微波信号功率的测量
微波实验-123
第一部分微波技术与天线实验实验一微波功率与频率的测量一、实验目的1．了解微波测量系统的组成、测试仪器的工作原理及测试方法。
2．学会用波长计谐振吸收法测频率，掌握吸收式波长计测取频率值的原理和方法。
3．学会用微瓦功率计测功率。
二、实验要求1．充分作好实验前的预习和准备工作，写出预习报告。
2．实验应严格按照仪器使用说明、测量方法和实验步骤进行操作。
三、预习报告要求1．画出实验仪器和器件连接框图。
2．简述实验目的、实验原理和方法。
3．写出实验步骤，画出数据表格。
四、实验注意事项1．开机前必须将信号源的衰减器置于较大衰减量，否则易烧坏器件。
（注意：面板标注“功率”，则向左旋，衰减增大；面板标注“衰减”，则向右旋，衰减增大。
）2．拆接器件时，将信号源工作方式置“外调制”，不要随意关电源。
3．连接器件时，注意波导口方向。
五、实验原理微波信号发生器是由高频部分、调制部分、功率指示器部分、频率显示及衰减显示部分组成。
高频部分是由体效应振荡器、截止式衰减器二个单元组成。
体效应振荡器采用砷化镓体效应二极管作为振荡管，在外加直流偏压的瞬时，所产生的尖峰脉冲电流能量，被不断用来激发谐振腔。
当高频电源送来高频电压加到体效应管上，在谐振腔产生相应射频电压，腔体的输出耦合孔直接耦合输出，经过环流器送到调制器与脉冲形成电路进行调制，从而完成对微波信号的脉冲调幅，工作状态选择电路控制输出状态。
当工作状态选择按键置“等幅”时，信号源输出微波信号，输出功率可直接用微瓦功率计测得，输出信号频率可用外接的波长计测得，也可校对信号源频率显示是否准确。
当工作状态选择按键置“方波”或“脉冲”时，则输出微波调幅信号。
仪器采用PIN调制器来实现微波信号的脉冲幅度调制，整个调制部分是由一套脉冲形成电路及一个PIN调制器构成，由脉冲形成电路产生一系列的脉冲信号，驱动PIN 调制器，从而完成对微波信号的脉冲调制。
图1－1 简单的微波测量系统框图六、实验系统简介一般常用的微波测量系统如图1－1所示。
微波测量第八讲
功率的测量（Ⅰ）—功率计原理，功率测量误差及处理一．微波功率及测量的一般概念1、 微波功率是微波的一个基本物理量，微波功率测量是微波的三个基本测量之一问题：（1）、如果传TEM 波（同轴线主模），I V P &Re =；在波导中（非TEM 波）电流、电压失去唯一性，只能用等效电流、电压表示，但输出功率仍然是确定的。
（2）、功率与Γ有关系：()z j L l j L g e e u u ββ22011−−Γ+ΓΓ−= ()zj L lj Lg e e i i ββ22011−−Γ−ΓΓ−=()222011l j L g L ep P β−ΓΓ−Γ−=（3）、可否绕开测21S，用功率计直接测增益2、基本测量仪器：功率计、频谱仪、功率+频率计数器3、测量连接方式分终端式和通过式：终端式 通过式 4、 测量的内容10确定源的资用功率P a 20确定负载吸收功率P L OR 额定功率P 0())1(P P 2g a 0Γ−= 3、微波功率表示方法：用功率：P ： ()MW 、()KW 、()W 、()mW 、()W μ、()pWgLP a g ΓP a用电平：以某一功率0P 为基准，用相对值表示功率大小：()0lg 10P PdB A = mW P 10=时()()mW mW P dBm A 1lg10=→()()1010dBm A mW P =优点1、直接加减：优点2、用分贝表示可使数值变小。
5、 测量方法正确使用功率计：功率计基本方框图另：正确使用频谱分析仪。
※选合适量程；※机壳稳妥接地 6、 有关常识 ▇微波功率分类◢按功率计量程分⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<≤<≤≥超小功率小功率中功率大功率W 1P 10mW P W 110W P 10mW10WP μμ 另：KW,MW,GW◢按调制分类 10连续波功率P aW —一周期损耗能量（平均） 20脉冲调制功率功率计用来测平均功率，脉冲功率可以通过计算①平均功率()∫=nTaW dt t P nT1P 获得：②脉冲功率()∫=ττP dt t P 1P 重复平均脉冲F P P τ=③峰值功率P P -脉冲峰值处功率。
!第三章 功率测量
第五节 峰值功率测量
3.5.1 周期矩形脉冲测量(平均占空比法) 3.5.2 直接脉冲法 3.5.3 直接读数法
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3.5.1 周期矩形脉冲测量(平均占空比法)
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平均功率 占空比法
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3.5.2 直接脉冲法
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直接脉冲法
步骤—— 第一步：调节脉冲包络的参考； 第二步：调节连续波输出的频率和脉冲频率一致并使连续波 经检波后在示波器上和第一步有同样的幅度； 第三步：在功率计上测出连续波的平均功率。 41 最后，利用公式可计算出脉冲功率。
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下面我们按小,中,大三个不同功率范围来讨 论功率测量方案. 具体范围: 小功率: <1mw (<0dBm) 中功率: 1mw to 10W (0dBm to 40dBm) 大功率: > 10W (> 40dBm)
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第二节 小功率测量
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采用功率计的测试方框图
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一些传感器具有代表性的检测功率范围：
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下面将对两个5W的测试方案进行分析,一个 是采用大功率的功率探头进行测试,一个是 采用定向耦合器方案进行测试.
