微波实验一

中南大学

微波一实验报告

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2015年6月8日

实验一基本微波测量系统的使用方法

（一）实验目的

1.了解波导（或同轴）测量系统，熟悉基本微波元件的作用。

2。掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。

3。掌握用频率计测量频率的方法。

（二）实验原理

1.驻波测量线

探测微波传输系统中电磁场分布情况，测量反射系数，电压驻波比，阻抗（或导纳），

调匹配，测量谐振腔品质因数等…，使微波测量的重要工作。测量所用基本仪器是驻波测量线。

1

2

3

5

4

6

7

到测量放大

器

1.标尺

2.探针深度调节螺母

3.探针调谐机构

4.检波器调谐旋钮

5.探针

6. 窄槽

7.波导

图1-1 波导测量线结构原理图

本实验所用测量线是3cm波导测量线。图1-1是3厘米波导性测量线CLX-6的结构原理图。它包括一段波导，在波导宽边的中央，开有一条平行于波导轴线的窄槽，其上装有晶体

检波器，调谐腔及金属探针。探针经窄槽插入波导内并于电场平行，其上感应一个电动势经

同轴探针座送到晶体检波器，被检波后从测量放大器电表读出，当探针座沿波导移动时，放

大器读数就间接表示了波导内电场大小的分布，找出电场的最大值与最小值及其位置，就能

求出驻波大小及相位。

当探针插入波导时，在波导中会引入不均匀性，影响系统的工作状态，因而分析时为了

方便起见，通常把探针等效成一导纳与传输线并联，如图1-2所示。

其中u G 为探针等效电导，反映探针吸收功率的大小。u B 为探针等效电纳，表示探针在波导中产生反射的影响，当终端解任意阻抗时由于u G 的分流作用，驻波腹点和电场强度都要比真实值小，而u B 的存在将驻波腹点和节点的位置发生偏移，当测量线终端短路时，驻波节点处的输入导纳in Y →∞趋近于无穷大，驻波最大点A 及最小点in G =0的圆上。如果探针放在驻波的波节点B 上，由于此点处的输入导纳in Y →∞，故u Y 的影响很小，驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻波的波腹点，由于此点处的输入导纳in Y →0，故u Y 对驻波腹点的影响就特别明显，探针呈容性电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。如图1-3所示。

所以探针引入的不均匀性将导致场的图形畸变。使测得的驻波波腹值下降，而波节点略有增高，造成测量误差，于是探针导纳影响变小，探针愈浅愈好，但这是在探针上的感应电动势也变小了。通常我们选用的原则是在指示仪表上有足够指示下，尽量减小探针深度，一般采用的深度应小于波导高度的10-15%。而u B 影响的消除是靠调节探针座的调谐电路来得到。 探针电路的调谐方法是将探针深入长度放在适当深度（通常用 1.0-1.5mm ）,测量系统终端短路，将探针移至二波节点之正中位置，调节晶体座的调谐活塞，直至输出指示最大此时u B 已减至最小，调谐的过程就是减小探针反射对驻波图形影响和提高测量系统灵敏度的过程，是减小驻波测量误差的关键，必须认真调整。必须指出，当信号源的频率或探针深度改变时，由于探针等效导纳也随之改变，所以必须重新对探针进行调谐。

最后说明一下，当探针沿线移动时，由于制造上不精确的原因使探针有上下左右的晃动，因而使探针与场耦合发生变化，测得的电场分布也将出现畸变。 2.晶体检波特性校准：

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直流电表的电流I 来读书的，但是，晶体二极管是一种非线性元件，

Lg Ll

Yu

jBu

Rq

E

Gu

Yl

图1-2 探针等效电路

图1-3 探针电纳对驻波分布图形的影响

B 波节点 A

波腹点 D 负载

电源

B

A

D

向负载

向电源

亦即检波电流I 同场强E 之间不是线性关系，通常表示为：

I=k*n

E （1.1）

其中k,n 是和晶体二极管工作状态有关的参量，，如n=1,I ∝E 称为直线律检波，当n=2，I ∝2

E 称为平方律检波，当微波场强较大时呈现直线律，当微波场强较小时（P<1μw ）呈现平方律。因此当微波功率变化大时n 和k 就不是常数，且和外界条件有关，所以在精密测量中必须对晶体检波器进行校准。

校准方法是：将测量线终端短路，仔细调谐好检波腔，测出场沿线分布的检波电流I ，作出如图（1-4）的图形。

由于测量线终端短路，电场强度沿线按正弦规律分布，故又可在场图上划出实际场强分布)2sin(

/max g

l

E E λπ=.其中l 是探针距波节的距离，g λ是波导波长。按照max /E E 和

I 的变化规律，在同一l 下比较E/Emax 和I 的值，就能作出晶体校准曲线max /I I =f(max /E E )如图（1-4）所示，如把max /I I 和 max /E E 画在全对数坐标纸上，连成平化曲线，则曲线斜率即为晶体检波率n,晶体检波律n 的另一种测量方法是测量检波电流对

峰值电流为0.5时两个等指示度之间的距离W,即可计算 n=

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛g

W λπcos log 5.0log （1.2）

实验室内大多数微波测试系统是属于小信号工作状态，因此晶体检波律近似为平方律，取n=2。

λg/4 Tmin2

Tmin1 I/Imax -2 -1 0

0.1

0.2

0.3 0.5 0.7 1.0 -3 -9

E/Emax

图1-4 检波晶体特性校准

I(μA )

100

60 80 40 20 0

T1

T2

T3

T4

λg/4 λg/2

电表指示I 1.0 0.8 0.4 0.6 0.2