微波技术实验指导书2019版25页

微波技术实验指导书

内蒙古工业大学信息工程学院电子系

2012年8月

目录

实验一、传输线调试及参数测试........................... - 1 -实验二、衰减的测量........................ 错误!未定义书签。实验三、阻抗匹配网络的设计............................ - 11 -

实验要求

一、预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。

1.认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并

进行必要的计算。

2.复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。

3.熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写

好预习报告。

二、实验要求：

1.使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用

时应严格遵守。

2.实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件

冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指

导教师。找出原因、排除故障后，经指导教师同意再继续实

验。

3.在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄

露。

4.实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果(数据、

波形、现象)。所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再

拆除实验线路。

5.实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规

定整理。

6.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。

实验一、传输线调试与参数测试

一、实验目的

1．学会使用基本微波器件。

2．了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。

3．学习利用吸收式测量频率和波长的方法；

4．掌握用测量线来测量波长和频率的方法；

5．学会测量线的定标；

6．掌握常用的大、中、小电压驻波比的测量方法，以及如何精确测量。

二、实验原理

1．微波的传输特性

为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管

波型。

为微波传输线，并用TE

10

波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。

2．微波频率的测量

用吸收式频率计PX16(直读式)，测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误

差≤±0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ左右，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。

3．微波功率的测量

用GX2C小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平均功率。GX2C属于热电偶型，热电偶膜片既是传输线终端负载电阻，又见电磁场能→热能→直流电动势的转换器件。

4．波导波长λg的测量

λ

g

在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍，

常采用测定驻波极小点的位置来求出λ

g

。

（1）用平均值法。找出两个相邻最小点的位置 D

1和D

2

，移动探针

在驻波最小点D

1

左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的

位置d

1和d

2

，同样找出D

2

点左

右的 d

3和d

4

，则

D 1、D

2

的位置在测量线上通过

标尺读

出。

（2）用可变短路器。首先找出第一点最大点D 1时，将选频放大器增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时可变短路器上的刻度位置X 1，然后改变可变短路器，找出另一个相邻最小点D 2，再记下可变短路器上刻度位置X 2，则12

12X X g -=λ，通过测出λg ,可计算出频率和自

由空间波长，有一一对应的关系。

5.驻波比的测量

驻波比的测量是微波测量中最基本、最重要的内容之一。 电压驻波比（简称驻波比）定义是：传输线中电场最大值与最小值

之比，即：min

max min

max ~~

E

E E E S ==

式中E ~

为电场的归一化值

（相对场强）。

（1）直接法

直接法测量传输线驻波的波幅点与波节点场强，由定义求得驻波比的方法称为直接法。该方法适用于测量中、小驻波比（即S<6）。

如果测得驻波波幅点与波节点的指示器读数分别为m ax I 与m in I ，根据晶体定标曲线可读得相应的max

~

E

与min

~

E

，则驻波比S 为：

min

max ~~

E

E

S =

（1-1）

在实验中所使用的功率电平范围内，一般可近似地认为是平方律检波，即：

式中C 为比例系数，则：

则 min

max

min

max ~~

I I E

E

S =

= （1-2）

（2）等指示度法

等指示度法是在驻波波节点附近测量数据，再根据驻波分布规律求其驻波比。

由长线理论可知，合成波波节点处相对场强可表示为： 则 )1(min max Γ-==C E C I

从波节点向两侧移动探针，使指示器读数均为波节点指示器读数的K 倍，等指示度（KI min ）的宽度为W 。KI min 对应处的相对场强E ~

为：

由于1cos 22cos 2-=θθ 1

1

+-=

ΓS S 则 )

sin()(cos 22g

g

w w K S λπλπ-=

（1-3）

若K=2，且n=2（平方律检波），则：

)

(sin 1

12

g

w S λπ+

=

（1-4）

当S>10时，)sin(

g

W

λπ 很小，上式可简化为： W

S g

πλ= （K=2，n=2）

（3）功率衰减法

功率衰减法测量驻波比是一种简便而准确的方法，它的测量精确度主要决定于标准可变衰减器的校准误差和测量线路的失配误差，而与晶体检波律无关，它可测量任意驻波比。

功率衰减法是利用标准可变衰减器改变入射波振幅（或功率），使检波指示不变来测量驻波波幅点与波节点的电平差，由电平值（分贝值）来计算驻波比。

设信号源送入可变衰减器的入射波为0E ，通过波为1E ，由被测元件产生的反射波为1E Γ，第一次在测量线内合成波波节点处有：

改变可变衰减器，使指示器得到一个明确而便利的读数，衰减器的衰减量为A min ，可见：

再把探针移到波幅点，同时加大衰减器的衰减量，使该点处的合成波2max E 与1min E 相等，即1min 2max E E =，也即保持两次指示器读数不变，

此时衰减量为A max ，同理：

则：])1(lg[

202

max 0max E E A Γ+=

因此 20

min

max 10

A A S -=

（1-5）

三、 实验装置

YM1123标准信号发生器，GX2B 小功率计，YM3892选频放大器，TC2b 波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD-20A 三厘米波导系统，探头若干。