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随堂测试
衰减器的选取？
注意：功率单位、增益/衰减等系数在计算时的换算关系。
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第四节 大功率测量
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在选取元件和测试上,几乎没有哪种测试比 大功率测量需要更多的注意和小心,这不但 是在微波领域,在电测试的任何领域都是这 样. 大功率测试需要注意的两个问题 1. 元件的功率处理能力 2. 测试设备的最大输入电平
第三章 微波功率测量
1
微波功率测量
微波信号频谱相位噪声和功率测量实验报告
近代微波测量实验报告<一）一、实验名称：微波信号频谱、相位噪声和功率地测量二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.利用微波频谱分析仪测试微波信号频谱、功率和相位噪声三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、同轴电缆一根四、实验原理：相位噪声是衡量频率标准源(高稳晶振、原子频标等>频稳质量地重要指标,随着频标源性能地不断改善,相应噪声量值越来越小,因而对相位噪声谱地测量要求也越来越高.b5E2RGbCAP无源和有源器件中地噪声一般有热噪声、闪烁噪声<1/f噪声）、散粒噪声、周期稳态噪声.相位噪声是用来表征一个信号源地短期频率稳定度地.在频域中,相位噪声表征噪声对输出信号相位地扰动,其定义为在偏移载波频率Δω处地单位带宽内地单边带噪声谱与载波功率之比.p1EanqFDPw 五、实验内容观察不同衰减设置下信号地变化、观察不同RBW带宽设置对信号频谱地影响；测试信号源输出信号地相位噪声；存储测试数据并进行分析.DXDiTa9E3d六、实验步骤一、正确连接信号源与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地单频信号,信号源按键DIAGR--Baseband--Multicarrier CWRTCrpUDGiT三、对频谱仪进行适当设置,频谱仪按键AMPT--RF Atten Manual观察不同衰减设置下信号地变化5PCzVD7HxA四、频谱仪按键BW--Res BW Manual,观察不同RBW 带宽设置对信号频谱地影响五、频谱仪按键MKR--Phase Noise Ref Fixed,测试信号源输出信号地相位噪声<偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）jLBHrnAILg六、纪录测试数据并进行分析.七、实验结果：测得中心频率f0=3GHz,输入-10dBm时,测得输出为-11.69dBm.1、偏离10kHz<设置span为50k,RBW为300Hz）相噪：+10kHz处-101.21dBc/Hz；-10kHz处-98.17dBc/Hz2、偏离100kHz<设置span为500k,RBW为3kHz）相噪：+100kHz处-101.96dBc/Hz；-100kHz处-102.06dBc/Hz 3、偏离1MHz<设置span为3M,RBW为30kHz）相噪：+1MHz处-115.61dBc/Hz；-1MHz处-114.32dBc/Hz4、偏离10MHz<设置span为50M,RBW为100kHz）相噪：+10MHz处-128.54dBc/Hz；-10kHz处-130.16dBc/Hz 八、讨论：1.在一定条件下,衰减器衰减量每增加10dB,频谱仪显示噪声电平提高10dB.因此,要提高频谱分析仪地灵敏度需要将衰减设置得尽可能小,以降低噪声电平地值,使得信号不被噪声淹没.2.分辨率带宽是频谱仪测量参数中非常重要地一项.频谱仪在对两个频率相近地待测信号进行描述时,若两信号幅度也相似,则响应特性曲线顶部可能重迭在一起,表现为单一信号；若两信号幅度一大一小,则小信号有可能被大信号淹没,无法分辨出来.只有当两个信号地频率间隔大于或等于分辨率带宽时,频谱仪才能够正确地显示出它们.xHAQX74J0X近代微波测量实验报告<二）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月18日一、实验名称：滤波器响应曲线测试二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.在没有矢量网络分析仪地情况下利用,微波信号源和微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,观察滤波器插损、3dB带宽和带外抑制特性LDAYtRyKfE三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、带通滤波器一只、低通滤波器一只、同轴电缆两根四、实验原理：滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定地频率成分通过,而极大地衰减其它频率地成分.滤波器地性能指标通常有以下几项：1、截至频率：一般指衰减增加到某一确定值时地频率,如增加3dB时地频率,称为3dB截止频率.2、带宽BW：对于带通滤波器而言,也指衰减加大到某一确定值时地频率范围,如称为1dB通带带宽或1dB阻带带宽.带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分地能力——频率分辨率.Zzz6ZB2Ltk3、回波损耗<Reflection Loss缩写RL）：回波损耗是描述滤波器性能地一个敏感参数,同时回波损耗<RL）、驻波系数<VSWR）和反射系数<）三个参数是相关地,通常用来表征滤波器反射特性.