實(shí)驗(yàn)三-微波駐波比的測(cè)量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)北京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：電子工程學(xué)院班級(jí)：組員： 報(bào)告撰寫人： 學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)三.微波駐波比的測(cè)量由于微波的波長(zhǎng)很短，傳輸線上的電壓、電流既是時(shí)間的函數(shù)，又是位置的函數(shù)，使得電磁場(chǎng)的能量分布于整個(gè)微波電路而形成“分布參數(shù)”，導(dǎo)致微波的傳輸與普通無(wú)線電波完全不同。微波系統(tǒng)的測(cè)量參量是功率、波長(zhǎng)和駐波參量，這也是和低頻電路不同的。電壓駐波系數(shù)的大小往往是衡量一個(gè)微波元件性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。駐波測(cè)量也是微波測(cè)量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過(guò)駐波測(cè)量不僅可以直接

2、得知駐波系數(shù)值，而且還可以間接求得衰減器、相移量、諧振腔品質(zhì)因數(shù)，介電常數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)，熟悉基本微波元件的作用。（2）掌握駐波測(cè)量線的正確使用和用駐波測(cè)量線校準(zhǔn)晶體檢波器特性的方法。（3）掌握大、中、小電壓駐波系數(shù)的測(cè)量原理和方法。實(shí)驗(yàn)原理駐波測(cè)量是微波測(cè)量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過(guò)駐波測(cè)量可以測(cè)出阻抗、波長(zhǎng)、相位和Q值等其他參量。在傳輸線中若存在駐波，將使能量不能有效地傳給負(fù)載，因而增加損耗。在大功率情況下，由于駐波存在可能發(fā)生擊穿現(xiàn)象。此外，駐波存在還會(huì)影響微波信號(hào)發(fā)生器輸出功率和頻率的穩(wěn)定度。因此，駐波測(cè)量非常重要。電壓駐波比測(cè)量駐波測(cè)量是微波測(cè)量中最基本和最重

3、要的內(nèi)容之一，通過(guò)駐波測(cè)量可以測(cè)出阻抗、波長(zhǎng)、相位和Q值等其他參量。在測(cè)量時(shí)，通常測(cè)量電壓駐波系數(shù)，及波導(dǎo)中電場(chǎng)最大值和最小值之比，即 =EmaxEmin。測(cè)量駐波比的方法與儀器種類很多，有直接法，等指示度法，功率衰減法等。我們這次實(shí)驗(yàn)中主要用直接法和等指示度法來(lái)熟悉駐波測(cè)量線的使用。（1）直接法直接測(cè)量沿線駐波的最大點(diǎn)與最小點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，從而求得駐波系數(shù)的方法稱為直接法。若駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)處電表讀數(shù)分別為Umax，Umin則電壓駐波系數(shù)：=EmaxEmin=UmaxUmin當(dāng)駐波系數(shù)1.55時(shí)直接讀出Imax，Imin即可。在我們的實(shí)驗(yàn)中，由于選頻放大器直接讀出來(lái)的是電壓而不是電流，所以我們直接讀出

4、Umax和Umin也可以。當(dāng)電壓駐波系數(shù)在1.051.5時(shí)，駐波的最大值和最小值相差不大，且不尖銳，不易測(cè)準(zhǔn)，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可移動(dòng)探針到幾個(gè)波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，然后取平均值。=Umax1+Umax2+UmaxnUmin1+Umin2+Uminn E E W Emax Emin L L Lk L2 L2 Lk 直接法線駐波場(chǎng)分布圖 等指示度法波節(jié)點(diǎn)附近場(chǎng)的分布（2）等指示度法當(dāng)被測(cè)量的駐波系數(shù)大于5時(shí)，駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的電平相差比較大，直接法求取大駐波系數(shù)會(huì)帶來(lái)較大的誤差，原因是：波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)電平相差懸殊，因此在測(cè)量最大點(diǎn)和最小點(diǎn)電平時(shí)，晶體工作在不同的檢波率，所以仍然采用直接法測(cè)量大

