微波駐波實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

微波特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解微波測(cè)試系統(tǒng)的組成及各部分的作用，正確使用實(shí)驗(yàn)儀器。2、 了解微波信號(hào)源的工作方式及信號(hào)的檢測(cè)方法。3、 熟練掌握交叉讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)的方法。4、 了解測(cè)量線調(diào)整和使用方法。5、 通過測(cè)量觀察測(cè)量線終端接不同負(fù)載（短路、開口、匹配負(fù)載、晶體檢波器）時(shí)系統(tǒng)中形成的駐波分布情況。6、 掌握直接法測(cè)量負(fù)載駐波比。二、 實(shí)驗(yàn)原理微波測(cè)試系統(tǒng)微波測(cè)試系統(tǒng)通常有同軸和波導(dǎo)兩種系統(tǒng)。同軸系統(tǒng)頻帶寬，一般用在較低的微波，頻段（2cm波段以下）；波導(dǎo)系統(tǒng)（常用舉行波導(dǎo)）損耗低、功率容量大一般用在較高頻段（厘米波直至毫米波段）。微波測(cè)試系統(tǒng)通常由三部分組成，如圖12所示。圖12微波測(cè)試系統(tǒng)PX-16 頻率計(jì)框圖中的頻率計(jì)準(zhǔn)確的說是一種諧振式波長(zhǎng)表，是利用微波諧振腔體制作而成，可分為吸收式和傳輸式兩大類。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)吸收式波長(zhǎng)表與信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率共振時(shí)，將從電路中吸收最大的能量，此時(shí)，系統(tǒng)中通過波檢波指示最小，在表上可以直接讀出其共振0值。本實(shí)驗(yàn)時(shí)采用 一種吸收式頻率計(jì) ，測(cè)量頻率范圍為8.2GHz12.4GHz，利用圓柱形諧振腔的工作原理，直接標(biāo)記頻率度，在用它測(cè)量頻率過程中，只需要緩慢旋動(dòng)套筒，當(dāng)在選頻放大器上觀察到信號(hào)大小發(fā)生變化或者在示波器上觀察到吸收峰時(shí)，可以確定此時(shí)圓柱形諧振腔的固有頻率與系統(tǒng)的工作頻率相同，從頻率計(jì)上讀出的頻率值即為信號(hào)源的工作頻率。讀取頻率值時(shí)，在兩條水平線之間讀取豎向紅線處的頻率值TC26 測(cè)量線是屬于波導(dǎo)型測(cè)量線，它是利用波導(dǎo)寬邊正中間壁電流分布的特點(diǎn)沿縱向開槽，外加探針通過開槽深入波導(dǎo)系統(tǒng)中提取能量。在測(cè)量線上有確定探針位置的刻度尺，進(jìn)行測(cè)量時(shí)，旋動(dòng)旋鈕，移動(dòng)探針，探針從波導(dǎo)中提取的能量通過微波檢波器進(jìn)行檢波，從而可以用示波器、選頻放大器或者直流電流表進(jìn)行檢測(cè)與指示。通常探針的穿伸度及調(diào)諧裝置均已調(diào)整好，不宜輕易變動(dòng)。晶體檢波器為了提高對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)的靈敏度，需對(duì)微波等幅波信號(hào)或者方波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行檢波。未經(jīng)調(diào)制的微波信號(hào)經(jīng)檢波后變成直流電流，此時(shí)可用檢流計(jì)或微安表直接作為指示器選頻放大器1KHz 方波調(diào)制的微波信號(hào)經(jīng)檢波后，得到 1KHz 的方波信號(hào)，需用選頻放大器作為指示器。選頻放大器是用來放大和測(cè)量微弱低頻交流信號(hào)的低噪聲精密測(cè)量?jī)x器，配合微波測(cè)量線使用可測(cè)量波導(dǎo)系統(tǒng)的駐波系數(shù)。