回波损耗地公式定义以及三者之间地dvzfvkwMI14、带外抑制<Rejection缩写RJ）：在给定地频率下,带外信号地插入损耗大于最小带内信号地插入损耗地数值.rqyn14ZNXI5、带内波动：指通带内信号地平坦程度,即通带内最大衰减与最小衰减之间地差别,一般用dB表示.6、品质因数Q：描述滤波器地频率选择性地强弱,分有载和无载两种情况.五、实验内容一、带通滤波器测试1. 带通滤波器截止频率2. 带通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 带通滤波器袋内波动二、低通滤波器测试1. 低通滤波器截止频率2. 低通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 低通滤波器带内波动六、实验步骤一、正确连接信号源、带通滤波器与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地扫频信号,将扫频信号设置为100MHz到4GHz,扫描时间设置为10ms.EmxvxOtOco三、对频谱仪进行适当设置,设置RBW为1MHz,SWT为5ms,Ref 为0dBm,Att为20dB,VBW为3MHz.SixE2yXPq5四、将频谱仪地Trace设置为maxholder,扫频,观察滤波器地响应曲线.五、待曲线出现后,观察曲线.六、移动marker,读取带通滤波器地两个截止频率点,计算出中心频率.七、移动marker,读取通带两边衰减30dB处地频率点.八、移动marker,在通带内寻找最高及最低点,分别读取其功率值,计算得出带内波动.九、设置频谱分析仪,在Trace选项里选择writeclear.十、将带通滤波器取下,连接低通滤波器.重新设置信号源及频谱仪,测试滤波器指标.测试方法同带通滤波器.七、实验结果：根据实验步骤正确连接仪器及测试后,可得一下结果：1、带通滤波器测试得带通滤波器左右两个截止频率分别为：1.8483GHz,2.4783GHz.当带外抑制达到30dB时左右两边频率分别为：1.5729GHz,2.6228GHz.带内波动为：-12.8dB~-14.17dB.6ewMyirQFL通过左右截止频率,可算得中心频率为2.1633GHz2、低通滤波器测试得低通滤波器截止频率为：1.3297GHz.当带外抑制达到30dB时频率分别为：1.7176GHz.带内波动为：-10.36dB~-14.59dB.kavU42VRUs八、讨论：1、通过本实验,使我们了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.y6v3ALoS892、由于没有矢量网络分析仪,使用微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,频谱仪只能测试功率,所以未能测试滤波器地相位信息.M2ub6vSTnP3、通过这次实验,明白了在一定地实验条件及实验要求下,我们可以灵活选择测量仪器来获取所需地数据.近代微波测量实验报告<三）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月25日一、实验名称：微波介质谐振器测量二、实验目地：1、了解微波谐振腔地构造和工作原理；2、掌握正确使用矢量网络分析仪测试谐振参数地方法；3、掌握利用矢量网络分析仪测试所得谐振参数计算被测介质材料介电常数地方法；三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、介质谐振器测试装置、同轴电缆两根四、实验原理：微波介质谐振器具有介电常数大和固有品质因数高、温度稳定性好、体积小、重量轻、成本低、易于集成等优点,引起了人们高度重视,并已广泛地应用于微波通信、卫星通信、雷达、遥控遥测、导弹制导、电子对抗等领域.0YujCfmUCw谐振单元地理想模型是被测介质谐振器为圆柱体,其两端面由无穷大良导体金属短路板短路,如图所示.若介质谐振器为非磁性(=1>和较高介电常数材料,则在谐振单元中存在陷模和漏模.陷模地能量主要集中在介质谐振器内及其附近,品质因数Q值较高；漏模地能量将沿半径r方向向外辐射,Q值较低.在谐振单元中,若取圆柱坐标系,并取z为轴向.根据电磁谐振理论,可得谐振单元中陷模TE0mn地特征方程组：eUts8ZQVRd式中和 <n=0,1）分别为第一类贝塞耳函数和第二类变态贝塞耳函数.当测得介质谐振器地结构尺寸和谐振频率后,联立求解式上述式子可得被测介质材料地介电常数.sQsAEJkW5T五、实验内容1.对仪器进行适当地参数设置2.正确连接仪器与谐振腔,选择使用适合地转接头3.测试谐振腔载入被测材料前后地谐振频率和Q值4.存储测试数据并进行分析六、实验步骤一、连接仪器；二、设置矢网扫频带宽为9kHz~6GHz<全频带）,功率为0dBm,点数为401；三、观察谐振峰出现频点,选取较为明显地谐振峰进行测试<将谐振器地上面板上抬,观察各个波峰,往低频段移动地即是我们所要测量地TE011模式地谐振峰）；GMsIasNXkA四、将光标置与选定地谐振峰,其对应频率置为扫描中心频率；五、减小扫描带宽,并保持光标置于谐振峰峰值处；六、重复步骤4-5,直到所显示曲线上下为4dB左右；七、测量谐振频率f0,3dB带宽等参数并作记录,并利用公式计算谐振器Q值.七、实验结果：1. 测得谐振频率f0 为4.776576GHz2. 3dB 功率频点为 4.775463GHz~ 4.777754GHz,3dB带宽为0.002291GHzTIrRGchYzg3.计算谐振器Q值为：Q==f0/Δf=2084.93八、讨论：通过本实验,使我们了解了谐振器地原理及性能指标.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.7EqZcWLZNX。
