微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
微波测量概述及信号源测量技术：第一讲 微波测量技术概论
输入或 输出信号
高速、高 分辨率
模拟部分 模拟信号
控制
用户接口 信息
ADC 或DAC
数字数据
处理器
包括RAM,ROM,I/O等
采用 标准 接口
系统接口
采用超大规模 集成电路、
物理包装
电源
采用DSP技
FPGA、EPLD 及专用集成电 路，实现复杂
外部电源
数字化仪器结构框图
术，多种测 量算法
、多功能 关键：高速A/D和D/A变换器
10
1．2 微波与天线测量的基本任务
放大器测试 变频器件测量 无源器件测试 频综及振荡器测试 收发机测试 差分元器件测量方案 脉冲器件测试方案 毫米波太赫兹器件测试 器件在片测试 元器件现场测试
11
微波测量仪器分类
微波毫米波测试仪
信号发生器
信号分析仪
合模 成拟 功 信信 率 号号 放 发发 大 生生 器 器器
8
1．2 微波与天线测量的基本任务
阻抗测量仪 网络分析仪
阻抗
频率
振荡器、频率合成 器、变频器、倍频 器、滤波器等
矢量、标量 网络分析仪
频率计/功率计/ 频谱分析仪
功率
阻抗变换、阻抗 匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 器、放大器、开关等
1微波无源电路: 如金属谐振腔滤波器、介质腔体滤波器、微带滤波器、功率 分配器、耦合器、程控衰减器等。
(1)信号特性参数的测量：包括信号的频率和波长、场强和功率、 波形与频谱、振荡器的振荡特性和接收机的噪声系数等。
(2)网络特性参数的测量：主要有反射特性参数和传输特性参数。 前者包括网络散射参数反射系数、阻抗以及与反射系数模有关的插 入损耗和驻波比等；后者包括网络散射参数以及决定的衰减和相移 等。
微波信号频率和波长测量
石英晶体振荡器
采用LC振荡回路
Zin
分布电容
晶体盒
Rq
Yout
正反馈放大
C0 Cq
Lq
分布电容
一般晶体振荡器旳频率稳定度： 长久频率稳定度—— 10-10~10-8/日 短期频率稳定度 < 10-11/S
若已知信号和未知信号都带有谐波，则需要判断谐波数，一般这是很困难旳事 情，所以在用这措施进行测试时，需要大致懂得信号频率。
目前外差法已经被计数法频率计所替代。
计数法
原理：
将未知频率fx与原则频率fs相比较，此时是利用未知频率fx
旳脉冲计数法而测得fx。如利用原则频率fs去控制一计数闸门旳
开放时间，假如开方时间 等于fs旳m个周期，即
微波信号频率及波长测量
频率定义
• 频率是周期性信号旳主要参量之一，也是微波信号源旳两大要素之一。 它是微波测量中经常需要搞清楚旳一种参量，而且也是最轻易被精确 测量旳一种参量。
• 频率是周期旳倒数，即每秒中振荡旳周期数
频率：
f=1/T（Hz）
角频率： ω=2π/T= 2πf(rad/s)
瞬时角频率：ω(t)=dψ/dt
信号频率旳校准
采用前面简介旳四种频标构成鉴相器对压控晶体振荡器进行锁相 稳定，使压控晶体振荡器旳输出信号到达所用频标旳稳定度，然 后将此信号与被校准信号一同加到一种比相仪进行比较，比相仪 将统计一段时间内旳累积相位差所相应旳时间差，从而给出被校 准频率旳相对误差并进行调校。
一般单位可能没有以上频率原则，所以能够采用一种简朴易行旳 措施，即采用“电视彩色副载波传播旳原则频率”进行校准。副 载波频率稳定度为5×10-12/30分钟，它是由中央电视台公布旳， 用铯原子频标直接控制频率合成器产生旳。
微波测量(一)
天线测量与微波测量
为电磁波的频率。 如果已知电磁波的的相速，就可以按上式进行波 长与频率之间的换算。注意：波长和频率是有区别 的，前者决定于长度，后者决定于时间；因而波长 的测量属于长度的测量，而频率的测量属于时间的 测量；在稳态情况下，电磁波的频率是一常数，不 随媒质的性质而改变，而波长却与媒质、传输线尺 寸和传输波型有关。因而频率测量更具有普遍意义， 也更为重要。 测量微波频率的仪器称为微波频率计。其工作原 理可分为两类：第一类 谐振式频率计；第二类 外 差式频率计。
