz、测量精度可达≤0.3% 。
SHK-4 可变衰减器：用作信号源输出功率的控制、调节。
TC26 测量线：该波导型测量线，是利用波导宽边正中间壁电流分布的特点沿纵向开槽外加探针通过开槽插入波导中提取能量，从而进行各种测量。
在测量线上有确定探针位置的刻度尺。
进行测量时，旋动旋钮，移动探针座，探针从波导中提取的能量通过微波检波器进行检波，从而可用选频放大器进行检测与指示。
通常测量线探针深度及调谐装置均已调好，不宜轻易变动！
晶体检波器：为了提高对微弱信号检测的灵敏度，需对微波等幅信号或方波调制信号进行检波。
未经调制的微波信号经检波后变成直流电流，此时可用直流仪表(如微安表、检流计等)直接指示；经方波调制的微波信号经检波后变成检波电流，在检波电流中，除了直流分量还有方波分量，此时可用选频放大器进行检测与指示。
选频放大器：选频放大器是用来放大和测量微弱低频交流信号的低噪声精密测量仪器，一般接收来自检波器检波后的1kHz 方波信号。
可对电流(或电压)进行直读测量，一般取表针最上面读数，单位为μA。
另外还具有分贝读数，如1-4(或 3.2-10)驻波刻度线，可以方便地直读小反射器件的驻波比(此时需配合衰减器使用)。
通常将输入量程衰减器置于50dB(或60dB)档，用以确保检波器工作于平方律检波(n=2)。
该仪器的频率微调旋钮是用于调节仪器内选放电路的谐振频率，以使其与信号源调制频率相同，此时可获得输出最大并利用显示。
功率计：用来测量连续波或调制微波信号的平均功率。
短路板：在微波测量系统中用于实现终端短路的微波标准器件。
匹配负载：在微波测量系统中用于实现与系统匹配的微波终端标准器件。
2.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) E-T 接头(2) H-T 接头(3)双T 接头
(4)波导弯曲(5)波导开关(6)可变短路器
(7)吸收式衰减器(8)向耦合器(9)隔离器
三、实验内容和步骤
按图1-1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录，可记入表1-1。
四、实验结果及数据处理
表1-1 衰减器指示与功率指示测量值
图1-1 衰减器指示与功率指示关系曲线
Matlab程序：
x = [0 3 4 5 6 7 8 9 10];
y = [4.53 3.81 2.55 1.44 0.665 0.264 0.0832 0.0335 0.0213];
curv_plotting( x,y )
title('衰减器指示与功率指示关系曲线');
fontt=10;
xlabel('探针位置（mm）','FontName','Times New Roman');
ylabel('电表指示值（mW）','FontName','Times New Roman');
其中curv_plotting为平滑曲线程序，具体代码如下：
function curv_plotting( x,y )
xi = min(x):0.3:max(x);
yi=interp1(x,y,xi,'pchip');
plot(x,y,'o',xi,yi);
grid on;
End
五、思考及体会：
（1）微波小功率计探头的工作原理简述。
微波小功率计功率探头的主体是一个铋、锑热电堆，这是将金属铋和锑用真空喷镀法镀在介质片上（介质基片可用云母、涤纶、聚烯亚胺等材料）形成热电堆后，放在波导或同轴电场最强处，它即是终端吸收负载，又是热电转换元件。
所以作为终端负载，它的阻值必须与传输线的等效阻抗相匹配。
当微波功率输出时，热电耦吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高，这就与冷节点产生温差而形成温差电动势，它产生的直流电动势与输入微波功率是成正比的。
热电堆输出的直流讯号是很薄弱的，指示器经直流放大后再作功率指示。
（2）微波频率计的工作原理。
微波频率计是由传输波导与圆柱形谐振腔和直读显示机构构成。
它利用长方形孔磁耦合来激励，谐振腔的活塞为抗流形式。
此频率计是吸收直读式频率计。
当被测信号在特定时间
段T内的周期个数为N时，被测信号的频率f=N/T。
当频率计的腔体谐振频率与被测频率一致时，由指示器可明显看出传输功率有一个明显的跌落。
小结：
通过本次实验，我初步认识了微波测量系统的组成及各部件的作用以及正确使用实验仪器的方法，了解了衰减器指示与功率指示的关系，并且复习了一下matlab软件及代码语句的编写，收获颇丰。