5、駐波比誤差較大。因此采用等指示度法，也就是通過(guò)測(cè)量駐波圖形中波節(jié)點(diǎn)兩旁附近場(chǎng)的分布規(guī)律的間接方法，求出駐波系數(shù)。根據(jù)傳輸線上場(chǎng)強(qiáng)和終端反射系數(shù)之間的關(guān)系，如果確定駐波節(jié)點(diǎn)兩旁等指示度之間的距離，可以推導(dǎo)出關(guān)系：=k2n-（cosWg）2 sinWg式中：k=測(cè)量點(diǎn)讀數(shù)/最小點(diǎn)讀數(shù)；g為測(cè)量線上的波長(zhǎng)即波導(dǎo)波長(zhǎng)。通常情況下，取測(cè)量點(diǎn) U左和右 = 2Umin的兩個(gè)等指示度點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的探針位置間距，記錄為：W=Lh-Lh，如果晶體是平方率檢波（n=2），傳輸線的駐波系數(shù)可以用下式計(jì)算：=1+1（sinWg）2當(dāng)較大時(shí)（10），由于W和很小，sin(W/g) 較小，sin(W/g)W/g，故公式進(jìn)一步

6、簡(jiǎn)化為：g W這種方法取k=2時(shí)進(jìn)行測(cè)量，所以也稱為“二倍最小值”法，或3分貝方法。必須指出：W與g的測(cè)量精度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，因此必須用高精度的探針位置測(cè)量裝置（如千分測(cè)微計(jì)）進(jìn)行讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理直接法測(cè)量駐波系數(shù) 直接發(fā)駐波系數(shù)測(cè)量框圖 按上圖所示的框圖連接成微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。調(diào)整微波信號(hào)源，使其工作在方波調(diào)制狀態(tài)。左右移動(dòng)波導(dǎo)測(cè)量線探針使選頻放大器有指示值。用選頻放大器測(cè)出波導(dǎo)測(cè)量線位于相鄰波腹和波節(jié)點(diǎn)上的Umax和Umin。 =Umax/Umin當(dāng)檢波晶體工作在平方律檢波情況時(shí)，駐波分布示意如下圖：ImaxImin L在實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)得的數(shù)據(jù)如下: Umax（uV）Umin（uV）

7、 匹配負(fù)載737271.5707069.51.01672.269.9諧振腔37.5383818.517.517.51.46037.817.8開(kāi)路97411.540從實(shí)驗(yàn)中我們可以看出，對(duì)于匹配負(fù)載，=1.016，與理論值1十分相近。由于實(shí)驗(yàn)材料中沒(méi)有失配負(fù)載,我們用諧振腔來(lái)做實(shí)驗(yàn)，對(duì)于諧振腔，=1.46，也比較接近實(shí)驗(yàn)儀器上的駐波比值。因?yàn)榻K端短路時(shí)，非常大，超過(guò)了5，由實(shí)驗(yàn)原理知，當(dāng)被測(cè)量的駐波系數(shù)大于5時(shí)，駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的電平相差比較大，直接法求取大駐波系數(shù)會(huì)帶來(lái)較大的誤差，因此我們需要采用其他的方法測(cè)量。（2）等指示度法測(cè)量駐波系數(shù)當(dāng)駐波比大于5的時(shí)候，我們不再能用直接法測(cè)量，必須用等指

8、示度法。步驟如下：連接好微波測(cè)量系統(tǒng)，開(kāi)啟微波信號(hào)源，選擇好頻率，工作方式選擇“方波”。將測(cè)量線探針插入適當(dāng)深度，用選頻放大器測(cè)量微波的大小，選擇較小的微波輸出功率并進(jìn)行駐波測(cè)量線的調(diào)諧。將測(cè)量線終端接短路片，用兩點(diǎn)法測(cè)量三個(gè)相鄰波節(jié)點(diǎn)位置，計(jì)算 g 。參數(shù) T1T2T1T2測(cè)量示數(shù)(mm)112.5104.5 124.5 136g=2Tmin-Tmin=43.5mm4） 將測(cè)量線終端換接調(diào)配器+晶體檢波器，并將探針置于住波節(jié)點(diǎn)位置，提高測(cè)試系統(tǒng)靈敏度。選擇兩倍于波節(jié)點(diǎn)電壓強(qiáng)度的左右相鄰兩個(gè)點(diǎn)l=145.2mm與l=148.5mm，則W=| l- l|=3.3mm代入公式：=1+1（sinWg

