1、實(shí)驗(yàn)二 駐波系數(shù)的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?理解測(cè)量大、中電壓駐波比的原理和常用方法。2掌握用直接法測(cè)量小駐波比的方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號(hào)源2隔離器3可變衰減器4測(cè)量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)量無(wú)耗小駐波比微波元件的電壓駐波比。四、基本原理：圖2.1 直接法測(cè)電壓駐波比方框圖微波元件的電壓駐波比是傳輸線中電場(chǎng)最大值與最小值之比，表示為 （2.1） 1 直接法該方法適用于測(cè)量中小電壓駐波比。當(dāng)駐波系數(shù)不大于6時(shí)，可直接沿測(cè)量線測(cè)量駐波最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)得到，故稱為直接法。直接法測(cè)電壓駐波比方框圖如圖2.1所示。被測(cè)器件接在測(cè)量線的終端，這時(shí)測(cè)量線中電場(chǎng)的縱向分布如圖。當(dāng)

2、測(cè)量線的探針沿縱向移動(dòng)時(shí)，波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)指示電表讀數(shù)分別為Umax和Umin。晶體二極管為平方律檢波時(shí)，則有： （22）當(dāng)駐波比1.05<<1.5時(shí)，Umax和Umin相差不大，且波腹和波節(jié)平坦，難以準(zhǔn)確測(cè)定。為了提高測(cè)量精度，可移動(dòng)探針測(cè)出幾個(gè)波腹和波節(jié)的數(shù)據(jù)，然后取平均值。 （2.3）當(dāng)駐波比1.5 <<6時(shí)可直接讀出場(chǎng)強(qiáng)最大值和最小值。2功率衰減法功率衰減法適用于測(cè)量大、中電壓駐波比（>6）。當(dāng)測(cè)量線的駐波比大于6時(shí)，駐波最大點(diǎn)和最小點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相差很大。如果在最小點(diǎn)，檢波晶體的輸出能使指示電表有足夠大的偏轉(zhuǎn)，那么，在最大點(diǎn)，檢波晶體的檢波特性將從平方律變成直線律

3、。若減小微波的輸入電平，則最小點(diǎn)的讀數(shù)又太小，不易測(cè)準(zhǔn)，且易受零點(diǎn)漂移的影響，故在這種情況下用直接法測(cè)量的誤差較大。下面簡(jiǎn)要介紹功率衰減法的原理。它可用精密可變衰減器測(cè)量駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)兩個(gè)位置上的電平差。改變測(cè)量系統(tǒng)中精密可變衰減器的衰減量，使探針位于駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)時(shí)指示電表的讀數(shù)相同，則駐波比可用下式計(jì)算： （2.4）Amax和Amin分別表示精密衰減器衰減量的分貝值。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1微波測(cè)試系統(tǒng)調(diào)整（1）檢查測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量線終端接匹配負(fù)載，開(kāi)啟電源，預(yù)熱各儀器。（2）按操作規(guī)程使信號(hào)源工作在方波調(diào)制狀態(tài)，并獲得最佳輸出。（3）調(diào)整測(cè)量線，調(diào)諧探針電路，使測(cè)量線工作在最佳工作狀態(tài)。調(diào)整輸入電

4、平，使晶體管工作在平方律檢波范圍內(nèi)。2 用直接法測(cè)量開(kāi)口波導(dǎo)及單螺釘?shù)碾妷厚v波比（1）測(cè)量線終端開(kāi)口，移動(dòng)探針至駐波腹點(diǎn)，調(diào)整指示器靈敏度，使指示電表讀數(shù)達(dá)到滿度。（2）分別測(cè)定駐波腹點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的幅值Umax和Umin，并列表記錄數(shù)據(jù)。（3）測(cè)量線終端接單螺調(diào)配器和匹配負(fù)載，單螺釘穿伸度約2.5mm。重復(fù)步驟（1）、（2）,并測(cè)量?jī)纱危涗洈?shù)據(jù)。六、數(shù)據(jù)處理直接法測(cè)量駐波系數(shù)改變駐波測(cè)量線位置，測(cè)量最大電壓最小電壓各三次。計(jì)算中：。（1）開(kāi)路負(fù)載表6-1 開(kāi)路負(fù)載測(cè)量數(shù)據(jù)組數(shù)123平均值Umax（uV*10）82838182Umin（uV*10）33323031.671.571.611.641.

