微波实验档 5

实验一 测量线的调整与晶体检波器校准

【一】实验目的

（1） 学会微波测量线的调整；

（2） 学会校准晶体检波器特性的方法； （3） 学会测量微波波导波长和信号源频率.

【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很广，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． 晶体检波器的校准曲线 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

（2-1)

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 μA ）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：

max

2sin (2-2)g U

d U πλ⎛⎫

=

⎪ ⎪⎝⎭

式中 ，d 为离波节点的距离，U max 为波腹点电压，λg 为传输线上波长. 因此,传输线上晶体检波电流的表达式为

2sin (2-3)n

g d I C πλ⎡⎤⎛⎫=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦

根据式(2-3）就可以用实验的方法得到图2-1 所示的晶体检波器的校准曲线。

图 2-1 校准曲线

3． 波导波长的测量

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z min 便可得到微波信号特性和网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z 1，z 2，z 3，z 4 … 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。

4min 03min 02min 01min 01 (2-4)2432g z z z z z z z z λ---⎡⎤

=

+++-⎢⎥⎣⎦

由教材P48 ，工作波长与波导波长有如下关系： 2

2g

c

λλλλλ

=

+

式中，λc 为截止波长. 一般波导工作在主模状态，其λc =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:

8

310 (2-6)f λ

⨯=

另外，信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。

【三】实验步骤

1． 测量线的调整

① 将信号源设置在内调制状态，选择工作频率在10 GHz ，将衰减器调整到合适位置。 ② 先使探针调整至合适深度，探针深度既不能太深，影响波导内场分布，也不能太浅,否则耦合输出太弱。通常取1.0至1。5 mm 。然后开槽测量线终端接匹配负载,移动探针至测量线中间部位，调节探头活塞使探针耦合匹配，直到输出指示最大。

③ 反复调整输出衰减器、探针位置、探针耦合匹配、选频放大器灵敏度使测量线工作在最佳状态。

2． 晶体检波器的校准曲线

① 终端接短路片，在波节点和波腹点之间（见图2—2)等距离取10点，从波节点

开始将探针逐次移动到d 1，d 2,… , d 10 ，并记录电表的相应读数 I 1，I 2，… ,I 10，列入表中.

图 2—2 波腹波节点示意

② 以U 为横轴，I 为纵轴，将其对应数据画在坐标纸上，并连成曲线。此曲线即

为晶体检波器的校准曲线。

3． 波导波长测量

① 按图1—1所示连接微波测量系统,将系统调整到最佳工作状态,终端接上短路片。从负载端开始旋转测量线上的探针位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面,记录此时的探针位置，记作z min0 ；

② 继续旋转探针位置，可得到一组指示最小点位置 z 1,z 2，z 3,z 4 ； ③ 则由式（2-4）计算出波导波长。

④ 用频率计测量信号源工作频率:通过定向耦合器将一部分微波能量分配至频率测量支路，吸收式频率计连在定向耦合器和检波器之间。当吸收式频率计失谐时，微波能量几乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最大。慢慢调节吸收式频率计，当调至频率计谐振状态时,一部分能量被频率计吸收，使选频放大器指示最小，此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率。可将测量结果与用波导波长换算的结果进行比较。

【四】数据记录及处理

通过测量可知在某一波腹点的位置是λ1=124.00mm ，在其下一个波腹点的位置是λ2=146。50m m ，那么其之差是λg /2 = 21.70mm ，

所以波导波长为 λg = 43.40mm ，

2

2

2

1

1

1

c

g

λλλ+

=

又有 c λ= 2a ⇒c λ=45.72mm 其工作波长为 ⇒ λ=31。83mm