四、 实验内容与步骤

1．熟悉有关仪器的基本原理和使用方法，连接好仪器。连接线路如图

5．当频率计不处于谐振状态时，将选频放大器接到TC2b 测量线上，

测量端口接上可变短路器，缓慢移动测量探针，测出相邻两个极值点附近的两点坐标，测两组数据；再用平均值方法，计算波导波长

)()(2143d d d d g +-+=λ，测三组数据。

6．标准信号源仍开机不动。将功率计开机调整，并将校准因子调节好

（例信号源为10.0GHZ 时，标准因子调95%），再接上32T GX -探头。然后把GX 2-T 3功率探头与信号源和功率计连接，慢慢增大信号源的输出功率，当输出最大时记录所测功率。测量完毕，一定要先拆下功率探头，再关功率计和信号源。

7．驻波比测量。被测负载为功率计（GX2B 小功率计）

1) 按图1-2或图1-3连接实验线路，开启信号源，调整测量线。 ?

直接法、等指示度法

? 将被测负载接于测量线终端，移动探针至波节点处，测得I min 。

? 在波节点两侧I=2I min 处测得标尺刻度d 1和d 2，重复三次。 4) 功率衰减法测驻波比

? 将被测负载接于测量线终端。

? 将探针移至波节点，同时改变衰减器，使指示器得到一个明

确而便利的读数I 1（应该大于1/2满刻度），并读得衰减器刻度A 1。

? 将探针移到波幅点，改变可变衰减器，使指示器读数仍保持

为I 1，并读得衰减器的读数A 2。

8．数据处理与表格

1) 根据I max 和I min ，由晶体定标曲线查得相应的max

~E

与min

~

E ，由

计算S ，并与由 计算得到的S 进行比较。

2) 由三次测得的d 1、d 2，计算W 的平均值，并将W 的平均值与g 代

入（1-4）式计算S。

3)根据测得的A2与A1，由衰减量A max(dB)与A min(dB)，并代入（1-5）

式计算S。

五、微波实验注意事项：

1．旋动频率计要缓慢，否则塑料红指针易卡断。在起始端和终了端要切忌不能使劲转动。

2．移动测量线探针的同时，要适当调整选频放大器的放大倍数，避免在输出最大位置时选放指针打表。

3．合适调节信号源的输出功率。（衰减约37dB）。

4．每次改变信号源频率时，都须重新调整E—H面阻抗调配器、晶体检波器、测量线，使之处于谐振输出最大状态。

5．测量功率时须保证被测系统中各连接头接触可靠，并保证信号源和功率计外壳等电位。测试过程中切不可大范围调节被测功率源的频率。每次换档时，要重新调零（功率计）。在装拆连接同轴探头时一定要小心，要先将信号源和功率计开机并调试好，再接上功率探头；测好后先功率探头拆下再关机。切不可在接上功率探头的情况下，开、关被测功率源的开关（易烧毁膜片）。6．等指示度法中测W最好用指针式测微计，但作为学习测量原理与方法，也可以直接用测量线上的标尺。

7．功率测量法必须用已校准的精密衰减器测量，用一般可变衰减器测量不能保证精度，但可作为学习测量原理与方法使用。

六、思考与讨论

1．连接微波测试系统时，应注意哪些问题？

2．驻波测量线测定波导波长的方法。波导波长与自由空间波长的大小关系如何？

3．为什么有时晶体检波器在调速管和检波二极管都完好的情况下，会出现输出信号很小的现象，如何调节？

4．用直读式频率计测量频率后为什么要失谐？

5．平均值读数法测量波导波长时，等指示值的大小选择对测量结果有什么影响吗？

6．平均值读数法能减小哪些原因带来的误差？

7．分析测量驻波比实验中用三种方法测量所得结果，你认为引起误差的原因是什么？应如何减小测量误差？可能的话，在实验中试一下。

附驻波比测量参考数据表格

1.直接法数据

2.等指示度法数据