合肥工业大学 微波实验指导书

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。而对调制波信号，常用选频放大器做指示器。

(7)、负载：包括匹配负载、短路器及其它任何待测终端器件。

(8)、频率计：用于测量信号源频率。在简单的测量系统中也可以将其接在主通道中，接在副通道中的目的在于防止对主通道产生影响。

在进行微波参数测量之前，首先要对系统进行调整。主要包括：①根据要求调整信号源频率及输出功率；②调整可变衰减器使功率电平满足要求；③系统调配；④测量线探头调谐，该部分调节本实验系统可不进行。

主要调整步骤和原理介绍如下：

(1)、信号源的调整

试验过程中可能会接触到不同型号按“点频”方式工作的信号源，其机械调谐旋钮置于某一位置时，输出相应的单一频率信号。信号源的调整主要包括：①调整频率旋钮，选择需要的频率；②系统调配使振荡器处于最佳工作状态且输出功率最大；③调整输出衰减器，使信号源输出功率满足测量要求。

在使用信号源之前，请仔细阅读说明书。

(2)、谐振式频率计的使用

在厘米波段，广泛使用谐振式频率计（也称为谐振式波长计）。测量微波频率，实际上是使用一只一端尺寸可调（一般用短路活塞）的单模谐振腔，将其以适当方式接入到测量电路中，调整短路活塞（即改变腔体长度），使之与信号源频率谐振，谐振时活塞位置刻度所对应的频率值，即为待测频率。

谐振式的频率计读数方式通常有两种：一种是频率计上仅有用螺旋测微器读出的活塞位置刻度，使用前先用外差式频率计或数字频率计校准，做出刻度一频率校正曲线（或校正表）；使用时根据读数从校正曲线或校正表上查出频率。另一种是直读式，即将校准的频率值直接标注在测微器的外侧圆筒上，使用时可直接读出频率。

根据谐振式频率计藕合元件的不同，采用不同的方式接入测量系统中，其调谐指示曲线也不相同。

第一种：通过式频率计的接法。这种接法的频率计腔体具有两个基本耦合元件。通过输入、输出耦合元件串接在测量系统中。当腔体与待测信号失谐时，通过输入棍耦合元件进入腔体的信号很微弱，因而耦合输出也很弱，检波器指示会很小。严重失谐时，检波电流接近于零，无检波指示。当调谐腔体尺寸使之与待测信号谐振时，进入腔体的信号最强，耦合输出也最大。测量时，只要连续调节调谐机构，同时观察检波指示。当检波指示最大时，频率计所对应的频率就是待测频率。

第二种：吸收式频率计接法。该种频率计腔体只有一个耦合元件。腔体通过耦合机构与待测信号的传输系统相耦合，形成主通道的一个分支。腔体失谐时，基本上不吸收微波功率，从而不影响信号的正常传输，检波指示正常，当调谐腔体使之与待测信号谐振时，

腔体吸收功率很大，从而使检波指示明显下降。因此，在测量时只要缓慢连续调节调谐机构，同时观察检波指示。当指示突然下降到最小时，频率计所对应的谐振频率就是待测信号频率。 （3）、测量线的调整与使用

测量线的构造主要包括开槽线段（波导、同轴线或者平板式）、探头装置（包括探针、检波座和调谐器）、探头移动机构和位置测量装置等。探针伸入开槽线段中并通过轴向槽缝可以左右移动，拾取开槽线段中的电场能量，感应出与场强幅度成正比的电动势加到检波晶体上。检波输出由指示器指示。因此，指示器的指示大小可反映出开槽线段内探针所在位置的相对电场强度，再由测量线的位置刻度指示可确定一系列参数。

探针伸入波导，相当于在波导中引入不均匀性，从而影响了系统的正常工作状态，称

为探针的加载作用。为了分析方便，通常把探针等效成与传输线并联的导纳p p p

y g jb =+ 。其中p g 为探针归一化电导，反映探针吸收功率的大小；p

b 为探针归一化电纳，表示探针引起附加反射的影响。在信号源和传输系统匹配的情况下，当终端接任意阻抗时，由于p g 的分流作用，将使测得的驻波幅度比真实值要小。因为驻波波腹附近为高阻抗区，p g

的影响较大。p b 的存在将使驻波波腹点和波谷位置（主要是腹点位置）发生偏移。一般情况下探针电纳p b 为容性，将使驻波波腹点向负载方向移动。反之，当p

b 为感性时，将驻波波腹点向信号源方向偏移。但在终端短路或开路的情况下，由于此时驻波波节点处的输入导

纳in y →∞ 的，所以p y 影响很小，驻波波节点位置不会发生偏移。而在驻波波腹点，p

b 影响就将特别显著。

减小p g

影响方法是适当的减小插入深度。插入越深，p g 影响越大，但灵敏度越高；插入越浅，p g

影响越小，但灵敏度越低。二者存在矛盾，必须权衡得失，适当选取插入深度。基本原则是在保证灵敏度的情况下尽量减少插入深度。一般插入深度为波导窄边的

10％左右。对三公分波导系统，插入深度为l ——1.5毫米为宜。

注一：交叉读数法

如图l-2所示，首先将测量线探针置于驻波波腹位置，改变可变衰减器使之测量线检波输出放大器的读数接近或达到满量程，然后移动测量线探针，在最小点两侧且在最小点附近选取场强相等的两点，即等指示度点（测量线检波指示均为1α），记下测量线探针在两个等指示度点的位置1X 和2X ，则最小点的位置为