北邮电磁波实验一

电磁波与微波测量实验

实验一——微波测量系统的使用

班级：2009211207

姓名：乔伟（报告）马戈姜然

序号：10 11 12

一、实验目的

(1)学习微波的基本知识；

(2)了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；

(3)学习用微波作为观测手段来研究物理现象。

二、实验仪器

它主要由微波信号源、波导同轴转换器、E-H面阻抗双路调配器、测量线和选频放大器主要部分组成。下面分别叙述各部分的功能和工作原理，其它一些微波元器件我们将在以后的实验中一一介绍。

1．微波信号源

1.1基本功能

1.1.1提供频率在8.6～9.6GHz范围连续可调的微波信号。

1.1.2该信号源可提供“等幅”的微波信号，也可工作在“脉冲”调制状态。本系统实验中指示器为选频放大器时，信号源工作在1KHz “”方波调制输出方式。

1.2.1熟悉选频放大器的使用

1.2.2熟悉谐振腔波长计的使用方法

本实验采用了吸收式波长计测量信号频率，为了确定谐振频率，用波长计测出微波信号源的频率。具体方法是：旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。反映在检波指示器上的指示是一跌落点，此时，读出波长表测微头的读书，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。

2．波导同轴转换器

2.1基本功能

提供从同轴输入到波导输出的转换。

2.2工作原理

波导同轴转换器是将信号由同轴转换成波导传输。耦合元件是一插入波导内的探针，等效于一电偶极子。由于它的辐射在波导中建立起微波能量。探针是由波导宽边中线伸入，激励是对称的。选择探针与短路面的位置，使短路面的反射与探针的反射相互抵消，达到较佳的匹配。

3．微波测量线 3.1基本功能

微波测量线是用来测量微波传输线中合成电场（沿轴线）分布状态（含最大值、最小值和其相对应的位置）的设备。利用微波测量线（系统）可以测得微波传输中合成波波腹（节）点的位置和对应的场幅、波导波长（相波长）和驻波比等参数。微波测量线有同轴测量线和波导测量线。本实验采用波导测量线。

4.2结构和工作原理

当测量线接入测试系统时，在它的波导中就建立起驻波电磁场。众所周知，驻波电场在波导宽边正中央最大，沿轴向成周期函数分布。在矩形波导的宽边中央于它轴的方向开一条狭槽，并且伸入一根金属探针2，则探针与传输波导1电力线平行耦合的结果，必然得到感应电压，它的大小正比于该处的场强，交流电流在同轴腔3组成的探针电路内，由微波二极管4检波后把信号加到外接指示器，回到同轴腔外导体成一闭合回路。因此指示器的读数可以间接表示场强的大小。

图二 波导测量线工作原理示意图

当探针沿槽移动时，指示器就会出现电场强度E max 和E min 。从而求得： min

max E E S ＝

由标尺指出探针位置可以测出极小点至不连续面的距离dmin ，从而可以测量阻抗。调谐活塞5在检波头中使晶体处于驻波的腹点以得到最大指示。检波滑座6用来支持检波头，并可沿轴向移动。在移动时保证探针与波导的相对位置不变。

4．选频放大器

1、传输波导

2、探针

3、同轴腔

4、微波二极管

5、调谐活塞

6、检波滑座

本实验采用选频放大器（一种检测微弱信号的精密测量放大器）对微波二极管的检波电流进行（线性）放大。

4.1基本功能

本选频放大器由四级低噪声运算放大器组成的高增益音频放大和选频网络组成。可使放大电路在“窄带内”对微弱音频信号进行放大，以减小噪声和微波信号源中寄生调频的影响，保证测量的精度。

4.2结构和工作原理

在信号源内用1KHz的方波对微波信号（如10GHz）进行调幅后输出。此调幅波在测量线内仍保持其微波特征。测量线输出端所接负载的特性决定其分布状态。由小探针检测经微波二极管检波所得的1KHz方波包络表征其微波性能指标。选频放大器则对此1KHz方波进行有效放大。

YM3892选频放大器是一个增益60dB，可调带宽40Hz，中心频率1KHz的放大器，满足不同输入幅度的可调。表头指示弧线2条，第一条上标值为线性指示，下为相应的对数（dB）指示。第二条为驻波比指示，上为驻波比1～3，下为3.2～10。当驻波比读数大于 3.2时，分贝开关可顺时针方向旋转一档，在驻波比刻度

3.2~10上读出驻波比。

三、实验原理

测量微波传输系统中电磁场分布情况，测量驻波比、阻抗、调匹配等，是微波测量的重要工作，该实验系统主要的工作原理如图1所示：

图1 实验原理框图

四、实验内容和实验步骤

1.微波测量系统的使用

(1)观察测量系统的微波仪器连接装置，衰减器，波长计，波导测量线的结

构形式；

(2)熟悉信号源的使用

将信号源的工作方式选择为：等幅位置，将衰减至于较大位置，输出端

接相应指示器，观察输出；

将信号源的工作方式选择为：方波位置，将衰减至于较大位置，输出端

接相应指示器，观察输出；

(3)熟悉选频放大器的使用；

(4)熟悉谐振腔波长计的使用方法

微波的频率测量是微波测量的基本内容之一。其测量方法有两种：①谐

振腔法；②频率比较法。本实验采用谐振腔法。由于波长和频率直接满

足关系，所以频率和波长的测量是等效的。吸收式波长计的谐振腔，其

只有一个输入端和能量传输线路相连，调谐过程可以从能量传输线路接

收端指示器读数的降低可以判断出来。

本实验采用了吸收式波长计测量信号源频率，为了确定谐振频率，用波

长表测出微波信号源的频率。具体做法是：旋转波长表的测微头，当波

长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。反映在检波指示器上的指示是

一跌落点，此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲

线上查出对应的频率。

(5)按图1所示的框图连接微波实验系统。

2.信号源波长的测量

(1)微调单螺调配器，使腔偏离匹配状态，检波电流计上一定有示数；

(2)调节波长计是检波电流计再次出现最小值的时刻，读出此处波长计的刻

度值；

(3)按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得到相

应的信号源频率值；

(4)改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，0.1G测一次，记录在数据表格