实验微波测量系统认识与调试

实验一 微波测量系统的认识与调试

一、实验目的与要求

应用所学微波技术的有关理论知识，理解微波测量系统的工作原理，掌握调整和使用微波信号源的方法，学会使用微波测量系统测量微波信号电场的振幅。了解有关微波仪器仪表，微波元器件的结构、原理和使用方法。

二、实验内容

1．掌握下列仪器仪表的工作原理和使用方法

三厘M 标准信号发生器

2．了解下列微波元器件的原理、结构和使用方法

波导同轴转换器

三、实验原理

本实验的微波测试系统的组成框图如图一所示

图 一 信号源

波导同轴转换器 单螺钉调配器

功率探头

数字功率计 微波频率计 E-H 面调配器

魔T

定向耦合器 H 面弯波导 晶体检波器 测量线 选频放大器

可变衰减器

它主要由微波信号源、波导同轴转换器、E-H面阻抗双路调配器、测量线和选频放大器主要部分组成。下面分别叙述各部分的功能和工作原理，其它一些微波元器件我们将在以后的实验中一一介绍。

1．微波信号源

1.1基本功能

1.1.1提供频率在7.5～1

2.5GHz范围连续可调的微波信号。

1.1.2该信号源可提供“等幅”的微波信号，也可工作在“脉冲”调制状态。本系统实验中指示器为选频放大器时，信号源工作在1KHz “”方波调制输出方式。

1.2工作原理

1.2.1本信号源采用体效应振荡器作为微波振荡源。体效应振荡器采用砷化镓体效应二极管作为微波振荡管。振荡系统是一个同轴型的单回路谐振腔。微波振荡频率的范围变化是通过调谐S型非接触抗流式活塞的位置来实现的，是由电容耦合引出的功率输出。

1.2.2本信号源采用截止式衰减器调节信号源输出功率的强弱。截止式衰减器用截止波导组成，其电场源沿轴线方向的幅度是按指数规律衰减。衰减量<用dB 表示）与轴线距离L成线性关系，具有量程大的特点。

1.2.3本信号源用微波铁氧体构成隔离器。

在微波测量系统中，一方面信号源需要向负载提供一个稳定的输出功率；另一方面负载的不匹配状态引起的反射破坏信号源工作的稳定性，使幅、频发生改变、跳模等。为了解决这个问题，往往在信号源的输出端接一“单向传输”的微波器件。它允许信号源的功率传向负载，而负载引起的反射却不能传向信号源。这种微波器件称之“隔离器”。

这类隔离器在3cm波段可以做到正向衰减小于0.5dB，反向衰减25dB。驻波比可达1.1左右。隔离器上箭头指示方向即为微波功率的正向传输方向。

1.2.4本信号源采用PIN管作控制元件，对微波信号进行方波、脉冲波的调制。

1.2.5本信号源功率输出端接有带通滤波器。它滤去7.5～12.5GHz频率范围的谐波，使信号源输出信号频谱更纯净。

注1：打开信号源的上盖板，即可看到信号源的同轴谐振腔、截止式衰减器、PIN调制器和带通滤波器等结构。

注2：有些单位采用本公司生产的YM1124信号发生器。它是9.37GHz点频信号源，采用介质振荡技术。频率稳定度高、输出功率大、有“等幅”和

“1KHz”方波两种工作状态。输出为BJ100波导口。

2．波导同轴转换器

2.1基本功能

提供从同轴输入到波导输出的转换。

2.2工作原理

波导同轴转换器是将信号由同轴转换成波导传输。耦合元件是一插入波导内的探针，等效于一电偶极子。由于它的辐射在波导中建立起微波能量。探针是由波导宽边中线伸入，激励是对称的。选择探针与短路面的位置，使短路面的反射与探针的反射相互抵消，达到较佳的匹配。

3．E-H面阻抗双路调配器

3.1基本功能

微波传输<测量）系统中，经常引入不同形式的不连续性，来构成元件或达到匹配的目的。

E-H面阻抗调配器是双支节调配器。在主传输波导固定的位置上的E面<宽边）和H面<窄边）并接两个支节。通过调节二个支节的长度以达到系统调配。

3.2结构和工作原理

E-H面阻抗调配器是由一个双T波导和两只调节活塞组成。调节活塞是簧片式的接触活塞。调节E面活塞，等于串联电抗变化，调节H面活塞等于并联电纳的变化<两者配合使用）。

4．微波测量线

4.1基本功能

微波测量线是用来测量微波传输线中合成电场<沿轴线）分布状态<含最大值、最小值和其相对应的位置）的设备。利用微波测量线<系统）可以测得微波传输中合成波波腹<节）点的位置和对应的场幅、波导波长<相波长）和驻波比等参数。微波测量线有同轴测量线和波导测量线。本实验采用波导测量线。4.2结构和工作原理

本实验中的测量线采用BJ-100型矩型波导，其宽边尺寸为ａ＝22.86mm，窄边尺寸为ｂ＝10.16mm，频率范围为8.2～12.5GHz。测量线一般包括开槽线、探针耦合指示机构及位置移动装置三部分。

当测量线接入测试系统时，在它的波导中就建立起驻波电磁场。众所周知，驻波电场在波导宽边正中央最大，沿轴向成周期函数分布。在矩形波导的

宽边中央于它轴的方向开一条狭槽，并且伸入一根金属探针2，则探针与传输波导1电力线平行耦合的结果，必然得到感应电压，它的大小正比于该处的场强，交流电流在同轴腔3组成的探针电路内，由微波二极管4检波后把信号加到外接指示器，回到同轴腔外导体成一闭合回路。因此指示器的读数可以间接表示场强的大小。

图二 波导测量线工作原理示意图

当探针沿槽移动时，指示器就会出现电场强度E max 和E min 。从而求得：

由标尺指出探针位置可以测出极小点至不连续面的距离dmin ，从而可以测量阻抗。调谐活塞5在检波头中使晶体处于驻波的腹点以得到最大指示。检波滑座6用来支持检波头，并可沿轴向移动。在移动时保证探针与波导的相对位置不变。

5．选频放大器

本实验采用选频放大器<一种检测微弱信号的精密测量放大器）对微波二极管的检波电流进行<线性）放大。

5.1基本功能

本选频放大器由四级低噪声运算放大器组成的高增益音频放大和选频网络组成。可使放大电路在“窄带内”对微弱音频信号进行放大，以减小噪声和微波信号源中寄生调频的影响，保证测量的精度。5

3 1

6

2

4 1、传输波导

2、探针

3、同轴腔

4、微波二极管

5、调谐活塞

6、检波滑座