北邮电磁场实验 微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
2.隔离器
位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
5.按图一所示的框图连接微波实验系统。
6.微调单螺调配器，使腔偏离区配状态，检波电流计上有一定示数；
7.调节波长计使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；
8.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；
9.改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，0.1G测一次，记录在数据表格中。
5.按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，刻度值存在误差导致对应的频率也有误差
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这次实验要比前两次难，主要在于又学习了不少新仪器的使用方法及了解它们的工作原理，也须回顾以前学过的微波技术基础的知识，而且实验仪器不是很完整，仪器误差较大。而且需要极大的耐心，转动手柄时必须要非常缓慢。发现同学们的学习热情都很高，大家遇到问题不仅组内积极讨论组与组之间也积极讨论，表示自己的疑惑或者提出自己的建议、解决问题的办法，我想这才是实验最有益的地方，让我们主动去积极思考，主动去互相讨论。
9.0
8.058
8.970
0.030
9.1
7.270
9.051
0.049
9.2
6.250
9.166
0.034
9.3
微波功率测量及误差分析资料
微波功率测量及误差分析1 引言功率测量是微波测量的重要参数之一。
确定振荡源的输出功率、接收机的测试准确度和接收灵敏度、放大器的增益、无源器件的衰减损耗等都离不开功率的测量。
因此在科研与实际工作中微波功率的准确测量就显得尤为重要，本文试图简述一些基本的微波功率测量方法，然后分析几种常见的误差来源和减小误差的方法。
2 微波功率标准近年来随着微波理论技术的完善和硬件技术的进步，微波设备与测量仪器数量和型式日益繁多。
相应地建立起微波功率、阻抗、频率(波长)及其二次电参量(如衰诚、介质损耗、品质因数等)的标准与基准装置，以使实用和生产中如微波仪器标准化，成为国际上一个普遍重视的问题。
以下就微波小功率标准情况概略介绍一下。
微波功率是微波测量中一个重要的项目,不论研究微波线路或微波管,都需进行功率测量，因而功率测量获得飞速发展。
目前，其侧量范围约从18-10瓦到710瓦，功率频谱到100千兆赫，精度从百分之几十提高到0.1%左右。
测量方法很多，低频时测定电压和电流来确定功率的方法到高频就行不通了，大多数是将电磁能转换成光、力、热等量再进行测量。
近年各国普遍展开了微波功率标准的研究。
但至今尚未完全解决。
它远不像在频率标准上早已确定了以地球的自转周期(平均太阳日)作为频率终极标准或近年来发展起来的利用某些物质分子光谱中的吸收线、发射线以及某些原子跃迁过程来作为频标。
微波功率标准从1954年在荷兰海牙召开的第11届国际电波科学联合大会(U 、R 、S 、I)以来,加强了微波小功率标准的研究和国际比较工作。
看来，微波小功率标准沿着两个方向发展，即基于电磁波辐射压力的“有质”效应法和电磁波热效应的焦耳热法。
它们是建立在质量、时间、长度或直流电量基础上的，因而具有很高的精确度，可作为功率标准或基准。
基于电磁波力效应的“有质”功率计是利用电磁波作用在置于波导或谐振腔内反射元件上的压力。
双片扭刀式瓦特计已成功地在X 带10至200瓦范围内达到士1%精度。
微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量1.设定信号源：首先需要设定微波信号源的频率和功率。
信号源是微波测量系统的核心组件，负责产生所需的微波信号。
在设定信号源时，需要根据实际需求选择合适的频率和功率。
例如，在通信领域中，可能需要设定特定的频率和功率以满足通信要求。
2.连接射频/微波设备：信号源产生的微波信号通过射频/微波设备进行传输和处理。
射频/微波设备包括功放器、滤波器、混频器等，用于增强信号、滤除杂散信号、频率转换等处理。
通过合理连接和配置这些设备，可以实现所需的微波测量功能。
3.接收和检测信号：已经设定好的微波信号经过射频/微波设备后，会通过检波器进行接收和检测。
检波器是一种用于接收和测量微波信号的装置，可以将微波信号转化为电信号进行处理。
通过检波器，可以获取微波信号的强度、频率、相位等参数。
4.数据处理与分析：检测到的微波信号在经过检波器后，将通过数据处理装置进行分析和处理。
数据处理装置一般是一台计算机或相关的数据处理设备，用于从原始信号数据中提取有用信息。
根据具体需求，可以进行信号的滤波、调整和整理序列等操作，以便进行后续分析和应用。
微波测量系统中信号源波长功率的测量是一个重要的环节。
波长是微波信号的一个重要参数，表示信号的空间周期性。
波长和频率之间有一个简单的数学关系，即波长等于光速除以频率。
可以通过测量波长来了解信号的频率，从而对信号进行控制和分析。
微波信号的功率是表示信号强度的一个重要参数。
微波测量系统中，通常使用功率计等装置来测量信号的功率。
功率计是一种能够测量微波信号功率的仪器，通过将微波信号转化为电信号，然后对电信号进行测量，从而得到信号的功率值。
测量信号源波长功率的关键在于使用合适的设备和工具。
