实验二_驻波比的测量

实验二_驻波比的测量
实验四驻波比的测量
【实验目的】
掌握测量驻波比的原理和常用方法。

【实验内容】
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。

【实验框图与仪器】
选频
a.放大器
信号源隔离器频率计衰减器测量线被测件
图1 驻波比测量系统图 b.c.
网络分析仪信号源被测件频谱仪【实验原理】
测试微波传输系统内电磁场的驻波分布情况，包括场强的最大点、最小点的幅度及
被测件其位置，从而得到驻波比(或反射系数)和波导波长。

由于驻波比(或反射系数)能表征电磁场的分布规律，所以它们时微波设备和元器件的一项重要指标，因此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值等其它参量。

产生驻波的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。

因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。

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: Emax (1,14) ,,Emin
其中，和分别是微波传输系统电场的最大值和最小值。

一固定长度的探针感EEmaxmin
应的电动势正比于场强，因此对平方律检波，有
EI maxmax,,,(1,15)
EIminmin
式中，和分别是电场为最大和最小时指示器的读数。

对于直线律检波有IImaxmin
Imax (1,16) ,,Imin
如果不知道检波律，必须用晶体检波特性曲线求出场强和指示器读数的关系再求得。

测量驻波系数的方法与仪器种类很多，本实验中将学习用测量线测量驻波系数的几,
种方法。

驻波比的测量，应根据驻波比的大小采用不同的方法，以保证测量的精度。

1、直接法(小驻波比的测量 1.05<ρ<1.5)
3 直接法测量驻波系统框图如图示。

测量放大
器
被测器可变衰微波信隔离器
件减器号源
波导测量线
3 图直接法测量驻波系统框图
图,1,直接法测量驻波系数直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强如图4所示，从而求得驻波系数的方法称为直接法。

使用测量线测试驻波比，可直接由测量线探针分别处于波腹及波节位置时的电流表读出Imax和Imin，求出驻波比。

但是
为了提高检测灵敏度，最好还是将微波信号源加以1KC的方波信号进行调制。

此信号由选频放大器放大。

在其指示电表上就能读出有关的电流值、分贝值或直接读出驻波比值。

若驻波腹点和节点处电表读数分别为，则电压驻波系数ρ:IImaxmin
EImaxmax 12 (,),,,EIminmin
一般都是在小信号状态下进行测量，为此检波晶体二极管都是工作在平方律检波
2区域(检波电流I?E)，故应有:
Imax,,Imin
当电压驻波系数在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，可采用节点偏移法。

节点偏移法测量驻波比的测试系统如图5示。

测量方法:逐点改变短路活塞的位置(读数S)，在测量线上用交叉读数法跟踪测得
,1某一波节点的位置(读数为D)，作出S和(D+S)+KS的关系曲线，其
中,,K,,11,2是取下待测元件，固定短路活塞位置，移动测量线探针测得的测量线中的波长;是固,2定测量探针，移动短路活塞，用交叉读数法在短路活塞上测得的波长。

由所得实验曲线求得最大偏移量,，按下式求出驻波比
,,1sin()，,1, (1,18) ,,,1sin(),,1
当,很小时，可近似为
,2,, (1,19) ,1，,1
当测量线标尺从左到右读数时，应以(D-S),KS为纵坐标，以S为横坐标曲线，驻波比仍用式(1,18)或(1,19)计算。

注:节点偏移法是测量驻波比的重要方法，它适合于测量任意大小的驻波比。

指示器
微波隔离器测量线待测器件可移动活塞信号源
图5 节点偏移法测量驻波比的测试系统
)，可采用直接测量沿线驻波最大点和最小点场强的直接法来中等驻波比测量(,,6
测量。

为了提高精确度，可以测量多个最大点和最小点，然后按下式求得驻波比
I，I，...，Imax1max2maxn (1,20) ,,I，I，...，Imin1min2minn
或
或
其中和为指示器上对应的最大值和最小值(直线律检波)或其方根值(平方IImaxmin
律检波)。

E
w
Emax
Emin
''lllll2lk2k
图4沿线驻波场分布图图6 波节点附近场的分布
2、等指示度法(大驻波比 ) ,,5
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，如果在最小点检波晶体的输出能使仪表有足够的指示读数，则在最大点上检波晶体的特性从平方律转向直线律，因而无法在同一情况下测得最大点和最小点，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，如图6。