5、61（2）匹配負(fù)載表6-2 匹配負(fù)載測(cè)量數(shù)據(jù)組數(shù)123平均值Umax（uV*10）31.531.631.431.5Umin（uV*10）30.230.829.730.21.0201.0131.0281.020（3）失配負(fù)載VSWR1.5表6-3 失配負(fù)載測(cè)量數(shù)據(jù)（VSWR1.5）組數(shù)123平均值Umax（uV*10）71.572.172.271.93Umin（uV*10）3636.236.836.31.411.411.401.41（4）失配負(fù)載VSWR7表6-4 失配負(fù)載測(cè)量數(shù)據(jù)（VSWR7）組數(shù)123平均值Umax（uV*1）77.578.277.877.83Umi/uV*0.129.230

6、29.629.65.155.115.135.13七、結(jié)果分析（1） 開(kāi)路負(fù)載由可得反射系數(shù)(0)=1,則開(kāi)路的駐波系數(shù)為，然而通過(guò)測(cè)量計(jì)算出的開(kāi)路駐波系數(shù)并不是無(wú)窮大。對(duì)于開(kāi)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。（2） 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(méi)有全部被吸收。（3）由于實(shí)驗(yàn)儀器的不精確，操作的不規(guī)范以及測(cè)量和計(jì)算誤差，失配負(fù)載的駐波系數(shù)與標(biāo)稱的值也存在一定的誤差。（具體誤差由于暫時(shí)不清楚實(shí)驗(yàn)儀器標(biāo)注沒(méi)算）（4）調(diào)諧的過(guò)程就是減小探針?lè)瓷鋵?duì)駐波圖形影響和提高測(cè)量系統(tǒng)靈敏度的過(guò)程，

7、是減小駐波測(cè)量誤差的關(guān)鍵，必須認(rèn)真調(diào)整。實(shí)驗(yàn)三 阻抗的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握用測(cè)量線測(cè)量阻抗的原理和方法。2進(jìn)一步掌握阻抗圓圖的用法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號(hào)源2隔離器3可變衰減器4測(cè)量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1調(diào)整微波測(cè)試系統(tǒng)2測(cè)量阻抗四、基本原理：微波元器件或天線系統(tǒng)的輸入阻抗是微波工程中的重要參數(shù)，因而阻抗測(cè)量也是重要內(nèi)容之一，本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)用測(cè)量線測(cè)量單端口微波元件輸入阻抗的方法。 根據(jù)傳輸理論，傳輸系統(tǒng)中駐波分布與終端負(fù)載阻抗直接有關(guān)，表征駐波特性的兩個(gè)參量，駐波比及相位與負(fù)載阻抗的關(guān)系： (3.1) 圖3.1 電壓與相位的關(guān)系圖3.2 等效截面法上式左端為歸一

8、化負(fù)載阻抗，即單端口微波元件的輸入阻抗，為駐波比。 n 是終端負(fù)載至相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的距離，參照?qǐng)D3.1。因而只需在測(cè)量線的輸出端接上待測(cè)元件，分別測(cè)定駐波比，波導(dǎo)波長(zhǎng)及距離，即可用上式或阻抗(或?qū)Ъ{)圓圖計(jì)算待測(cè)元件的輸入阻抗(或輸入導(dǎo)納)。 實(shí)際測(cè)量中常用“等效截面法”。首先讓測(cè)量線終端短路，沿線駐波分布如圖3.2(a)所示，因而移動(dòng)測(cè)量線探針可測(cè)得某一駐波節(jié)點(diǎn)位置，它與終端距離為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍n g/2(n=1,2,3)，此位置即為待測(cè)元件輸入端面在測(cè)量線上的等效位置T。當(dāng)測(cè)量線終端換接待測(cè)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的駐波分布如圖3.2(b)所示，由測(cè)量線測(cè)得左邊(向波源方向)的相鄰駐波節(jié)點(diǎn)位置即為終端相