通常使用专业的仪器和设备可以更准确和方便地进行测量。
此外，测量过程中需要注意仪器的校准和环境的干扰，以确保测量结果的准确性。
总体来说，微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量是微波技术中的关键环节。
微波信号频谱、相位噪声和功率的测量-实验报告
近代微波测量实验报告（一）一、实验名称：微波信号频谱、相位噪声和功率的测量二、实验目的：1.了解微波测试用频谱仪的组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪的使用方法3.利用微波频谱分析仪测试微波信号频谱、功率和相位噪声三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、同轴电缆一根4、实验原理：相位噪声是衡量频率标准源(高稳晶振、原子频标等)频稳质量的重要指标，随着频标源性能的不断改善，相应噪声量值越来越小，因而对相位噪声谱的测量要求也越来越高。
无源和有源器件中的噪声一般有热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）、散粒噪声、周期稳态噪声。
相位噪声是用来表征一个信号源的短期频率稳定度的。
在频域中，相位噪声表征噪声对输出信号相位的扰动，其定义为在偏移载波频率Δω处的单位带宽内的单边带噪声谱与载波功率之比，如下图所示：五、实验内容观察不同衰减设置下信号的变化、观察不同RBW带宽设置对信号频谱的影响；测试信号源输出信号的相位噪声（偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）；存储测试数据并进行分析。
六、实验步骤一、正确连接信号源与频谱仪二、对信号源进行设置，输出所需的单频信号，信号源按键DIAGR--Baseband--Multicarrier CW三、对频谱仪进行适当设置，频谱仪按键AMPT--RF Atten Manual观察不同衰减设置下信号的变化四、频谱仪按键BW--Res BW Manual，观察不同RBW 带宽设置对信号频谱的影响五、频谱仪按键MKR--Phase Noise Ref Fixed，测试信号源输出信号的相位噪声（偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）六、纪录测试数据并进行分析。
七、实验结果：测得中心频率f0=3GHz，输入-10dBm时，测得输出为-11.69dBm。
1、偏离10kHz（设置span为50k，RBW为300Hz）相噪：+10kHz处-101.21dBc/Hz；-10kHz处-98.17dBc/Hz2、偏离100kHz（设置span为500k，RBW为3kHz）相噪：+100kHz处-101.96dBc/Hz；-100kHz处-102.06dBc/Hz3、偏离1MHz（设置span为3M，RBW为30kHz）相噪：+1MHz处-115.61dBc/Hz；-1MHz处-114.32dBc/Hz4、偏离10MHz（设置span为50M，RBW为100kHz）相噪：+10MHz处-128.54dBc/Hz；-10kHz处-130.16dBc/Hz八、讨论：1.在一定条件下，衰减器衰减量每增加10dB，频谱仪显示噪声电平提高10dB。
微波信号功率的测量48页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
7-微波功率测量
第7部分 微波功率测量7.1 概 述微波功率是表征微波信号特性的一个重要参数，因此微波功率测量也就成了微波测量的重要内容之一。
在微波频段内常用的传输系统有两种，一为TEM 波(包括准TEM 波)系统，另一为非TEM 波系统。
在TEM 波(如同轴线中主模)系统中，行波电流I 、电压V 与功率P 之间有确定关系，即P =Re VI *，与低频电路相同，在非TEM 波(如波导)系统中，则由于其工作模式的场分布不同造成电流、电压的定义不具有唯一性，只能用给定模式的归一化电压(u )和电流(i ) (或称等效电压、电流)来表征，但传输功率仍然是确定的。
因此，虽然有许多低频段的电流、电压测量方法及其装置(如晶体检波器、热偶表等)理论上也能发展成为微波功率计，但多数情况下，都是将微波功率直接转变为热，再借助某种热效应测量之，从而使功率的测量在微波波段中成为一种重要的、直接的测量项目，在许多情况下代替了电压和电流的测量。
7.2 功率方程式与相关术语微波功率测量电路的连接方式一般分为终端式和通过式两种。
终端式接法是最常用的接法，把待测的信号功率直接送入功率计，由功率计指示其大小，如图7.2-1a 所示。
实际上是以功率探头为吸收负载，由它把吸收的微波功率转换为可以指示的某种电信号，再由指示器给出待测功率值。
这种方法适用于测量发射装置或微波信号源的输出功率。
例如振荡器的输出功率等。
将图7.2-1a 的功率探头接到待测功率源的输出端T 面，其等效电路如图b 所示。
T 面相当由一段特性阻抗为Z 0的无耗传输线相连接。
当源端和负载端阻抗都不等于Z 0时，设T 面上的源和负载的反射系数分别为Γg =(Z g -Z 0)/(Z g +Z 0)和ΓL =(Z L -Z 0)/(Z L +Z 0)，其入射波和反射波为a 和b 。
从物理过程分析，在信号源接通的瞬间，将有一个向无反射负载方向传输的出射波b g ，在它尚未达到Z L 时，则不管Z L 等于Z 0与否都与负载无关，仅决定于Γg 。
微波功率计
功率测量不确定度来源
+/- 1 读数
仪器不定量
功率测量误差来源
传感器及源阻抗失配误差 功率传感器本身造成的误差 主机造成的误差
通过了解传感器和 源的SWR（驻波 比），就能找到失 配造成的不确定