9、）2得到： 4.35 。即用等指示度法測(cè)出的駐波系數(shù)為4.35 。思考題1、開(kāi)口波導(dǎo)的 ，為什么？如果想獲得真正意義的開(kāi)路，應(yīng)采用什么方法？答：對(duì)于開(kāi)口波導(dǎo)，其負(fù)載阻抗 Z L = ，則 GL = 1 。又根據(jù) r 的定義得 r = 1+|G|1-|G|，則按理論推算開(kāi)口波導(dǎo)的 r 應(yīng)為無(wú)窮大；但由于實(shí)際上并無(wú)法實(shí)現(xiàn)全反射，因此其駐波比不為無(wú)窮大。 要想獲得真正意義上的開(kāi)路，應(yīng)該連接四分之一阻抗變換器。2、駐波節(jié)點(diǎn)的位置在實(shí)驗(yàn)中精確測(cè)準(zhǔn)不容易，如何比較準(zhǔn)確的測(cè)量？答：可以采用兩點(diǎn)法進(jìn)行波節(jié)點(diǎn)位置的測(cè)量。在駐波節(jié)點(diǎn)兩邊取等指示度點(diǎn)并記錄位置，取兩點(diǎn)中間值即為波節(jié)點(diǎn)位置。3、討論直接法、等指示度法

10、、功率衰減法測(cè)量電壓駐波比的特點(diǎn)。答：直接法適用于測(cè)量電壓駐波比在1.5和5之間的情況，在駐波比較大時(shí)易產(chǎn)生較大的誤差。等指示度法適用于駐波比較大時(shí)，但對(duì)儀器精確度要求較高。功率衰減法適用于一切情況。4、在對(duì)測(cè)量線調(diào)諧后，進(jìn)行駐波比的測(cè)量時(shí)，能否改變微波的輸出功率或衰減大??？答：不能，根據(jù)公式=UmaxUmin ，在測(cè)量過(guò)程中，若改變微波的輸出功率或衰減大小，會(huì)影響電壓值，然后會(huì)造成測(cè)量值得偏差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5、在測(cè)量單螺釘駐波比時(shí)，為什么要在單螺調(diào)配器后面緊跟上一個(gè)匹配負(fù)載？答：如果沒(méi)有在單螺調(diào)配器后加上匹配負(fù)載，那么不匹配負(fù)載的阻值就會(huì)與單螺調(diào)配器的阻值疊加，改變從單螺調(diào)配器左端看過(guò)去的

11、阻抗值，同時(shí)也影響了單螺調(diào)配器的駐波系數(shù)。所以必須要在單螺調(diào)配器后面加上一個(gè)匹配負(fù)載，否則所測(cè)的駐波比數(shù)值會(huì)受后面負(fù)載的影響。實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們了解了波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)，更進(jìn)一步加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)器件每一個(gè)模塊的了解，掌握了駐波測(cè)量的的兩種方法：直接法、等指示度法。其中直接法適用于測(cè)量駐波比在1-5之間的器件，而等指示度發(fā)測(cè)量駐波系數(shù)適用于駐波比較大的器件。實(shí)驗(yàn)比不算特別困難，在進(jìn)行了基本準(zhǔn)備之后，我們依次將匹配負(fù)載，諧振腔、開(kāi)路接到最后面，調(diào)整波導(dǎo)測(cè)量線的探針，在選頻放大器中讀出u最大值和最小值，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的駐波比，由于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)得不夠充分，在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，總是出現(xiàn)很多的錯(cuò)誤，另外儀器的好壞也決定了實(shí)驗(yàn)的成功與