微波实验报告

微波技术及线路 实验指导书

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实验一 微波测量系统的了解与使用

实验性质:验证性 实验级别:选做 开课单位:信息与通信工程学院 学 时:2学时 一、实验目的:

1.了解微波测量线系统的组成,认识各种微波器件。 2.学会测量设备的使用。 二、实验器材:

1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容:

1.了解微波测试系统 2.学习使用测量线 四、基本原理:

图1。1 微波测试系统组成

1.信号源

信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备,微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为:简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。

本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。

2.选频放大器

当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时,用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大,然后再整为直流,用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。 3.测量线

3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样,探头的移动靠滑架上的传动装置,探头的输出送到显示装置,就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4.可变衰减器

为了固定传输系统内传输功率的功率电平,传输系统内必须接入衰减器,对微波产生一定的衰减,衰减量固定不变的称为固定衰减器,可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器,是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节,其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出(直读式),或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤: 1.了解微波测试系统

1.1观看如图装置的的微波测试系统。

1.2观看常用微波元件的形状、结构,并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如:铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。 2.了解测量线结构,掌握各部分功能及使用方法。 2.1按图检查本实验仪器及装置。

2.2将微波衰减器置于衰减量较大的位置(约20至30dB),指示器灵敏度置于较低位置,以防止指示电表偶然过载而损坏。

2.3调节信号源频率,观察指示器的变化。 2.4调节衰减器,观察指示器的变化。 2.5调节滑动架,观察指示器的变化。 六、预习与思考:

总体复习微波系统的知识,熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。

实验二 驻波系数的测量

实验性质:综合性 实验级别:必做 开课单位:信息与通信工程学院 学时:2学时 一、实验目的:

1.理解测量大、中电压驻波比的原理和常用方法。 2.掌握用直接法测量小驻波比的方法。 二、实验器材:

1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容:

测量无耗小驻波比微波元件的电压驻波比。 四、基本原理:

图2.1 直接法测电压驻波比方框图

微波元件的电压驻波比是传输线中电场最大值与最小值之比,表示为

ρ=EmaxEmin

1. 直接法

(2.1)

该方法适用于测量中小电压驻波比。当驻波系数不大于6时,可直接沿测量线测量驻波最大点

和最小点的场强得到,故称为直接法。直接法测电压驻波比方框图如图2.1所示。被测器件接在测量线的终端,这时测量线中电场的纵向分布如图2.2所示。

图2.2 测量线电场分布图

当测量线的探针沿纵向移动时,波腹点和节点指示电表读数分别为Umax和Umin。 晶体二极管为平方律检波时,则有:

(2.2) ρ=/U

max

min

当驻波比1.05

ρ=

Umax1+Umax2+ +Umaxn

(2.3)

Umin1+Umin2+ +Uminn

当驻波比1.5

表2。1 波腹波节处的电压值

匹配负载

是失配负载

短路板

纯阻抗

单螺匹配器

五、预习与思考:

1.复习均匀传输线理论,了解传输线上电压电流的分布情况 2.熟悉各实验步骤,以加快测量速度。 3.驻波的节点与腹点如何选取?

实验三 阻抗的测量

实验性质:综合性 实验级别:必做 开课单位:信息与通信工程学院 学时:2学时 一、实验目的:

1.掌握用测量线测量阻抗的原理和方法。 2.进一步掌握阻抗圆图的用法。 二、实验器材:

1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容:

1.调整微波测试系统 2.测量阻抗 四、基本原理:

微波元器件或天线系统的输入阻抗是微波工程中的重要参数,因而阻抗测量也是重要内容之一,本实验学习用测量线测量单端口微波元件输入阻抗的方法。 根据传输理论,传输系统中驻波分布与终端负载阻抗直接有关,表征驻波特性的两个参量,驻波比ρ及相位βlmin与负载阻抗的关系:

=1-jtanβlmin

ZL

ρ-jtanlmin

(3.1)

图3.1 电压与相位的关系

图3.2 等效截面法

上式左端为归一化负载阻抗,即单端口微波元件的输入阻抗,ρ为驻波比。

lmin是终端负载至相邻驻波节点的距离,参照图3.1。因而只需在测量线的输出端接上待测元件,分别测定驻波比ρ,波导波长λg及距离lmin,即可用上式或阻抗(或导纳)圆图计算待测元件的输入阻抗(或输入导纳)。