失配
传感器误差 功率主机误差
传感器和源阻抗失配通常造成最大的功率测量误差
N1914A EPM 系列双通道功率计
在微波测量中，二极管是一种最常用的信 号检波器，经常用它作为信号电平的指示器。 二极管通过其非线性的电流—电压特性将高频 能量转换成直流。
Is 反向饱和电流
DC 二极管曲线
包络检测
RF 二极管曲线
i
20
10
0
-10 -20
非平方率
-30
-40
v
-50 平方率
-60
-70
RMS 响应
功率输入, dBm
ΓL
衰减器 A
ΓS
功率座 功率计 指示器
K
Pbs
PL
PS
小功率计 PC
A C
信号源
匹配负载 Pout
设定向耦合器的耦合度为C(dB)，方向性为无穷大，标准衰减器两端匹配时，其衰 减量为A(dB)，小功率计的观测值为
• ，终端负载的驻波比为1，则功源的输出功率为
功率计的技术指标
• 频率范围
▫ 满足各项指标，功率计可靠工作的频率覆盖范围 ▫ 主要取决于功率探头
时间门的峰值功率测量
门开始
门限长度
利用功率计的各种触发特性，如外 部TTL兼容触发输入、内部（电平） 和GPIB触发，以及进行多个同时的时 间选通测量。可设置单独的开始（选 通开始）和持续时间（闸门长度）， 用户在规定的时间周期上能测量平均 功率、峰值功率或峰均比。
1kw功率微波测量方法
1kw功率微波测量方法
1kw功率微波测量的方法可以分为直接测量法和间接测量法两种。
1. 直接测量法：直接测量法是指使用功率计或功率传感器直接测量1kw微波功率的方法。
其中，功率计是一种专门用来测
量微波功率的仪器，可以通过将微波信号输入功率计并读取其显示值来获取功率大小。
功率传感器则是一种能够转化微波功率为电信号并输出的传感器，通常与功率计配套使用。
这种方法通常具有较高的测量精度和稳定性。
2. 间接测量法：间接测量法是指利用其他参数间接测量1kw
微波功率的方法。
常见的间接测量方法包括热敏电阻法、热流法和能量积分法等。
其中，热敏电阻法是通过在微波器件中添加一个热敏电阻，通过测量电阻温度变化来计算微波功率大小；热流法是通过测量微波器件或传感器表面的热量变化来推算微波功率；能量积分法是通过将微波能量积分累加的方式获得微波功率。
这些方法通常需要进行一定的校准和修正，测量精度较直接测量方法略低。
以上是常用的1kw功率微波测量方法，不同的场景和需求会
选择不同的测量方法。
微波功率计的校准方法及误差分析
微波功率计的校准方法及误差分析微波功率计是一种用于测量微波信号功率的仪器。
准确地校准微波功率计对于确保测量结果的可靠性至关重要。
本文将介绍微波功率计校准的基本原理、常用校准方法以及误差分析。
一、微波功率计校准的基本原理微波功率计的校准是通过与一个准确的功率参考进行比较来完成的。
校准主要包括校准因子和校准误差两个方面。
校准因子是用来将功率计的读数转化为准确的功率值的系数。
它是由校准过程中测量得到的，通过与准确的功率参考进行比较得出。
校准误差是指经过校准后，功率计读数与准确的功率参考之间的差异。
校准误差的大小决定了功率计测量结果的准确性。
因此，减小校准误差是校准的主要目标之一。
二、常用的微波功率计校准方法1. 直接比较法：直接比较法是最常用的校准方法之一。
它是通过与一个准确的功率参考进行比较来确定功率计的校准因子。
校准过程中，将同一个微波信号依次输入到功率计和准确的功率参考上，并记录下它们的读数。
然后，根据功率计和功率参考之间的差异，计算出校准因子。
直接比较法的优点是简单易行，适用于大多数微波功率计。
但是，它也存在一些局限性，比如在高功率测量时，微波功率计的非线性特性和功率参考的功率限制可能导致较大的校准误差。
2. 校准器法：校准器法是另一种常用的校准方法。
它通过使用一个已经校准好的功率器件作为校准器，在不同的功率水平下测量功率计和校准器之间的差异来确定校准因子。
与直接比较法相比，校准器法可以避免功率参考的限制，并提供更大范围的功率校准。
但与此同时，校准器法也会引入额外的系统误差。
3. 优化校准法：优化校准法是一种基于数学优化算法的校准方法。
它通过最小化功率计读数与准确的功率参考之间的差异，来确定校准因子。
优化校准法可以有效地减小校准误差，并提高功率计的准确性。
但是，它需要较为复杂的数学计算，并且对校准条件的要求也相对较高。
三、误差分析微波功率计的测量误差主要包括不确定度误差和系统误差。
1. 不确定度误差：不确定度误差是由于测量设备本身的误差以及测量过程中的随机误差引起的。
微波信号功率频谱分析仪测量方法研究
微波信号功率频谱分析仪测量方法研究摘要：随着雷达电子战的发展，微波工作频率不断攀升，电域的测频方案由于测量带宽的限制，无法满足电子侦察的发展需求。
严格来讲，测量微波信号功率一般采用功率计进行闭环测试，但在进行电磁环境测试时需要用频谱分析仪对微波信号功率进行开环测试。
基于此，本文主要阐述了频谱分析仪的组成、微波信号功率的测量方法、测量误差及减小误差的方法、多频测量等，希望能为今后我国微波工作的发展带来一定的帮助。
关键词：微波信号；功率频谱分析仪；测量一、频谱分析仪的组成（1）衰减器和放大器的作用是调节进入混频器的信号电平，防止因信号过大而在混频器引起失真或因信号过小而被噪声淹没；（2）低通滤波器可以抑制镜像频率的产生；（3）中频滤波器的带宽被称为频谱分析仪的分辨率带宽，决定着频谱分析仪的信号分辨率，同时又与频谱分析仪的扫描速度相关；（4）视频滤波器的带宽称为频谱分析仪的视频带宽，决定了频谱分析仪的显示平坦度；检波器是影响频谱分析仪测量信号功率的关键器件，检波方式不同，测量结果也不同；（5）斜波发生器产生的斜波电压控制压控振荡器完成测试频段的扫描，同时供给显示单元电压，将模数变换的结果在显示器上显示出来。
