试验四衰减测量

衰减测量

一、目的与意义

在微波传输系统中，接入的各种微波元件如波导段、弯头、过滤器等等，必然会减少传输线输送给负载的功率电平。这种影响的的数量关系常用“衰减”表示。因此“衰减量”的测量成为衡量插入元件对功率电平影响程度的一个重要参数。

二、实验原理和方法

图一（a ）表示从匹配的微波信号源用传输线把微波功率传输给匹配负载。由于信号源、传输线及负载相匹配，信号源所提供的最大功率1P 全部为匹配负载所吸收。图一（b ）将待测衰减网络接在信号源与匹配负载之间，若此时匹配负载所吸收的功率为2P ，则该衰减网络的衰减量A 定义为在微波信号源与负载对传输线都匹配的情况下，未接入衰减网络时匹配负载吸收的功率1P 与接入衰减网络后，匹配负载吸收的功率2P 之比，取对数。即

()110l g 2

P A d B P = （1） 由此看出：在匹配的信号源和匹配负载的条件下所测量的衰减量A 包括两项损失，即在网络中的“耗散损耗”和网络输入端与传输线不匹配而引入的“反射损耗”。一般来说反射损失小于耗散损失，因而衰减量A 被认为是耗散损失，而将反射损失作为测量过程中由于失配而产生的误差。

图一　衰减网络示意图(a)(b)

衰减量的测量方法有多种，如功率比法、替代法（高频、中频、低频替代法）、调配反射计法、调制付载波法等等。这里仅介绍功率比法及高频替代法。

1. 功率比法：

功率比法是根据衰减量的基本定义确定待测元件衰减量的方法。在平方律检波的条件下，检波器的输出与检波器所吸收的微波功率成正比。因此把平方律检波器与选频放

大器组合起来可以作为相对功率指示器。它的测量范围受检波系统的噪声和平方律上限的限制。一般根据待测衰减量的大小，功率比法又可分为平方律检波法和驻波法，前者适用于中衰减量（小于15dB）的测量，后者适用于较小的衰减量（小于5dB）的测量。

平方律检波法的测量电路如图二所示，各元件作用如下：

图二　平方律检波法测量衰减的电路图

隔离器

器

匹配器Ｉ

器

隔离器保证微波信号源有不小于15dB的隔离衰减量，匹配器I作为匹配信号源之用，匹配器II作为匹配检波器用，可调衰减器、匹配器、检波器、选频放大器组合起来作为平方律检波器即相对功率指示器用，可变衰减器用来调节输入到检波器的功率电平以满足平方律检波的要求。测量线是为了调节端面1-1和2-2的匹配而接入的。设端

面1-1向信号源看入的反射系数为

g

Γ，端接面2-2向负载方向看入的反射系数为

d

Γ，

经仔细认真地调配后，假定0

g d

Γ=Γ=。待测元件接入之前选频放大器指示为1()

A dB。接入后，指示为2()

A dB，则待测衰减量21()

A A A dB

=-。

2. 高频替代法

替代法是用已校准衰减器的衰减量替代被测网络的衰减量来进行测量的一种方法。为此在微波信号源和检测网络之间的适当部位接入一个经过校准的标准精密衰减器作为替代之用，测量时先不接入被测网络，将标准衰减器调整到适当的衰减量，使功率检测系统指示到某一适当基准电平，然后将被测网络接入，同时相应地减少标准衰减器的衰减量，使检测系统的指示等于原来的基准电平。显然，被测网络的衰减量就等于标准衰减器前后两次衰减量之差。

根据所用标准衰减器工作频率的不同，可分为高频替代法、中频替代法和低频替代法三种。

高频替代法就是采用精密的微波衰减器作为替代标准。常用“旋转极化标准衰减器”和结构精良的“精密标准衰减器”。这种方法实际上是直接利用衰减器的的标准进行测量。其结果比较正确可靠。

高频替代法测量衰减的电路如图三所示，电路中的信号源系统、负载系统与前述功

率比法相同。只是在被测网络之后接入了一个微波标准可调衰减器。

图三　高频替代法测衰减

隔离器

衰减器

单螺调

配器

器

在进行测量前同样必须对测量系统调匹配，以构成匹配的负载系统与匹配的信号源，调匹配的方法与功率比法相同，系统调配之后即可进行测量，先不接入被测网络，调节标准衰减器的衰减量，使选频放大器有适当读数，记下此时标准衰减量的读数L1和基准电平。然后接入被测网络，调节标准可变衰减器使指示器读数和基准电平相同，记下此时标准衰减器的衰减量L2，两次衰减量之差就是被测网络的衰减量12

L L L

=-

分贝。

用晶体检波器做指示器时，由于检波晶体灵敏度较低，此法一般仅能测到约30dB的衰减量。需要测量更大衰减量时，采用高灵敏度的微波接收机或频谱分析仪做检测装置，测量范围可扩大到约7080

-分贝。

三、实验仪器及装置图

微波信号源选频放大器测量线

衰减器铁氧体隔离器

实验装置图

(一)

（二）

四、实验内容及步骤

1．用功率比法测量铁氧体隔离器的正、反向衰减量。

测量步骤如下：

(1).按实验一调整波源驻波比尽可能小，一般小于1.05。

(2).用匹配器II 调检波器的驻波比尽可能小。

(3).用可变衰减器控制到达检波器的功率不大于0.5mw （对于调制波检波输出电压不大于几毫伏，连续波输出电流不大于10毫安），以保证检波器的平方律特性。也可用2G A ⨯小功率计直接测量到达检波器的功率是不是0.5mw 。

(4).记下未接入待测元件时选频放大器指示值1A 。

(5).将待测元件接入，记下此时的指示值2A 。计算衰减量21()A A A dB =-。

2．用高频替代法测量铁氧体隔离器的正、反向衰减量。

高频替代法的测量步骤如下：

ρ〈。

(1).调波源匹配 1.05

g

ρ〈。

(2).调负载匹配 1.1

l

(3).不接入待测网络，测得标准衰减器的起始衰减量1L及基准电平a。

(4).将待测件接在标准衰减器前面，减少衰减量以保持基准电平a不变。读取此时的标准衰减量2

=-。

L L L

L。计算衰减量12

（不同的标准衰减器有不同的衰减量定标曲线）。

五、思考题

1．功率比法与高频替代法相比，哪一个准确些？为什么？

2．为什么说铁氧体隔离器是个非互易元件？

六、注意事项

1．使用前必须早二十分钟预热功率计，调节好零点，将功率计探头接入电路。为防止探头内的热偶烧毁，使用功率计应注意以下几点：

①.要先开信号源，而后将功率计探头按以上进行测量。

②.选择倍乘适中的功率探头，尽量少用1

⨯的探头。

③.测量开始时，信号源与功率计之间的衰减器的衰减量应大些，以后适当减小。2．高频替代法的准确度，除失配、泄漏等共同性误差外，主要依赖于在替代读数过程中，信号源和指示器能否保持高度稳定。信号源幅度不稳将直接造成误差，最好用自动稳幅源；信号源频率变化将引起诸调配器匹配程度变差，从而引起失配误差。其次标准可调衰减本身的精度直接决定了测量精度。在波导系统中最好采用旋转极化式标准衰减器。