微波實驗檔 (5)

1、實驗一 測量線的調(diào)整與晶體檢波器校準(zhǔn)【一】實驗?zāi)康模?） 學(xué)會微波測量線的調(diào)整；（2） 學(xué)會校準(zhǔn)晶體檢波器特性的方法；（3） 學(xué)會測量微波波導(dǎo)波長和信號源頻率?！径繉嶒炘磉M(jìn)行微波測量，首先必須正確連接與調(diào)整微波測量系統(tǒng)。圖1-1 示出了實驗室常用的微波測試系統(tǒng)。系統(tǒng)調(diào)整主要指信號源和測量線的調(diào)整，以及晶體檢波器的校準(zhǔn)。信號源的調(diào)整包括振蕩頻率、功率電平及調(diào)制方式等。本實驗主要討論微波測量線的調(diào)整和晶體檢波器的校準(zhǔn)。1 測量線的調(diào)整測量線是微波系統(tǒng)的一種常用測量儀器，它在微波測量中用途很廣，可測駐波、阻抗、相位、波長等。測量線通常由一段開槽傳輸線、探頭（耦合探針、探針的調(diào)諧腔體和輸出指示）、

2、傳動裝置三部分組成。由于耦合探針伸入傳輸線而引入不均勻性，其作用相當(dāng)于在線上并聯(lián)一個導(dǎo)納，從而影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)。為了減少其影響，測試前必須仔細(xì)調(diào)整測量線。實驗中測量線的調(diào)整一般包括的探針深度調(diào)整和耦合輸出匹配（即調(diào)諧探頭）。2 晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線在微波測量系統(tǒng)中，送至指示器的微波能量通常是經(jīng)過晶體二極管檢波后的直流或低頻電流，指示器的讀數(shù)是檢波電流的有效值。在測量線中，晶體檢波電流與高頻電壓之間關(guān)系是非線性的，因此要準(zhǔn)確測出駐波（行波）系數(shù)必須知道晶體檢波器的檢波特性曲線。晶體二極管的電流I 與檢波電壓U 的一般關(guān)系為 I=CU n (2-1)式中，C 為常數(shù)，n 為檢波律，U為檢波電壓。

3、檢波電壓U 與探針的耦合電場成正比。晶體管的檢波律 n 隨檢波電壓U 改變。在弱信號工作（檢波電流不大于10 A）情況下，近似為平方律檢波，即n=2；在大信號范圍，n 近似等于1，即直線律。測量晶體檢波器校準(zhǔn)曲線最簡便的方法是將測量線輸出端短路，此時測量線上載純駐波，其相對電壓按正弦律分布，即：式中 ，d 為離波節(jié)點的距離，Umax為波腹點電壓，g 為傳輸線上波長。因此，傳輸線上晶體檢波電流的表達(dá)式為根據(jù)式（2-3）就可以用實驗的方法得到圖2-1 所示的晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線。 圖 2-1 校準(zhǔn)曲線3 波導(dǎo)波長的測量測量線的基本測量原理是基于無耗均勻傳輸線理論，當(dāng)負(fù)載與測量線匹配時測量線內(nèi)是行波

4、；當(dāng)負(fù)載為短路或開路時，傳輸線上為純駐波，能量全部反射。因此通過測量線上的駐波比，然后換算出反射系數(shù)模值，再利用駐波最小點位置zmin 便可得到微波信號特性和網(wǎng)絡(luò)特性等。根據(jù)這一原理，在測得一組駐波最小點位置z1，z2，z3，z4 后，由于相鄰波節(jié)點的距離是波導(dǎo)波長的1/2，這樣便可通過下式算出波導(dǎo)波長。 由教材P48 ，工作波長與波導(dǎo)波長有如下關(guān)系： 式中，c 為截止波長。 一般波導(dǎo)工作在主模狀態(tài)，其c =2a 。本實驗中波導(dǎo)型號為BJ-100，其寬邊為 a =22.86 mm ，代入上式計算出工作波長。于是信號源工作頻率由下式求得： 另外，信號源工作頻率亦可用吸收式頻率計測量?！救繉嶒灢?/p>