(14)
天线测量与微波测量
在测量微波小功率情况下,通常I0与I1相差不大,即 I0+I1≈2I0 I0-I1=△I 故待测微波功率为: P≈(R/2)I0•△I 显然,这时功率测量的精度取决于两次读取电流之 差的准确度。
§1.4 衰减量的测量
微波 信号 源
Γ g=0 Γ L=0 Γ g=0 Γ L=0
(9)
天线测量与微波测量
一、大功率测量 大功率的微波信号一般采用热量计式大功率计 来测量功率。 t2
出水 测流量 水箱
P
波导
t1
进水
热量计式大功率计的原理示意图
待测微波功率的计算公式 P=c•M(t2-t1) (卡/秒)=4.18c•M(t2-t1) (瓦)
(10)
天线测量与微波测量
其中 c=1卡/克•度，为水的比热；M为水的流量， 单位为：克/秒； (t2-t1)为进出口水的温差，单位 为：0c；4.18为热功当量。 这种热量计式大功率计测出的功率为平均功率， 是一种绝对功率计，可作为校准校对其他的微波 功率计。 引起热量计式大功率计的测量误差的因素：(1) 失配误差；(2)高频功率损耗和辐射损耗；(3)热 传导和热辐射损耗；(4)流量和温度差测量不准确 引入的误差。 二、中小功率测量 中小功率的微波信号一般采用热电式功率计或
驻波比实验总结
驻波比实验总结驻波比实验总结1本次电磁场与微波实验时长八周，一共19个小实验。
其中因为时间的原因我们组没有做布拉格衍射实验。
在电磁场与电磁波实验中，我们主要进行了定律的验证和现象观察，包括电磁波的折射、反射、衍射、干涉和极化等现象。
由于电磁场与电磁波课程是在大二下开设的，所以在实验开始我们发现有很多知识点存在遗忘现象，但还好电磁场实验同我们的感性认识更为接近，所涉及知识大多跟普通物理实验相关，在现象和定律方面我们记得还算牢靠，所以实际进行起来也还算顺手。
但是电磁场实验由于实验室空间和环境的限制导致了其测量误差较大，像极化实验我们就不得以测了很多次最终取了多次实验的平均值才勉强得出与定律相符合的实验结果，但是总体而言，基本上都验证了实验的相关定律。
电磁场的前两次实验，主要是验证反射与折射定律，测量单缝衍射与双缝干涉，由于在高中便已经学过了这些知识，故而上手十分容易，不过是将待测量转变为电信号进行验证求解。
第三次的实验涉及到迈克尔逊干涉仪、平面波的极化，这些知识都是在大学物理和电磁场与电磁波课程中的重点知识，尽管有些知识点记得不是很清楚，但是我们都对照实验指导书进行了仔细的预习工作，所以实验也还算顺利的完成了。
最后一次实验是用专门的仪器对学校周边的场强进行测量，需要我们进行户外采集数据，一方面考验了我们对实验仪器的使用，另一方面对于整个学校的场强变化也有了一定了解，在这次实验中我们组还遇到了一些问题，一开始我们听从老师的推荐选择了的频段，但测量结束后回来分析数据发现结果并不理想，场强的分布在校园的每个角落都十分均匀，在查资料和询问老师后才发现的发射台在全北京都是少数，所以在北邮校园内测量起来场强分布并不会有很大的差别，因此我们又选择了150MHz进行了测量，得到了较为理想的结果。
接下来的几周我们进行了微波测量实验，实验中主要运用了实验仪器测量了一些上个学期微波课程中的基本变量，例如波导波长、驻波比和介电常数等。
微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量讲解
微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量讲解
微波测量系统是一种用于测量微波信号参数的设备，常用于通讯、雷达、天文等领域。
它包括信号源、调制器、放大器、混频器、检波器、频谱仪等组件，根据需要还可配备反射器、耦合器、天线等。
波导波长是指波导中电磁波传播一段距离所需的长度，是一种用于描述波导中电磁波传播特性的参数。
晶体检波器是一种用于检测微波信号的设备，它通过晶体管的非线性特性将微弱的微波信号转换为较大的直流电压信号。
在使用微波测量系统进行波导波长的测量时，可以利用系统中的反射器或耦合器产生反射信号，并测量反射信号的相位差，从而计算出波导波长。