二、微波信号功率的测量方法确定频段内干扰信号的数量后，就可以利用频谱分析仪的功率测量功能对每一干扰信号进行比较精确的功率测量。
测量步骤如下：（1）将被测信号中心频率置于频谱分析仪显示的中心，恰当设置扫描带宽；RBW和VBW。
（2）调整频谱分析仪输入衰减器和参考电平，使信号接近显示的顶部；（3）进入占用带宽测量模式，设置检波器工作方式等参数，测量信号的占用带宽；（4）进入信道功率测量模式，读取频谱分析仪显示的干扰电平功率值，并根据实际情况对其进行相应的处理。
不同频谱分析仪的测量方法和步骤不尽雷同，具体使用时请参阅相应操作手册。
三、测量误差及减小误差的方法对测量误差影响较大的因素包括检波方式、信号特性、噪声电平和测试系统本身的误差。
物理实验技术中的微波测量方法与技巧
物理实验技术中的微波测量方法与技巧引言：在现代科学研究和工程实践中，微波技术已经成为了一种不可或缺的工具。
它被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通讯、医学影像等诸多领域。
而在微波的研究与应用中，精确的测量和准确的实验数据是至关重要的。
本文将探讨物理实验技术中微波测量方法和技巧作为主题，包括实验设备的调试、测量技术和注意事项等方面。
一、实验设备的调试在进行微波实验之前，需要对实验设备进行精确的调试，以保证实验的准确性和可重复性。
首先，我们需确保所有设备连接牢固，信号传输无误。
其次，鉴于微波信号的特殊性，我们需要对实验设备进行阻抗匹配，以减小信号的反射和衰减。
调整设备之间的阻抗适配器和同轴电缆长度等参数能有效地提高实验测量的灵敏度和稳定性。
二、测量技术1. 微波功率的测量微波功率的测量是微波实验中非常重要的一个参数。
通常我们使用功率计来测量微波功率，但要注意功率计的量程要与待测信号的功率相匹配。
此外，需要校准功率计，以确保测量结果的准确性。
可以使用一个已知功率的标准源进行校准，通过与标准源的比对，得到准确的功率值。
2. 微波频率的测量微波频率的测量通常使用频率计。
在进行测量之前，我们需要选择恰当的频率计，根据待测信号的频率选择相应的量程。
需要注意的是，在测量中应该避免其它电磁辐射源的干扰，以免干扰测量结果的准确性。
3. 射频信号的测量在微波实验中，我们需要对射频信号进行测量和分析。
一种常见的方法是使用频谱分析仪。
频谱分析仪能够将射频信号频谱上的参数（如幅度、相位、频率等）进行测量和分析。
在进行测量时，需要选取适当的分辨率和带宽，以保证测量结果的准确性。
三、注意事项1. 环境干扰微波实验对实验环境的要求较高，需要保证有良好地屏蔽环境噪声的措施。
应将实验设备与其他电子设备隔离，避免电磁辐射和电磁波对实验产生干扰。
在进行实验时，还需要注意将实验室的门窗关闭，以减小外界信号的干扰。
2. 精确校准在微波实验中，精确的仪器校准对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。
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一. 测热电阻元件 1.镇流电阻
2. 热敏电阻
3.薄膜电阻
三.电桥法测量微波小功率原理
1. 平衡式电桥
平衡式电桥的基本电路如图所示：
假设高频功率与直流（或低频）功率对测热 电阻有同样发热效果，则被测功率Pin应等于先后 两次平衡时Rb所吸收的直流功率之差，即
I1 I2 P Rb1 Rb 2 in 2 2
PA Po 1 g 1 g g
2 * 2
P o 1 g
2
PA称为资用功率，它表明信号源可能输出的最大 功率。 2 2
P L P A
1 1
g L
1 g L
2
上式即为功率关系式。
7.2 微波功率计测量原理
7.2.1 测辐射热式功率计
利用某些温度敏感元件的电阻随所加的高频 功率或电压、电流的大小而变化的效应，可构成 功率计。
微波晶体二极管式功率计
晶体管检波的原理
一般金属—半导体结二极管的伏安特性为
qv kT I s ev 1 i Is e 1
其中Is为反响饱和电流；q为电子电荷；k为波尔兹 曼常数；T为热力学温度。
Rs Vs Rmatching Cb
+
Vo
Linear Region
a bg 1 g L
2 2
入射波功率Pin为：
Pin a
2
bg
1 g L
Po 1 g L
2
同理，负载反射的功率Pr为：
Pr b
2
a
2
L
2
因此，信号源传输到任意负载上的净功率为：
PL P i P r P o 1 L
2 2
1 g L
当 ΓL=Γg*时（共轭匹配），此时信号源 传输到负载上的功率最大，
（3） 利用50MHz 参考源进行绝对功率的校准。将功率探头接校 准源的输出，按校准键，功率计会自动完成校准过程。
（4） 设置频率值。不同的功率探头在不同的频率点上校准因子 都各不相同，因此，在测量信号功率前，还要置入信号的频率 或在此频率上的校准因子。 （5） 最后进行功率测量。
第七章 微波信号功率的测量
主要内容： 功率测量的基础知识 微波功率计的测量原理 微波功率测量的误差分析
7.1
功率测量概述
主要内容： 功率的定义和单位 功率方程 微波功率测量的一般电路
一、功率的基本定义:
1.平均功率：信号在一个周期内能量变化的平 均速率。瞬时信号的平均功率由下式给出：
1.平均功率：
如果被测信号的电压和电流是连续的正弦波 （CW），那么其平均功率的表达式为： P=V×I×cosθ 式中，P为平均功率；V为电压的均方值；I为电流的 均方值；θ为电压与电流的相位差。 在实际测量中，用于接受功率的功率传感器表现 为一个纯电阻负载，所以上述公式变为： P=V2/R 或 P=I2×R
三、微波功率测量的一般电路
在功率测量中，功率常常被定义为一种在系统