实际测量中常用“等效截面法”。首先让测量线终端短路,沿线驻波分布如图3.2(a)所示,因而移动测量线探针可测得某一驻波节点位置dT,它与终端距离为半波长的整数倍n λg/2(n=1,2,3„),此位置即为待测元件输入端面在测量线上的等效位置T。当测量线终端换接待测负载时,系统的驻波分布如图3.2(b)所示,由测量线测得dT左边(向波源方向)的相邻驻波节点位置dmin即为终端相邻驻波节点的等效位置。所以

lmin=ldmin-dT (3.2)

由公式

ZL=

1-jρtanβlmin

(3.3)

ρ-jtanβlmin

可以计算待测元件的输入阻抗ZL,下图为导纳圆,A点的读数即为待测元件的归一化导纳,B点的读数即为归一化阻抗,如图3.3所示。

图3。3 归一化阻抗圆图

图5.3 归一化阻抗圆图

图3。4 实验装置图

五、实验步骤

1. 调整微波测量系统

(1)测量线输出端接匹配负载,调整测量系统。

(2)测量线终端换接短路板,用交叉读数法测量波导波长λg并确定位于测量线中间的一个波节

点位置dT,记录测量数据。

2.测量电感(或电容)膜片及晶体检波器输入阻抗

(1)取下短路板,测量线输出端接“电感(或电容)膜片+负载匹配”测出dT,左边相邻驻波

节点的位置dmin,计算lmin=ldmin-dT,记录测量数据。 (2)用微波衰减器调整功率电平,使测量线探头晶体处于平方律检波范围。用直接法测量驻波

ρ,记录数据。

(3)根据ρ,lmin ,λg,应用导纳圆图计算“电感(或电容)膜片+负载匹配”的归一化导

纳。

表3.1 数据记录表

六、预习与思考:

1、复习均匀传输线理论,了解传输线上电压电流的分布情况。 2、了解传输线不同终端负载的接入情况。

3、如果终端负载是感性的,则滑动螺钉与负载的距离必须满足什么条件?为什么?

实验四 波长和频率的测量

实验性质:综合性 实验级别:必做 开课单位:信息与通信工程学院 学时:2学时 一、实验目的:

1.了解几种常用的测量频率和波长的仪器。 2.掌握测量频率和波长的基本原理和方法。 二、实验器材:

1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容:

1.测量微波信号的频率 2.测量微波信号的波长 四、基本原理:

图4.1 实验装置图

频率是微波测量的基本参量之一。从原理上说,波长的测量与频率的测量是有区别的,前者归结为长度的测量,后者归结为时间的测量。根据谐振腔的谐振选频原理可知,单模谐振腔的谐振频率决定于腔体尺寸,得用调谐机构的位置对谐振腔进行调谐,使之与待测微波信号发生谐振,就可

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以根据谐振时调谐机构的位置,判断腔内谐振的电磁波的频率。这就是谐振式频率计的基本原理。本实验将频率计采用吸收式接法。当产生谐振时,谐振腔最大程度的获取功率,使得输出几乎为0,这样从指示器上可以观察其谐振或失谐的情况,从而读出频率计上指示的读数。

根据传输线原理,邻近两个腹点或两个节点之间的距离为半波长,这样可根据选频放大器上显示的相邻腹点,从测量线上直接读出波长。 五、实验步骤:

1.微波频率的测量

(1)按图4.1所示的框图连接实验系统。 (2)将检波器及检波指示器接到被测件位置上。

(3)用频率计测出微波信号源的频率。旋转频率计的测微头,当频率计与被测频率谐振时,将出现吸收峰。反映在检波指示器上的指示是一跌落点(参见图4.2),此时,读出频率计测微头的读数,再从频率计频率与刻度曲线上查出对应的频率。

检波指示器指示

谐振点 频率计测微头刻度

图4.2频率计的谐振点曲线 2. 波导波长的测量:

(1)接开路阻抗,其可变电抗的反射系数接近1,在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形,如图4.3所示,只要测得驻波相邻节点的位置L1、L2,由

1

λg=L-L2

2

1

,即可求得波导波长λg。

表4.1 相邻节点位置数据表

(2)接短路阻抗。测量驻波相邻腹点的位置L1、L2,由

1

λg=L-L2

2

1

,即可求得波导波长λg。

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表4.2 相邻腹点位置数据表

短路板

匹配负载

失配负载

纯阻抗

单螺匹配器

六、预习与思考:

1.复习均匀传输线理论,了解传输线上电压电流的分布情况。 2.用传输线理论分析测量波长与频率的原理。

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