5、驟1 測量線的調(diào)整 將信號源設(shè)置在內(nèi)調(diào)制狀態(tài)，選擇工作頻率在10 GHz，將衰減器調(diào)整到合適位置。 先使探針調(diào)整至合適深度，探針深度既不能太深，影響波導(dǎo)內(nèi)場分布，也不能太淺，否則耦合輸出太弱。通常取1.0至1.5 mm 。然后開槽測量線終端接匹配負(fù)載，移動探針至測量線中間部位，調(diào)節(jié)探頭活塞使探針耦合匹配，直到輸出指示最大。 反復(fù)調(diào)整輸出衰減器、探針位置、探針耦合匹配、選頻放大器靈敏度使測量線工作在最佳狀態(tài)。2 晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線 終端接短路片，在波節(jié)點和波腹點之間（見圖2-2）等距離取10點，從波節(jié)點開始將探針逐次移動到d1，d2， , d10 ,并記錄電表的相應(yīng)讀數(shù) I1，I2， ，I10

6、，列入表中。 圖 2-2 波腹波節(jié)點示意 以U 為橫軸，I 為縱軸，將其對應(yīng)數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)紙上，并連成曲線。此曲線即為晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線。3 波導(dǎo)波長測量 按圖1-1所示連接微波測量系統(tǒng)，將系統(tǒng)調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，終端接上短路片。從負(fù)載端開始旋轉(zhuǎn)測量線上的探針位置，使選頻放大器指示最小，此時即為測量線等效短路面，記錄此時的探針位置，記作zmin0 ; 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)探針位置，可得到一組指示最小點位置 z1，z2，z3，z4 ； 則由式（2-4）計算出波導(dǎo)波長。 用頻率計測量信號源工作頻率：通過定向耦合器將一部分微波能量分配至頻率測量支路，吸收式頻率計連在定向耦合器和檢波器之間。當(dāng)吸收式頻率計失諧時，

7、微波能量幾乎全部通過頻率計，此時選頻放大器指示最大。慢慢調(diào)節(jié)吸收式頻率計，當(dāng)調(diào)至頻率計諧振狀態(tài)時，一部分能量被頻率計吸收，使選頻放大器指示最小，此時讀得吸收式頻率計上指示的頻率即為信號源工作頻率?？蓪y量結(jié)果與用波導(dǎo)波長換算的結(jié)果進(jìn)行比較?！舅摹繑?shù)據(jù)記錄及處理通過測量可知在某一波腹點的位置是1=124.00mm，在其下一個波腹點的位置是2=146.50mm，那么其之差是g/2 = 21.70mm， 所以波導(dǎo)波長為 g = 43.40mm，又有 = 2a =45.72mm 其工作波長為 =31.83mmd = 1.15mmD（mm）125.64126.80127.90129.10130.2413

8、1.40132.56133.70134.84136.00U=sin(2d/g)0.16570.18710.47900.61780.73960.84090.91900.97160.99740.9956I（dB）2060121215310405490560590600由此可以得出其晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線測量次數(shù)Z1（mm）Z2（mm）Z3（mm）Z4（mm）179.60102.00125.12147.24279.40102.36125.12146.98379.52102.24125.04146.48平均79.57102.20125.09146.90對于上表格，我們令Zmin=79.57mm 其中Z1