在使用晶体检波器进行微波信号的校准测量时，可以先确定晶体检波器的增益和非线性特性，然后将待测信号与已知的标准信号进行比较，根据比较结果进行校准测量。
微波实验报告波导波长测量
篇一：电磁场与微波实验报告波导波长的测量电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量【方法一】两点法实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输te10模）终端（z＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：e ＝ey ＝e0 sin（?xa） sin?z在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
yz两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值t1和t2），就可求得波导波长为：?g ＝ 2 tmin－tmin由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：1tmin ＝ ? t1 ? t2 ?2最后可得?g ＝ 2 tmin－ tmin （参见图四）【方法二】间接法矩形波导中的h10波，自由波长λ0和波导波长?g满足公式：?g ＝???? 1 ? ? ??2a?2其中：?g＝3?108/f，a＝2.286cm通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式cλ0=确定出λ0，再计算出波导波长?g。
工作报告之磁场的测量实验报告
磁场的测量实验报告【篇一：实验报告磁场的研究】学院课实验报告级实验日期姓名:学号实验题目：实验目的：1、研究载流圆线圈轴线上各点的磁感应强度，把测量的磁感应强度与理论计算值比较，加深对毕奥-萨伐尔定律的理解;2、在固定电流下，分别测量单个线圈（线圈a和线圈b）在轴线上产生的磁感应强度b（a）和b(b)，与亥姆霍兹线圈产生的磁场b(a+b）进行比较，3、测量亥姆霍兹线圈在间距d=r／2、 d=r和d=2r, （r为线圈半径），轴线上的磁场的分布，并进行比较，进一步证明磁场的叠加原理；4、描绘载流圆线圈及亥姆霍兹线圈的磁场分布。
实验仪器：(1)圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台，台面上有等距离1.0cm间隔的网格线；(2)高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台；(3)传感器探头是由2只配对的95a型集成霍尔传感器(传感器面积4mmx 3mmx 2mm)与探头盒(与台面接触面1．毫特斯拉计2．电流表 3．直流电流源 4．电流调节旋钮 5．调零旋钮 6．传感器插头 7．固定架 8．霍尔传感器 9．大理石 10．线圈注：abcd为接线柱实验原理：（1)根据毕奥一萨伐尔定律，载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为：2(2+x2)32（5-1)2r （5-2）轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简略。
(2)亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径r。
这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁场的计量标准。
设：z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点o处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为：1??而在亥姆霍兹线圈上中心o处的磁感应强度b0′为实验内容：橙色字体的数据是在实验室测量出的原始数据，其他数据是计算所得。
微波技术：一微波测试系统的认识和调试2017