或系统元件之间传递的能量之比。两种主要的功率 测量类型：一种是传送功率测量，即功率计或测量 技术用于确定从信号源到负载的传送功率；另一种 是接受功率测量即功率计或测量技术用于接收并测
量被测信号功率。
P
接收变换器
测量装置
读数装置
终端式(吸收式）功率计的结构图
Sensor and source mismatch errors Power sensor errors Power meter errors
Sensor
Meter
Mismatch
功率计的操作
（1） 由于一种功率计主机要配多种功率探头，因此在开机后要 选择探头型号，但有的功率计不需要，其主机可自动识别。 （2） 为了消除功率计的漂移，功率计都要进行调零操作，老式 的功率计调零需要手动，确保探头没有输入的情况下，把量程 打在最低档，调节调零电位器。而现代功率计的这一过程完全 由软件来控制完成，用户只需按自动零键。
Types of Power Measurements
Average Power
CW RF signal
Pulse Power
Pulsed RF signal
Peak Envelope Power
Gaussian pulse signal
二、功率的单位：瓦
一个更为方便的单位是dBm ── 它是相对于 1mW，以dB为单位的功率级。因此0dBm是1mW。 例如+36dBm是多少？让我们由0dBm开始，我 们已经知道它是1mW。+30dBm将是1 mW*10 *10*10，即1W。+6dBm是1 W*2*2，因此最后 结果是4W。
Hot junction
V1
+
V0
+
Vh
Metal 1 Metal 2
-
-
V2
+
V0 = V1 + Vh - V2
席贝克效应（或热电效应）：当两种不同金属 的节点的温度被加热到高于其余两个自由端的温度 时，在两个自由端之间便会出现直流电势，其大小 与冷热端的温差成正比。
铋一锑薄膜式热偶
热电偶
7.2.3
பைடு நூலகம்
2.脉冲功率 在脉冲持续时间内取平均功率，其表达式：
PP
3.峰值功率： 指在载频周期内，占有脉冲功率包络线最大值 处的微波功率的平均值。
1
0
p (t )dt
PPP VP / R
2
峰值功率PPP可直接测量，或根据平均功率Pav、 占空系数Q和脉冲波形系数K用下式计算确定： Ppp=PavT/τ
2 2
因为两次平衡时Rb均等于R，于是
2 2 R 2 V V 2 1 2 P I I in 1 2 4 4R
2. 自平衡电桥
3.
直流温度补偿双自平衡电桥原理
7.2.2 热电偶式功率计
两个优点：1）高灵敏度；2）平方律的特性
The principles behind the thermocouple
1 T P p (t ) dt T 0 通常功率定义为在所包含最低频率的多个周 期上，单位时间所传输能量的平均值。
1 Pav nT
nT
0
p (t )dt
Average Power
Average over several modulation cycles
time
Average over many pulse repetitions
1.平均功率：
另外，也可将功率传感器设计成“均方值” 响应传感器。如果一个被测信号包含有很多 频谱分量，那么该传感器将对所有频谱分量 给出如下响应： P=(V12+V22+…+Vn2)/R
该式表明响应的总功率是多个正弦信号 功率分量之和，这些谱分量可能是某种信号 的调制边带、谐波或其他一些频率分量。
Pav=τPpp/T Ppp=PavT/τ=PavQ
式中，Q=T/τ=1/(τf)；Q-1是射频脉冲的占空系数。 当脉冲为非理想矩形时，
Ppp=KQPav
Ppp=PavQ×10 C/10
二. 峰值检波法
7.4
微波功率测量的失配误差分析
Sources of Power Measurement Uncertainty
Square Law Region of Diode Sensor
VO (log)
Vo µ PIN
0.1 nW -70 dBm
0.01 mW -20 dBm
PIN
[watts]
改进的功率传感器
更宽的动态范围
7.2.4量热计法测量微波小功率
借测量微波功率在负载中消耗时所产生的 热量来测量微波功率，是一种最基本、最古老 的方法。 工作方式：静止式 流动式 功率传感元件：干负载 媒质是固体，液体或气体 媒质是水或油 小、中、大功率测量
流体负载
中、大功率测量
由热力学原理，该系统的热平衡方程为：
d 1 P C1 G 1 2 dt d 2 0 C2 G 2 1 dt
P
C1 θ1
G
C2,θ2
设C1>>C2，则两者之间的温差θ为： P 1 2 1 e t / s 1 e t / G
式中τ=C1/G，热时间常数；θs=P/G，稳态温差。
可见，θ=θs（t→∞）~P。
7.3微波大、中功率测量
1. 扩展小功率计量程法
（1）衰减器法
Γg 信号源 ΓL 衰减器 A Γs 功率座 指示器
PA PL Ps 假定系统处于匹配状态，即Γs=ΓL=Γg=0，A准确 已知，则
P A(dB) 10 lg L P s
接收变换器 P
测量装置
读数装置 至负载
通过式功率计的结构图
四.功率方程
功率方程是功率测量线路中正确分析待测功 率值的基础。如图表示了信号源和负载之间的功 率传输关系。
ΓL 信号源 b bg a Γg 负载
g
Z g Zc Z g Zc
bg代表信号源能向无反射负载提供的 信号波幅；入射到负载的入射波 a为：
A 10
P L P s 10
（2）定向耦合器法
P out P c10
C A/10
2.流体量热计法
P cdvT (W )
7.4
微波脉冲功率测量
一、测量射频脉冲重复周期内的平均功率法
设脉冲为矩形，宽度为τ，重复周期为T （=1/f）。用连续波功率计测出脉冲的平均功 率Pav，有