南昌大学微波技术与天线实验报告

南昌⼤学微波技术与天线实验报告

实验报告

实验课程：________________ 微波技术与天线____________________ 学⽣姓名:

_______________________________________

学号：___________________

专业班级：_____________________________

2011年6⽉3⽇

实验⼀微波测量系统的认识及功率测量

实验⼆微波波导波长、频率的测量、分析和计算

实验三微波驻波⽐、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算实验四微波⽹络参数的测量、分析和计算

实验微波测量系统的认识及功率测量

⼀、实验⽬的：

(1) 熟悉基本微波测量仪器；

(2) 了解各种常⽤微波元器件；

(3) 学会功率的测量。

⼆、实验内容：

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，如加上⽩动⽹络

分析仪，则可实现微波参数的⽩动测量与分析；时域测量是利⽤超⾼速脉冲发⽣器、采样⽰波器、时域⽩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、调配器/衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放⼤器及⼩功率计等组成。

耕量炫T

图1-1微波测量系统

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）检波器（2） E-T接头（3） H-T接头（4）双T接头

（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器

（8）

匹配负载

（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器

3、功率测量

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。

三、实验数据及处理

2、衰减器指⽰与功率指⽰的关系曲线

四、思考题

简述微波⼩功率计探头的⼯作原理。

微波⼩功率计功率探头的主体是⼀个锭、锦热电堆，这是将⾦届锭和锦⽤真空喷镀法镀在介质⽚上(介质基⽚可⽤云母、涤纶、聚烯业胺等材料)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，乂是热电转换元

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。

实验⼆微波波导波长、频率的测量、分析和计算

⼀、实验⽬的

(1)学会微波测量线的使⽤；

（2）学会测量微波波导波长和信号源频率；

（3）分析和计算波导波长及微波频率。

⼆、实验原理

进⾏微波测量，⾸先必须正确连接与调整微波测量系统。图1-1⽰出了实验室常⽤的微波测试系统。系统调整主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准。信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制⽅式等。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。

1. 测量线的调整

测量线是微波系统的⼀种常⽤测量仪器，它在微波测量中⽤途⼻⾉⼴，可测驻波、阻抗、相位、波长等。

测量线通常由⼀段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指⽰）、传动装置三部分组成。由于耦合探针伸⼊传输线⽽引⼊不均匀性，其作⽤相当于在线上并联⼀个导纳，从⽽影响系统的⼯作状态。为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线。实验中测量线的调整⼀般包括的探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。

2. 晶体检波器的⼯作原理

在微波测量系统中，送⾄指⽰器的微波能量通常是经过晶体⼆极管检波后的直流或低频电流，指⽰器的读数是检波电流的有效值。在测量线中，晶体检波电流与⾼频电压之间关系是⾮线性的，因此要准

确测出驻波（⾏波）系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。

晶体⼆极管的电流I与检波电压U的⼀般关系为

I=CU n

式中，C为常数，n为检波律，U为检波电压。

检波电压U与探针的耦合电场成正⽐。晶体管的检波律n随检波电压U改变。在弱信号⼯作（检波电流不⼤于10 v A）情况下，近似为平⽅律检波，即n=2;在⼤信号范围，n近似等于1,即直线律。

测量晶体检波器校准曲线最简便的⽅法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：

U

max

式中，d 为离波节点的距离，输线上波长。

因此，传输线上晶体检波电流的表达式为

n

I Csin 斐

g

根据上式就可以⽤实验的⽅法得到图所⽰的晶体检波器的校准曲线。

3.波导波长的测量原理

测量线的基本测量原理是基于⽆耗均匀传输线理论，当负载与测

量线匹配时测量线内是

⾏波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。因此通过测量线上的驻波⽐，然后换算出反射系数模值，再利⽤驻波最⼩点位置zmin 便可得到反射系数的幅⾓以及微波信号特性、⽹络特性等。根据这⼀原理，在测得⼀组驻波最⼩点位置z1, z2, z3, z4… 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的

1/2,这样便可通过

下式算出波导波长。

1 ⽡ z min 0

z 3 z min 0

N min 0 g

■

⼋

z i

z min 0

g

2

4

3

2

由教材内容（见习题2-5）,⼯作波长与波导波长有如下关系:

g c 2

2

■: g c

式中，⼊c 为截⽌波长。⼀般波导⼯作在主模状态，其⼊c =2a 。本实验中波导型号为BJ-100,其宽边为a =22.86 mm ,代⼊上式计算出⼯作波长。

于是信号源⼯作频率由下式求得：

f 3 10