,,,W2/n2,,k,cos,,,g,, 1.2.4 (),,,,,W,,sin,,,g,,
测量点读数kImink,最小点读数Imin式中
n为晶体检波律，一般n=2
'W,l,lhh,2d
,g为测量线上的波长即波导波长
当k=2时，称为“二倍最小值”法，此时的驻波系数为:
1,,1，
1.2.5 (),,,W2,,sin,,,g,,
,,,WWW10W当ρ较大时(ρ?)，由于很小，较小，，故公式进一步简sinsin,,,,ggg
化为
,g (1-27) ,,,W
由此可见，只需测定波导波长和二倍于最小点场强平方的等指示点之间的距离,g
WW，即可求出驻波比。

必须指出:与的测量精度对测量结果影响很大，因此必须用,g
高精度的探针位置测量装置(如千分测微计)进行读数。

3、功率衰减法
当ρ>50时，用直接法和等指示度法测量驻波系数的误差都很大，且受检波二极管性能的影响，因而采用一种比较简便而准确的测量驻波系数的方法——功率衰减法。

它应用可变衰减器测量驻波腹点和节点两个位置上的电平差，使得测量精度主要决定于衰减
器精度和系统的匹配情况，而与晶体检波律无关。

方法是:改变测量电路中可变衰减器的衰减量，使探针位于驻波腹点和节点时指示电
A,Amaxmin
20,,10 (1.2.6) 表的读数相同，则驻波系数:
式中和分别是探针位于驻波腹点和节点时可变衰减器的衰减量，单位为AAmaxmin
dB 。

4、用网络分析仪测量电压驻波系数(略)。

IImaxmin总之，当驻波系数1.5<ρ<5时直接读出，即可。

当被测器件的驻波比较大时，直接法测量误差较大，可采用其它方法测量，如等指示度法、功率衰减法等。

如果被测器件的驻波比比较大，驻波腹点和节点电平相差悬殊，则在测量最大点和最小点电平时，使晶体二极管工作在不同的检波律，用直接法测量误差较大。

此时可用二倍最小值法。

【实验步骤】
1、按图1连接好测量系统。

2、开启电源，预热仪器，并按操作规程调整信号频率、功率及调制频率。

3、调整测量线，调谐测量线探针电路，使测量放大器指示最大。

(1)测量线的探针沿纵向移动由测量放大器读出对应E 的检波电流和ImaxmaxnnE对应的。

因为所以。

,,minIII,kEmaxmin,,,,,,Imin,, Imax,,( n由对晶体检波器校准得到)在检波功率电平很小条件下n=2， Imin
(2)测出测量线中驻波场的分布在整段测量线范围内，使用选频放大器作出驻波分布曲线，并绘制成图。

为保证驻波曲线精度，请自行选择“步长”。

同时还应注意测量线的空程。

(3) 驻波比的测量按下微波源“方波”按钮。

(a)在系统终端分别接短路板和匹配负载，观察驻波场。

(b)在终端分别接失配负载A和B，选择合适的方法测出ρ。

(4)接上被测件，采用直接法测量驻波波腹点和波节点处的选频放大器读数和Imax(连续测量三次，取平均值)，求出电压驻波比。

Imin
图(2)测量线中电场沿纵向分布
4、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。

注:用等指示度法测量电压驻波系数:
? 将测量线终端接短路片(同轴测量线终端开路)用两点法测量三个相邻波节点位
置，计算;,g
? 将测量线终端换接调配器+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;Imin
? 移动探针到驻波节点两边，直到指示器读数为，读两个等指示度的探针位置2Imin
'' (用千分测微计读)和。

，算出驻波系数。

W,l,lll2222
【实验前准备】
1、认真阅读和驻波系数相关的内容。

2、考虑好实验步骤及记录格式。

【实验报告内容】
1、整理实验数据，计算出实验内容中要求的被测件的电压驻波系数。

2、简单讨论大、中、小电压驻波系数测量方法的特点。

3、实验现象及存在问题的讨论。

【思考问题】
1、开口波导的ρ??，为什么,
2、用功率衰减法测大驻波比时，可否用低频衰减器代替微波衰减器(如能否用测量
放大器输入衰减器代替微波衰减器),为什么,。