一、微波测试系统的认识和调试实验目的：1 了解微波测试系统的测量原理2 了解微波信号源的工作特性3 熟悉选频放大器的使用方法4 熟悉各种波导元件的功能和特征4 掌握测量线的使用方法5 掌握校准晶体检波器特性的方法6 学会频率测量和功率测量实验原理：一、微波测试系统微波测试系统通常由3部分组成:1等效信号源部分：包括微波信号源,功率,频率监视单元,隔离器.；2测量电路部分：包括测量线,调配元件,待测元件,辅助元件；3指示检测部分：指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,数字频率计等。
如图所示：等效源 测量电路二、微波信号源通常微波信号源有电真空和固态的两种。
电真空的震荡器主要有反射速调管和磁控管等，而固态震荡器随着微波半导体技术的迅速发展，类型越来越多，如微波晶体管震荡器，体效应管震荡器，雪崩二极管震荡器等（1）反射速调管是一种微波电子管，利用速度调制方法（用高频电场控制电子运动）改变在交变电磁场中电子流的运动速度，从而将直流能量转化为微波能量。
它的震荡频率能在一定范围内改变，且容易调谐，并能做脉冲和频率调制。
反射式速调管分为内腔式和外腔式两类。
（2）磁控管震荡器主要是指多腔磁控管，由阳极、阴极和能量输出系统组成。
利用电场和磁场来控制电子运动来实现速度调制，从本质上可以说是一个置于磁场中的二极管。
它是现今产生强功率震荡的最常用的一种电子管。
(3) 固态震荡器，在振荡原理上，微波固态震荡器可分为两种基本类型：负阻型振荡器和反馈型振荡器。
微波晶体管振荡器大多属反馈型，而其他种类的微波固态震荡器多属负阻型。
其中体效应管就是负阻效应来产生微波振荡的，它是利用某些半导体材料的体效应——即转移电子机构来进行震荡的，因此，也称为转移电子二极管。
目前，制造体效应管的半导体材料多用n型砷化镓。
砷化镓的禁带宽度E g=1.43eV大于能谷间的距离ΔE，因此，当加大电场时，并不产生电子雪崩式的击穿（即电子被加速到足够大的能量时，能产生碰撞电离，使电子数目雪崩式倍增而击穿），而下能谷的电子很容易转移到上能谷去，随着外加电场的增大，从下能谷转移到上能谷去的电子数目也增加。
第二章 微波测量仪器和系统
第二章微波测量仪器和系统
微波信号源功能与构成
一个微波振荡器，配以必要的控制驱动电路，就构成了最基本的信号源。
不同的应用，对信号源的输出有不同的特性要求。
信号源的设计，就是围绕振荡器，施加不同的控制处理电路，满足不同应用需求的过程。
普通信号发生器
在微波信号输出前加上可变衰减器，可以通过选择合适的可变衰减器控制输出信号功率范围
在振荡器后、可变衰减器前加入放大器能够隔离衰减器值变化引起的振荡器频率变化
对可变衰减器进行自动增益控制，保证输出信号稳定度（ALC是实现自动电平控制系统的简称）
带调频、调幅、方波及脉冲等信号的信号源
振荡源
振荡器模型
常用的振荡器
直接合成（混频（加、减）、倍频（乘）、分频（除）、滤波）数字合成DDS(相位累加器、相位寄存器、
非相干合成
微波信号源典型组成
微波信号源特征
显示设备和信号检测
主要性能指标：频率范围、频率响应、灵敏度、端口阻抗、最大输入功率、极性、VSWR、接头形式
功率检测
电阻侧辐射热议：利用某些温度敏感元件的电阻随所加的功率大小而变化的效
对功率大小进行检测
频谱分析仪
扫频超外差式频谱仪的原理图
噪声系数测试仪
噪声源：应用的噪声源分为三种类型
宽带电磁信息检测系统。
微波测量课件：第四章 功率测量
终端 式功 率计
正向功率Pi 3
泄露功率Pb
终端 式功 率计
4 反向功率Pr
源
放大器
负载
1
2
定向耦合器
放大器输出为50dBm（100W），负载VSWR为1.5（反射功率为36dBm，即4W）定向耦合器耦合度为30dB，
从1端口耦合到3端口的正向功率为：Pi=50dBm-30dBm=20dBm=100mW
[例3] 2 ×106 ～ 0.5 ×10-15可表述为 63dB～-153dB
8
b) dBm dB表示的是一个相对关系,而dBm是用来表
述绝对功率的大小.其定义为: 10lg（功率值P/1mw）
1mw只是作为一个参考,而只有P可以变化, 所以dBm可以表示为功率的绝对大小.