XF-01、YM3892、DH388A0 等選頻放大器是目前常用的幾種國產(chǎn)選放。除了可對(duì)電流或電壓進(jìn)行直讀測(cè)量，還具有分貝讀數(shù)以及1-4(或 3-10)駐波比刻度線，因此可以很方便地直讀小反射器件的駐比。通常將輸入量程衰減器至于 50dB 或 60dB 檔處，以確保檢波器工作于平方律檢波。其頻率微調(diào)旋鈕用于調(diào)節(jié)選放回路的諧振頻率，當(dāng)其與信號(hào)源調(diào)制頻率相同時(shí)輸出最大功率計(jì)用來直接測(cè)量連續(xù)波或脈沖調(diào)制微波信號(hào)平均功率大小的儀器短路板在微波測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)終端短路的微波標(biāo)準(zhǔn)器件。匹配負(fù)載在微波測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)匹配的微波終端標(biāo)準(zhǔn)器件駐波分布特性試驗(yàn)測(cè)試框圖當(dāng)波導(dǎo)存在不均勻性或負(fù)載不匹配時(shí)，波導(dǎo)中存在駐波。駐波比定義為波的最大振幅與波的最小振幅之比，即其中I和I分別是駐波的波腹點(diǎn)的建波和波節(jié)點(diǎn)的檢波電流值在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量駐波比的方法是直接法，所使用的一起是選頻放大器。在選頻放大器上，有駐波比指示的刻度線。直接操作的具體步驟如下：在終端接上被測(cè)負(fù)載，然后將測(cè)量線的探針移到測(cè)量線中間部位的某個(gè)波腹點(diǎn)；通過調(diào)節(jié)可變衰減器，將波腹點(diǎn)的電表指示值調(diào)整為滿刻度，在信號(hào)源、衰減器等系統(tǒng)狀態(tài)都不變的條件下，接著將測(cè)量線探針移到波節(jié)點(diǎn)的位置，這時(shí)讀取選頻放大器上駐波比刻度線所對(duì)應(yīng)的值就是終端負(fù)載駐波比的值。當(dāng)駐波比在1.05S1.5時(shí)，駐波的最大值與最小值相差不大且不尖銳，加上測(cè)量線本身機(jī)械不平度的影響，因此不易測(cè)準(zhǔn)，為此，可移動(dòng)探針到幾個(gè)波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)記錄多個(gè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行平均。取平均的方法有幾種。這里列出兩種，可任選一種計(jì)算，在平方律檢波情況下：S=或S=必須指出，在尖銳駐波比測(cè)量時(shí)，探針導(dǎo)納的存在將對(duì)測(cè)量造成較大誤差，因此應(yīng)盡量減小探針插入深度，以保證測(cè)量準(zhǔn)確度阻抗測(cè)量的基本原理根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，傳輸線駐波分布情況和終端負(fù)載主抗直接有關(guān)。由傳輸理論可以證明單口波導(dǎo)元件的歸一化阻抗Z與傳輸系統(tǒng)的波導(dǎo)波長(zhǎng)g，駐波比S和駐波節(jié)點(diǎn)距終端距離d有下列單值的對(duì)應(yīng)關(guān)系式： 而負(fù)載歸一化導(dǎo)納為：易于求得歸一化負(fù)載阻抗與駐波比S和波節(jié)點(diǎn)相位之間更為簡(jiǎn)潔的關(guān)系為：由此可見，單口元件阻抗測(cè)量的問題可以歸結(jié)為駐波測(cè)量的問題，當(dāng)將測(cè)量線的輸出端接上待測(cè)的單口元件，分別測(cè)出沿線的S，波導(dǎo)波長(zhǎng)g和d之后，阻抗測(cè)量的問題也就解決了。根據(jù)傳輸?shù)膱D解法原理，還可以利用阻抗原圖或?qū)Ъ{圓圖，根據(jù)測(cè)得的S，d和g來求解單口元件歸一化或.2.5.3 膜片介紹理論分析表明：當(dāng)膜片厚度 t 滿足 t時(shí)，它的等效電路為一并聯(lián)的導(dǎo)納Y = G + jB(是金屬膜片的趨膚深度)，使傳輸引起不連續(xù)。