北邮电磁场与电磁波测量实验报告6-驻波比-阻抗

北邮电磁场与电磁波测量实验报告6-驻波比-阻抗

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北京邮电大学

电磁场与电磁波测量实验

实验报告

实验内容：微波驻波比的测量

阻抗测量及匹配技术

学院：电子工程学院

班级：2010211203班

组员：崔宇鹏张俊鹏章翀

2013年5月17日

实验三 微波驻波比的测量

一、实验目的

1.了解波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用。

2.掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。

3.掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。

二、实验原理

驻波测量是微波测量中，最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量可以测出阻抗波长相位和Q 值等其他参量。在传输线中，若存在驻波，将使能量不能有效的传给负载，因而会增加损耗，在大功率情况下，由于驻波存在可能发生击穿现象，；此外驻波促奈还会影响微波信号发生器输出功率和频率的稳定度，因此驻波测量非常重要，在测量时通常测量电压驻波系数，即波导中，电场最大值与最小值之比，即 min

max

E E =

ρ （2.1）

测量驻波系数的方法与仪器种类很多，本实验着重熟悉用驻波测量线测驻波系数的几种方法。

1.直接法

直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强如图1所示，从而求得驻波系数的方法叫做直接法。

若驻波腹点和节点处电表读数分别为min max ,I I 则电压驻波系数ρ:

min

max

min max

I I E E ==

ρ

（2.2）

当电压驻波系数1.05<ρ<1.5时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据，然后取平均值。

n

n I I I I I I min 2min 1min max 2max 1max ......++++++=

ρ （2.3）

w

Im

2I kI 图2 节点场强分布

Emi

Ema

E l

图1 沿线驻波场分布图

当驻波系数1.5<ρ<3之间时，可直接读出min max ,I I 即可。

2.等指示度法

当被测器件的驻波系数大于5时，驻波腹点和节点的电平相差很大，按直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，因此采用等指示度法，也就是通过测量驻波图形中波节点附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系数。节点附近场的分布如图2所示。

)

sin()(

cos 22g

g

n W W

k λπλπρ-=

（2.4）

式中k=测量点读数k min I /最小点读数min I ，n 为晶体检波律，一般n=2， W=`k k l l -，g λ为测量线上的波长即波导波长。

当k=2时 )

(sin 1

12g

W λπρ+

= （2.5）

称为二倍最小值法。

当ρ 较大时（ρ≥10），由于W 很小，sin g

W

λπ 较小，， 故公式进一步简化为 W

g πλρ

≈

，必须指出，W 与g λ 的测量精度对测量结果影响很

大，以此必须用高精度的探针位置指示装置（如千分测微计）进行读数。

三、实验步骤

1.直接法测量驻波系数

（1）按上图所示的框图连接成微波实验系统。 （2）调整微波信号源，使其工作在方波调制状态。 （3）左右移动波导测量线探针使选频放大器有指示值。

（4）用选频放大器测测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的Umax 和Umin 。 （5）计算ρ。

2.等指示度法测量驻波系数

（1）按上图连接好测量系统，开启微波信号源，选择好频率，工作方式选择方波。

（2）将测量线探针插入适当深度，用选频放大器测量微波的大小。选择较小的微波输出功率并进行驻波测量线的调谐。

（3）在测量线系统中，选用合适的方法测量给定器件的电压驻波系数。

（4）用频率计测量微波频率，并计算微波波导波长。

（5）将测量线终端接短路片，用两点法测量三个相邻波节点位置，计算g λ，通过此曲线求出实测波导波长并与理论值进行比较。（本实验中g λ的大小和实验二相等）

（6）将测量线终端换接调配器和晶体检波器，并将探针置于驻波节点位置，提高测试系统灵敏度，读驻波最小点值Umin 。

（7）移动探针到驻波节点两边，直到指示器读数为2Imin ，读两个等指示度的探针位置l1和l2，W=|l1-l2|，根据)

(sin 1

12g

W

λπρ+

=算出驻

波系数。

（8）测量不同负载的驻波比，整理数据，计算实验内容中要求的被测件的电压驻波系数。

四、实验结果

1.直接法测量驻波系数

实验数据如表1所示。

第一次 第二次 第三次 Umax （μV ） 47 52 59 Umin （μV ）

37

44

49

表1 直接法数据记录

因此可以求得 ρ=√

47+52+5937+44+49

1.7

=1.12

2、等指示度法测量驻波系数

实验数据如表2所示。其中微波频率 g λ=51.45mm 由实验二计算得出

Umin （μV ）

L1（mm ） L2（mm ） W （mm ） 21

122.3

114.9

7.4

表2 等指示度法数据记录

因此可以求得： ρ=

√1+1sin 2（πW

g λ）=1.7

√1+1

sin 2（7.4π51.45

）=1.7 2.94 五、思考题

1.开口波导的ρ≠∞，为什么？如果想获得真正意义的开路，应采用什么办法？

答：开口波导的驻波系数是由外界的电磁场分布影响，并不是理想的开路。考口旁边的物体也会对驻波系数产生影响。