9
• [例1] 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为 0dBm。
gold leads
RF power
gold leads
RF Input
Cc
Thin-Film Resistor
hot
n - Type Silicon
cold
cold junction
hot junction
n - Type Silicon
Thin-Film Resistor
Thermocouples
Thermistor
mount
RF Power
Bias
R RT
R
-
+
R
这种自平衡电桥结构，由于热敏电阻本身还将受到环境温度 的影响，而且测试前还要先预热，校准，由于环境温度变化， 测试结果还是不可靠，对此，通常采用另一个热敏电阻来检 测环境温度的变化，予以修正。
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。
微波频率及波导波长的测量
开放项目讲义微波频率及波导波长的测量1.微波的性质微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术, 它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用, 在科学研究中也是一种重要的观测手段, 微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从图1可以看出, 微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间, 因此它兼有两者的性质, 却又区别于两者。
与无线电波相比, 微波有下述几个主要特点图1 电磁波的分类（1）. 波长短(1m —1mm): 具有直线传播的特性, 利用这个特点, 就能在微波波段制成方向性极好的天线系统, 也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号, 从而确定物体的方位和距离, 为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
（2）. 频率高: 微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短, 已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟, 甚至还小, 因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中, 而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。
另外, 微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级, 在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重, 一般无线电元件如电阻, 电容, 电感等元件都不再适用, 也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
（3）. 微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流, 而是研究微波系统中的电磁场, 以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
（4）. 量子特性：在微波波段, 电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV, 而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。
人们利用这一特点来研究分子和原子的结构, 发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科, 并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟, 原子钟。
微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量
北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验内容：微波测量系统的使用和波导波长与晶体检波器的校准测量学院：电子工程学院班级： 2014211202执笔者：组员：2017年3月25日目录实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量 (1)1.实验内容 (1)1.1实验目的 (1)1.2实验原理 (1)1.3实验设备 (2)1.4实验步骤 (4)2.实验数据与分析 (6)2.1实验测量数据 (6)2.2理论分析 (6)2.3实验分析 (6)2.4误差分析 (6)3.实验心得与体会 (7)实验二波导波长的测量 (8)1.实验内容 (8)1.1【方法一】两点法 (8)1.2【方法二】间接法 (10)2.实验步骤 (11)2.1晶体检波率公式计算 (15)2.2误差分析 (16)2.3间接法测量波导波长 (16)3.思考题 (16)4.实验总结 (17)实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量1.实验内容1.1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。
1.2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，实验系统主要的工作原理如下图：1.3实验设备1.晶体检波器微波测量中，为指示波导（或同轴线）中电磁场强度的大小，是将它经过晶体二极管检波变成低频信号或直流电流，用电流电表的电流1来读数的。
从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。
2.波导管本实验所使用的波导管型号为BJ—100，其内腔尺寸为a=22.86mm，b=10.16mm。
其主模频率范围为8.20——12.50GHz，截止频率为6.557GHz。
3.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。
微波信号功率的测量ppt课件
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。
VO (log)
Voµ PIN
+
Cb
Vo
-
Linear Region
0.1 nW -70 dBm
0.01 mW -20 dBm