（a）膜片有電容作用，故稱為容性膜片，(b)膜片有電感作用，稱為感性膜片。由于膜片的損耗極小，通常把它們的電導(dǎo)分量 G忽略，而電納 B 在一級(jí)近似下可以表示為：容性膜片：感性膜片：三、 實(shí)驗(yàn)步驟波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量1.監(jiān)察系統(tǒng)連接的平穩(wěn)，工作方式選擇為 1KHz 方波調(diào)制，使信號(hào)源工作與最佳狀態(tài)；2. 対實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的元器件的功能做一定的了解，并對(duì)各個(gè)器件的使用方法作進(jìn)一步的熟悉和掌握；3. 通過信號(hào)源上的頻率調(diào)諧旋鈕調(diào)整信號(hào)源的工作頻率，并用直讀式頻率計(jì)測(cè)定信號(hào)頻率，使信號(hào)源的工作頻率0為 9370MHz；4. 測(cè)量線終端接短路板，使系統(tǒng)處于短路狀態(tài)，選擇合適的駐波波節(jié)點(diǎn)，一般選在測(cè)量線的有效行程的中間位置，并選擇一個(gè)合適的檢波指示值(0或0)，然后按交叉讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)。測(cè)量三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值作為波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量值。駐波比的測(cè)量保持工作頻率不變，按 2.3.2 的步驟，分別測(cè)量終端短路，開口，匹配時(shí)的駐波比。阻抗的測(cè)量容性膜片和感性膜片的駐波比按上的方法測(cè)量。元件的測(cè)量：1. 將端口短路，旋動(dòng)旋鈕，找到一個(gè)合適的波節(jié)點(diǎn)，記錄相應(yīng)位置dT；2.保持旋鈕不動(dòng)，接上測(cè)試元器件，旋動(dòng)旋鈕，遠(yuǎn)離端口，找到此時(shí)的第一個(gè)波腹位置dT，并記錄四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)d1d2d31158.10135.90113.442153.06130.60108.22155.58133.25110.8344.6644.84求得=44.75,波導(dǎo)的理論計(jì)算有：m = 1, n = 0則可以得到波導(dǎo)波長(zhǎng)的理論值(其中0= c/f0，a = 22.86mm)=44.78966mm則相對(duì)誤差為0.0887%可以看出此次試驗(yàn)還是很理想的，誤差不會(huì)太大駐波的測(cè)量短路開口匹配S1.36111.對(duì)于短路情況下，經(jīng)金屬導(dǎo)體L的反射后，將形成出純駐波，而出現(xiàn)波節(jié)為零的情況，于是其駐波比為無窮大；2. 對(duì)于開路情況，信號(hào)源發(fā)出的微波未被反射，所測(cè)到的就是原始波的駐波比。3. 在匹配情況下，入射波與反射波干涉相消而使駐波比為 1，這時(shí)為行波，但實(shí)際情況，指針會(huì)出現(xiàn)微小的擺動(dòng)，這可能是由于反射波沒有全部被吸收。膜片歸一化電納的測(cè)量SdTdT容性膜片1.16088.4494.365.920.147-0.07410.19080.0988感性膜片1.449106.4217.980.039-0.15230.07420.3173由上表知容性膜片的阻抗和導(dǎo)納分別為ZL=0.147-j0.0741YL=0.1908+j0.0988感性膜片的阻抗和導(dǎo)納分別為：ZL=0.039-j0.1523YL=0.0742+j0.3173五、 思考題1.測(cè)量待測(cè)元件駐波極小點(diǎn)位置時(shí)，是否必須在“等效截面”的左端？為什么？必須得