南昌大学微波技术与天线实验报告

实验报告

实验课程：微波技术与天线

学生姓名：

学号：

专业班级：

2011年 6月3日

目录

实验一微波测量系统的认识及功率测量

实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算

实验三微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算

实验四微波网络参数的测量、分析和计算

实验一微波测量系统的认识及功率测量

一、实验目的：

（1）熟悉基本微波测量仪器；

（2）了解各种常用微波元器件；

（3）学会功率的测量。

二、实验内容：

1、基本微波测量仪器

微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括

微波信号特性测量和微波网络参数测量。

微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。

测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络

分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。

图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。

图1-1 微波测量系统

2、常用微波元器件简介

微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：（1）检波器（2）E-T 接头（3）H-T 接头（4）双T 接头

（5）波导弯曲（6）波导开关（7）可变短路器（8）匹配负载

（9）吸收式衰减器（10）定向耦合器（11）隔离器

3、功率测量

按图1-1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。

三、实验数据及处理

1、实验数据如下表：

0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 衰减器位置

(mm)

11.5 11.3 10.8 9.4 7.5 6.0 4.1 2.6 1.8 1.0 功率计读数

(μw)

2、衰减器指示与功率指示的关系曲线

四、思考题

简述微波小功率计探头的工作原理。

微波小功率计功率探头的主体是一个铋、锑热电堆，这是将金属铋和锑用真空喷镀法镀在介质片上（介质基片可用云母、涤纶、聚烯亚胺等材料）形成热电堆后，放在波导或同轴电场最强处，它即是终端吸收负载，又是热电转换元件。所以作为终端负载，它的阻值必须与传输线的等效阻抗相匹配。当微波功率输出时，热电耦吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高，这就与冷节点产生温差而形成温差电动势，它产生的直流电动势与输入微波功率是成正比的。热电堆输出的直流讯号是很薄弱的，指示器经直流放大后再作功率指示。

实验二微波波导波长、频率的测量、分析和计算一、实验目的

（1）学会微波测量线的使用；

（2）学会测量微波波导波长和信号源频率；

（3）分析和计算波导波长及微波频率。

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

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：

⎪⎪

⎭

⎫ ⎝⎛=g d U U λπ2sin max 式中 ，d 为离波节点的距离，Umax 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

n

g d C I ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λπ2sin 根据上式就可以用实验的方法得到图所示的晶体检波器的校准曲线。

3． 波导波长的测量原理

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zmin 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4 … 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。

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-+-+-+-=0min 10min 20min 30min 423421z z z z z z z z g λ 由教材内容（见习题2-5） ，工作波长与波导波长有如下关系：