PIN
[watts]
33
34
改进的功率传感器 更宽的动态范围
35
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。
Po 1g
2
PA称为资用功率，它表明信号源可能输出的最大功率。
P LPA
2
1g
1L2
2
1gL
上式即为功率关系式。
17
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。
基本原理：测辐射热式功率计主要由指示器(一般为电桥)和测辐射热器传 感器组成。测辐射热器传感器是对温度极其敏感的电阻器件。当它吸收功率 以后，温度便会升高，随之它的电阻也发生相应变化，使用电桥电路，可以 检测出电阻的变化，从而可确定它所吸收的功率。
37
式中τ=C1/G，热时间常数；θs=P/G，稳态温差。 可见，θ=θs（t→∞）~P。
38
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
微波工作波长的测量
实验报告专用纸姓名：学号：实验台号：实验日期：实验名称：微波工作波长的测量成绩：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实验目的1.熟悉测量线的使用方法。
2.掌握工作波长测量的方法。
联一个导纳，从而影响系统的工作状态。
为了减小其影响，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选择合适的探针穿伸度、调谐探头和测定晶体检波特性。
实验仪器探针电路的调谐方法：先使探针的穿伸度适当，通常取1.0～1.5mm。
然后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，直到输出指示最大。
（2）波长测量测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。
实验原理1．测量系统的连接与调整进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测试系统。
图3－1示出实验室常用的微波测试系统，信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧，以便于操作。
连接系统平稳，各元件接头对准。
晶体检波器输出引线应远离电源和输入线路，以免干扰。
如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生误差。
图3－1 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。
本实验讨论驻波测量线的调整和晶体检波器的校准。
2．测量线的调整及波长测量（1）驻波测量线的调整驻波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，如测驻波、阻抗、相位、波长等。
实验原理a. 用谐振式波长计测量。
调谐波长计，使得指示器指针达到最大值，记录此时的波长计刻度，查表，确定波长计谐振频率，再根据fc=λ，计算出信号源工作波长。
b. 用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻波，移动测量线探针，测出两个相邻驻波最小点之间的距离，即可求得波导波长，再根据公式（3－2）计算出工作波长。
c. 将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，则探针检测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小值，即为相邻的另一个驻波节点，短路器活塞移动的距离等于半个波导波长。
微波技术实验指导书
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。 在波导中，还可利用下面公式计算波导波长：
g
0 1 ( 0 / 2 a )
(2-8)
式中，λ0 为真空中自由空间的波长(实验中近似有 λ0≈λ)。 4. 频率测量 微波频率测量是利用微波圆柱谐振腔体制作而成的一种谐振吸收式波长表。当吸收式波长 表与信号源产生的微波信号频率共振时，将从电路中吸收最大的能量，系统中选频放大器的指 示达最小，此时在频率计上圆柱谐振腔的固有频率与系统的工作频率相同，从频率计上直接读 出频率 f0 值即为信号源的工作频率。该频率计测量频率范围为 8.2~12.4GHz、测量精度可达 ≤0.3% 。另外信号源工作频率 f 可由工作波长 λ 求得：
图 2-2 交叉读数法测量波节点位置 为了使测量波导波长的精度较高(接近实际的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。在 测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I0 (可选取最大值的 20%)所对应的两个位置 d1、d2，则取 d1、d2 之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置 dmin1 。 用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置 dmin2 ，如图 3-1 所示，则 dmin1 、dmin2 与系统中波 导波长之间的关系为：
实验原理
图 1-1 示出了实验室常用的微波测试系统。进行微波测量时，首先要正确连接与调整微波 测量系统。微波测量系统的调整主要指微波信号源、微波测量线的调整、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． 微波测量线的调整 微波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、反射 系数、阻抗、相位和波长等。 测量线通常由一段开槽传输线、探头座（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（即调谐装置） 。通常测量线探针深度及调谐装置均 已调好，不易轻易变动！ 2． 晶体检波器的工作原理 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 10μA)情况下，近似为平方律检波，即 n=2，此时选频放大器的分贝量程 一般置于 50 dB (或 60dB)档；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，此时测量线上为纯驻波， 其相对电压按正弦律分布，即：
电子科大课件微波测量第二部分测量用信号源
