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。

隔离器：隔离器是单向通过的，可以屏蔽反射波，保护信号源。

可变衰减器：用一个薄片插入波导，可以吸收微波的能量，衰减微波的功率，通过调节薄片插入深度来调整吸收能量的大小，在实验开始时将其调至最大值，保护后面的元件。实验过程中用来将微波功率衰减到适合测量的值（大约10-20mV）。

波长表：用来测量微波信号频率，本次实验用的波长表是吸收式波长表，当波长表的谐振腔与信号源谐振时，主波导中一部分能量被耦合到波长表谐振腔内，因此电表指示明显下降。电表指示最小时，波长表所对应的频率为信号源工作频率。

波导型晶体检波器：将波导中的微波信号转变成电流信号或电压信号，方便测量，本次实验中将信号转变成电压信号，再用万用表进行测量。

万用表：测量波导型晶体检波器输出的电压信号，从而得到微波功率。

5、整个系统工作原理

用数字频率计的示数来代替信号源的示数作为信号源的输出频率，经过同轴波导转换进入测量系统，再用隔离器来保护信号源，防止反射波损坏信号源。用可变衰减器来调整测量的信号幅度，信号用波导型晶体检波器转换成电压信号，用万用表测量。再用波长表进行测量，与数字频率计的示数进行比较，从而对波长表进行校准。波长表为吸收式，原理如上所述，当电表示数最小时，即为波长表的测量结果。

6、波长表测量频率的方法

波长表中央有一条红色竖线和两条水平横线，两条水平横线之间即为读数区间，下横线与红色竖线的交点即为波长表的示数。实验过程中，缓慢转动波长表，观察万用表的示数，寻找万用表示数的最小值，万用表示数最小值对应的波长表的示数即为测量结果。

三、实验内容及步骤

1、了解微波信号源工作原理，掌握它的使用方法。

2.、认识常用微波元件的形状和结构，了解其作用、主要性能及使用方法。

3、按照图3 所示连接系统，用数字频率计对波长表（或称频率计）读数进行校准：

（1）将可变衰减器调至最大衰减量，以防止晶体检波器损坏；

（2）按照信号源的操作步骤接通电源；

（3）预热15 以上分钟；

（4）掌握直读频率计（波长表）的使用方法。本实验使用的直读频率计为吸收式，接线图如图4所示。

图4 吸收式频率计接线图

（5）将可变衰减器置于“2dB”，调整信号源在“等幅”工作方式，调整信号源输出功率，同时观察微安表读数。

（6）改变信号源的频率，记录各仪器仪表读数，将结果记录于表1（参考表格）中。四、数据记录及处理

本次实验将信号源的输出频率从9.20GHz开始测量，一直测到9.40GHz，每隔0.02GHz 测一个点，共测量11个点。测量结果见表1所示：

表1：数字频率计与波长计的测量结果

用上述测量结果做出的波长表频率读数修正曲线如图5所示：

图5 波长表频率读数修正曲线

由图5可以看出，读数修正随频率的变化不大，由于波长表的读数最小刻度为0.001GHz，而这里的修正值基本都在0.001GHz和0.002GHz附近，基本可以认为读数修正不随频率发生变化。或者说，这种变化在波长表的刻度内可以忽略不计。

五、思考题

（1）信号发生器输出信号等幅波、内脉冲调制、内方波调制的定义是什么？并且定性画

出这些信号在经过检波器检波后的输出波形。

答：等幅波：等幅模式下输出的波为等幅波，是功率恒定的波。

内脉冲调制：输出一个脉冲，该脉冲宽度、幅度可调，宽度范围为1-30微秒。

内方波调制：输出占空比为1:1的方波，幅度可调。

经过检波器后的输出波形如下：

等幅波内脉冲调制内方波调制