9、鄰駐波節(jié)點(diǎn)的等效位置。所以n (3.2)由公式 (3.3)可以計(jì)算待測(cè)元件的輸入阻抗ZL，下圖為導(dǎo)納圓，A點(diǎn)的讀數(shù)即為待測(cè)元件的歸一化導(dǎo)納，B點(diǎn)的讀數(shù)即為歸一化阻抗,如圖3.3所示。 圖3。3 歸一化阻抗圓圖圖5.3 歸一化阻抗圓圖 圖3。4 實(shí)驗(yàn)裝置圖五、實(shí)驗(yàn)步驟：1 調(diào)整微波測(cè)量系統(tǒng) n （1）測(cè)量線輸出端接匹配負(fù)載，調(diào)整測(cè)量系統(tǒng)。n （2）測(cè)量線終端換接短路板，用交叉讀數(shù)法測(cè)量波導(dǎo)波長(zhǎng)并確定位于測(cè)量線中間的一個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。2測(cè)量電感(或電容)膜片及晶體檢波器輸入阻抗n （1）取下短路板，測(cè)量線輸出端接“電感（或電容）膜片+負(fù)載匹配”測(cè)出，左邊相鄰駐波節(jié)點(diǎn)的位置，計(jì)算，記錄測(cè)

10、量數(shù)據(jù)。 （2）用微波衰減器調(diào)整功率電平，使測(cè)量線探頭晶體處于平方律檢波范圍。用直接法測(cè)量駐波比，記錄數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)， ，應(yīng)用導(dǎo)納圓圖計(jì)算“電感(或電容)膜片+負(fù)載匹配”的歸一化導(dǎo)納。六、數(shù)據(jù)處理（1）f=9.382GHz （2）尋找波腹點(diǎn)，并計(jì)算表6-1 極小點(diǎn)兩旁位置的點(diǎn)極小點(diǎn)兩旁位置的點(diǎn)Z1Z2Z3Z4位置L（mm）87.292.5109.6114.9（mm）101.6107.8U(uV)Umax28Umin6下面計(jì)算波導(dǎo)阻抗：1） 直接代入公式2） 利用Smith導(dǎo)納圓圖求解七、結(jié)果分析無(wú)論是測(cè)量還是調(diào)匹配，首先要把衰減調(diào)到一個(gè)合適的值，使得電壓倍率最小，這樣分辨率高，當(dāng)然調(diào)匹配更難

11、，其次指針偏轉(zhuǎn)在1/2-2/3表盤，便于讀數(shù)。這樣之后測(cè)量更加精確，匹配更加穩(wěn)定。否則在大量程下已調(diào)匹配，換了更高分辨率（小量程）后就不出現(xiàn)匹配現(xiàn)象了。在調(diào)節(jié)匹配過(guò)程中，我們先移動(dòng)測(cè)量線探針找到并記下波節(jié)點(diǎn)位置，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)測(cè)量線調(diào)到波腹點(diǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)配器位置，駐波波腹點(diǎn)有所下降，波節(jié)點(diǎn)有所上升，直至波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)相差不大時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘深度，同時(shí)用測(cè)量線跟蹤駐波大小，直至實(shí)現(xiàn)匹配。 實(shí)驗(yàn)四 波長(zhǎng)和頻率的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解幾種常用的測(cè)量頻率和波長(zhǎng)的儀器。2掌握測(cè)量頻率和波長(zhǎng)的基本原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：13厘米固態(tài)信號(hào)源2隔離器3可變衰減器4測(cè)量線5選頻放大器6各種微波器件三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1