信号源的频率、功率和调制方式等参数可 以进行调节，以满足不同测量需求和实验 条件。
信号源作为微波测量系统中的重要组成部 分，其性能直接影响整个测量系统的性能 和灵活性。高性能的信号源能够提高整个 测量系统的性能和适应性。
信号源的发展历程与趋势
发展历程
微波信号源的发展经历了从电子管型到晶体管型、从普通信号源到合成信号源的演变过程。随着科技 的不断发展，微波信号源的频率范围、稳定性、可靠性等性能指标得到了不断提高。
测量用信号源的实验数据分析与处理
数据记录
详细记录实验数据，包括信号源 的输出参数、频谱分析仪的测量 结果等。
数据分析
根据实验目的，对记录的数据进 行分析，提取有用的信息，如频 谱特性、功率等。
结果处理
对分析结果进行整理、归纳和总 结，得出实验结论，为后续研究 提供参考和依据。
THANKS
电子科大课件微波测量第二 部分测量用信号源
目录
• 信号源概述 • 测量用信号源的原理与技术 • 测量用信号源的应用场景与实例
目录
• 测量用信号源的未来发展与挑战 • 测量用信号源的实验与操作技巧
01
信号源概述
信号源的定义与分类
01
02
定义
分类
信号源是指能够产生一定参数特性、按照预定要求输出的电信号的设 备或装置。在微波测量中，信号源通常指微波信号源，用于产生微波 频率的信号。
精度等性能参数。
03
雷达信号源通常采用频率合 成技术实现高精度和高稳定
性的信号输出。
电中的信号源用于 产生欺骗干扰、压制干扰等所 需的电磁信号。
信号源需要具备快速跳变、高 捷变速度和高功率等特性，以 有效干扰敌方雷达和通信系统 。
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电磁场与微波测量实验报告
实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量
学院：电子工程学院
班级：2012211205
组员：秦爽左斌华姜铁增杨抒含
撰写人：杨抒含
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。
二实验原理：
本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。
该系统由以下十一个部分组成：
1.微波信号源
DH1121C型微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
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。
3.衰减器
把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计
电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线
测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。
线开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
由于探针与电场平行，电场的变化在探针上就感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。
6.检波晶体
微波测量中，为指示波导（或同轴线）中电磁场强度的大小，是将它经过晶体二
极管检波变成低频信号或直流电流，用电流电表的电流1来读数的。
从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。
7.选频放大器
用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz附近的信号，经整流平滑后输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。
8.喇叭天线
9.匹配负载
波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。
10.短路片
11.失配负载
三实验方法和过程：
（一）熟悉实验器材操作方法：小组成员共同学习实验器材的使用方法和注意事项。
（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
先将信号源的工作方式选为：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；再将信号源的工作方式选为：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）熟悉选聘放大器的使用；
（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。
由于波长和平率直接满足关系，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从，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，将出现波峰。
反映在建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。
（二）波长计测量信号波长：小组成员分工协作，有序完成实验数据的测量。
（1）微调单旋调配器，事腔偏离匹配状态（出于匹配状态时，电流会达到一个最小值），检波电流计上有一定示数（大于最小值）
（2）调节波长计使检波电流计再次出现最小值的时候，读出此处波长计的刻度值为：9.267mm
（3）按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得到对应的信号源频率值；
（4）改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，每隔0.1G测量一次，记录在数据表格中；
四实验结果与分析:
表格数据结果如下图所示：
信号源频率值波长表读数查表得到频率信号源误差（%）8.6 无无
8.7 11.536 8.672 0.32
8.8 10.271 8.77 0.34
8.9 9.102 8.87 0.33
9 8.054 8.97 0.33
9.1 7.143 9.065 0.38
9.2 6.241 9.167 0.36
9.3 5.445 9.264 0.39
9.4 4.745 9.357 0.46
9.5 3.999 9.464 0.38
9.6 3.312 9.569 0.32
根据以上表格数据可知:本实验的波长表读数对用表中的频率值与真实的频率值误差范围为0.32%—0.46%，误差很小在可控范围内。
产生误差的原因为：仪器测量产生的误差。
因此，可以采用该方法测波长。