9、, Z2, Z3 ,Z4 都取其平均值所以由公式： 得 g = 43.321mm因為：又有 = 2a =45.72mm其工作波長為 =31.59mm 由：= 計算的工作頻率： =9.497 (GHz)測量頻率f1f2f2(GHz)9.3689.3679.3659.372通過計算后可以看出其用吸收式頻率計的測量值要略小于計算出的值，這可能是因為由于部分能量被吸收后使得其頻率減少所致。 【五】思考題測量線在波導(dǎo)中心線開槽是否有影響？答：在矩形波導(dǎo)中的主模為 TE10 模,而由 TE10 的管壁電流分布可知,在波導(dǎo)寬邊中線處只有縱向電流.因此沿波導(dǎo)寬邊的中線開槽不會因切斷管壁電流而影響波導(dǎo)內(nèi)的場分布

10、,也不會引起波導(dǎo)內(nèi)電磁波由開槽口向外輻射能量，因此，是沒有影響的。【六】實驗體會附帶實驗matlab程序：x= 0.1657 0.1871 0.4790 0.6178 0.7396 0.8409 0.9190 0.9716 0.9974 0.9956;y= 20 60 121 215 310 405 490 560 590 600; hold onplot(x,y)title('晶體檢波器的校準(zhǔn)曲線');xlabel(' U=(2*pi*d/g)');ylabel(' I(dB) ');grid on實驗二 微波駐波、阻抗特性測量【一】 實驗?zāi)康?/p>

11、（1） 學(xué)會駐波比的測量；（2） 學(xué)會反射系數(shù)的測量；（3） 學(xué)會輸入阻抗的測量?！径繉嶒炘碓谌魏蔚奈⒉▊鬏斚到y(tǒng)中，為了保證傳輸效率，減少傳輸損耗和避免大功率擊穿，必須實現(xiàn)阻抗的匹配。描述系統(tǒng)匹配程度的參數(shù)有電壓駐波比和復(fù)反射系數(shù)。一、 駐波比及反射系數(shù)的測量由教材第一章微波傳輸線理論，傳輸線上的駐波比與波節(jié)點、波腹點的關(guān)系為 而終端復(fù)反射系數(shù)的模值|l| 與駐波比有如下關(guān)系： 終端反射系數(shù)的相位l 與節(jié)點位置zminn 有以下關(guān)系：根據(jù)波導(dǎo)主模特性阻抗 及測得的駐波比和第一波節(jié)點位置zmin1 可得終端負(fù)載阻抗為（參見教材P28）： 其中， 。根據(jù)以上公式就可以利用測量線測得駐波比、復(fù)反

12、射系數(shù)，進(jìn)而算出輸入阻抗和負(fù)載阻抗?！救繉嶒灢襟E1 等效參考面的選取與波導(dǎo)波長的測量（1）將測量線調(diào)至最佳工作狀態(tài)；（2）終端接短路片，從負(fù)載開始，旋轉(zhuǎn)測量線上的探針位置，實現(xiàn)頻繁大器指示最小，此時即為測量線等效短路面，記錄此時的探針位置，記作 zmin0 ；（3）實驗二的方法測出波導(dǎo)波長。2 駐波比測量終端接上待測負(fù)載，探針從zmin0 開始向信號源方向旋轉(zhuǎn)，依次得到指示最大值和最小值三次，記錄相應(yīng)的讀數(shù)，查晶體檢波器曲線得相應(yīng)的Umin和Umax 。3 反射系數(shù)的測量終端接上待測負(fù)載，探針從zmin0 開始向信號源方向旋轉(zhuǎn)，記錄波節(jié)點的位置zminn ?！舅摹繙y量數(shù)據(jù) zmin0 = 78.90mm zmin1 =101.36mm 由此可以算出 = zmin1 zmin0 = 44.92mm由晶體檢波器曲線可知I和U的關(guān)系（通過matlab來實現(xiàn)）測量次數(shù)Imin UminImax Umax1 21 0.166 398 0.833通過以上的結(jié)果可以計算出其駐波比是：= 0.836 = 0.167 = 5由駐波比可知反射系數(shù)模值：= 0.67測量次數(shù)Zmin 1（mm）Zmin2（mm）Zmin3（mm