12、測(cè)量微波信號(hào)的頻率2測(cè)量微波信號(hào)的波長(zhǎng)四、基本原理：微波信號(hào)源選頻放大器頻率計(jì)可變衰減器測(cè)量線可變電抗隔離器 圖4.1 實(shí)驗(yàn)裝置圖 頻率是微波測(cè)量的基本參量之一。從原理上說(shuō)，波長(zhǎng)的測(cè)量與頻率的測(cè)量是有區(qū)別的，前者歸結(jié)為長(zhǎng)度的測(cè)量，后者歸結(jié)為時(shí)間的測(cè)量。根據(jù)諧振腔的諧振選頻原理可知，單模諧振腔的諧振頻率決定于腔體尺寸，得用調(diào)諧機(jī)構(gòu)的位置對(duì)諧振腔進(jìn)行調(diào)諧，使之與待測(cè)微波信號(hào)發(fā)生諧振，就可以根據(jù)諧振時(shí)調(diào)諧機(jī)構(gòu)的位置，判斷腔內(nèi)諧振的電磁波的頻率。這就是諧振式頻率計(jì)的基本原理。本實(shí)驗(yàn)將頻率計(jì)采用吸收式接法。當(dāng)產(chǎn)生諧振時(shí)，諧振腔最大程度的獲取功率，使得輸出幾乎為0，這樣從指示器上可以觀察其諧振或失諧的情況

13、，從而讀出頻率計(jì)上指示的讀數(shù)。 根據(jù)傳輸線原理，鄰近兩個(gè)腹點(diǎn)或兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離為半波長(zhǎng)，這樣可根據(jù)選頻放大器上顯示的相鄰腹點(diǎn)，從測(cè)量線上直接讀出波長(zhǎng)。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1微波頻率的測(cè)量（1）按圖4.1所示的框圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）將檢波器及檢波指示器接到被測(cè)件位置上。（3）用頻率計(jì)測(cè)出微波信號(hào)源的頻率。旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)的測(cè)微頭，當(dāng)頻率計(jì)與被測(cè)頻率諧振時(shí)，將出現(xiàn)吸收峰。反映在檢波指示器上的指示是一跌落點(diǎn)(參見(jiàn)圖4.2），此時(shí)，讀出頻率計(jì)測(cè)微頭的讀數(shù)，再?gòu)念l率計(jì)頻率與刻度曲線上查出對(duì)應(yīng)的頻率。檢波指示器指示I 諧振點(diǎn) 頻率計(jì)測(cè)微頭刻度 圖4.2頻率計(jì)的諧振點(diǎn)曲線 2 波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量：（1）接開(kāi)路阻抗，其可

14、變電抗的反射系數(shù)接近1，在測(cè)量線中入射波與反射波的疊加為接近純駐波的圖形，如圖4.3所示，只要測(cè)得駐波相鄰節(jié)點(diǎn)的位置L1、L2，由，即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)g。（2）接短路阻抗。測(cè)量駐波相鄰腹點(diǎn)的位置L1、L2，由，即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)g。六、數(shù)據(jù)處理（1）第一次測(cè)量（接VSWR1.5）表6-1 失配負(fù)載VSWR1.5下的波長(zhǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)組數(shù)12(mm)Lmax(mm)90.3113.446.2Lmin(mm)101.7123.243.0(mm)45.639.2(mm)42.4（2）第二次測(cè)量(接VSWR7)表6-1 失配負(fù)載VSWR1.5下的波長(zhǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)組數(shù)12Lmax(mm)91.6119.255.1Lmin(mm)103.2131.456.3(mm)46.448.8(mm)47.6（3） 測(cè)試說(shuō)明：上一實(shí)驗(yàn)在測(cè)量駐波系數(shù)的過(guò)程中，測(cè)量最大、最小電壓時(shí)同時(shí)讀取了L的數(shù)據(jù)，選取失配負(fù)載兩組數(shù)據(jù)。測(cè)量過(guò)程中，從小到大一個(gè)方向增加，只測(cè)了兩組。（4） 計(jì)算說(shuō)明Lmax表示取Emax時(shí)對(duì)應(yīng)線上讀數(shù)，單位mm；Lmin表示取Emin時(shí)對(duì)應(yīng)線上讀數(shù)，單位mm。1） 縱向：分別對(duì)1，2組數(shù)據(jù)求波長(zhǎng)，再平均，也即是：。2）橫向：利用3項(xiàng)逐差法，分別用Lmax和Lmin波節(jié)點(diǎn)的的具體求波長(zhǎng)，代入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