微波实验报告

实验二驻波系数的测量一、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maxminEE（2.1）1．直接法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。minmax/UU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）当驻波比1.051.5时，Umax和Umin相差不大，且波腹和波节平坦，难以准确测定。为了提高测量精度，可移动探针测出几个波腹和波节的数据，然后取平均值。nnUUUUUUmin2min1minmax2max1max（2.3）当驻波比1.56时可直接读出场强最大值和最小值。2．功率衰减法功率衰减法适用于测量大、中电压驻波比（6）。当测量线的驻波比大于6时，驻波最大点和最小点的场强相差很大。如果在最小点，检波晶体的输出能使指示电表有足够大的偏转，那么，在最大点，检波晶体的检波特性将从平方律变成直线律。若减小微波的输入电平，则最小点的读数又太小，不易测准，且易受零点漂移的影响，故在这种情况下用直接法测量的误差较大。下面简要介绍功率衰减法的原理。它可用精密可变衰减器测量驻波腹点和节点两个位置上的电平差。改变测量系统中精密可变衰减器的衰减量，使探针位于驻波腹点和节点时指示电表的读数相同，则驻波比可用下式计算：1020minmaxAA（2.4）Amax和Amin分别表示精密衰减器衰减量的分贝值。五、实验步骤：1．微波测试系统调整（1）检查测试系统，测量线终端接匹配负载，开启电源，预热各仪器。（2）按操作规程使信号源工作在方波调制状态，并获得最佳输出。（3）调整测量线，调谐探针电路，使测量线工作在最佳工作状态。调整输入电平，使晶体管工作在平方律检波范围内。2．用直接法测量开口波导及单螺钉的电压驻波比（1）测量线终端开口，移动探针至驻波腹点，调整指示器灵敏度，使指示电表读数达到满度。（2）分别测定驻波腹点和节点的幅值Umax和Umin，并列表记录数据。（3）测量线终端接单螺调配器和匹配负载，单螺钉穿伸度约2.5mm。重复步骤（1）、（2）,并测量两次，记录数据。六、数据处理直接法测量驻波系数改变驻波测量线位置，测量最大电压最小电压各三次。计算中：max1max2max3maxmin1min2min3min,3,3UUUUUUUU,minmaxminmaxUUEE。（1）开路负载表6-1开路负载测量数据组数123平均值Umax（uV*10）82838182Umin（uV*10）33323031.671.571.611.641.61（2）匹配负载表6-2匹配负载测量数据组数123平均值Umax（uV*10）31.531.631.431.5Umin（uV*10）30.230.829.730.21.0201.0131.0281.020（3）失配负载VSWR1.5表6-3失配负载测量数据（VSWR1.5）组数123平均值Umax（uV*10）71.572.172.271.93Umin（uV*10）3636.236.836.31.411.411.401.41（4）失配负载VSWR7表6-4失配负载测量数据（VSWR7）组数123平均值Umax（uV*1）77.578.277.877.83Umi/uV*0.129.23029.629.65.155.115.135.13七、结果分析（1）开路负载(0),LZ由LCLCZZZZ可得反射系数Γ(0)=1,则开路的驻波系数为，然而通过测量计算出的开路驻波系数并不是无穷大。对于开路情况，信号源发出的微波未被反射，所测到的就是原始波的驻波比。（2）在匹配情况下，入射波与反射波干涉相消而使驻波比为1，这时为行波，但实际情况，指针会出现微小的摆动，这可能是由于反射波没有全部被吸收。（3）由于实验仪器的不精确，操作的不规范以及测量和计算误差，失配负载的驻波系数与标称的值也存在一定的误差。（具体误差由于暂时不清楚实验仪器标注没算）（4）调谐的过程就是减小探针反射对驻波图形影响和提高测量系统灵敏度的过程，是减小驻波测量误差的关键，必须认真调整。实验三阻抗的测量一、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及相位minl与负载阻抗的关系：minmin1tantanLjlZjl(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，为驻波比。minl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，波导波长g及距离minl，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Td，它与终端距离为半波长的整数倍nλg/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Td左边(向波源方向)的相邻驻波节点位置mind即为终端相邻驻波节点的等效位置。所以Tddllminmin(3.2)由公式minmin1tantanLjlZjl(3.3)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g并确定位于测量线中间的一个波节点位置Td，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Td，左边相邻驻波节点的位置mind，计算Tddllminmin，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。用直接法测量驻波比，记录数据。（3）根据，minl，g，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。六、数据处理（1）f=9.382GHz8090220310329.382103263.893211222.862gcmmfmma（2）寻找波腹点，并计算g表6-1极小点两旁位置的点g极小点两旁位置的点Z1Z2Z3Z4位置L（mm）87.292.5109.6114.9AD（mm）1AL101.62AL107.8U(uV)Umax28Umin6'341289.85,112.522TTLLLLDmmDmm'341()()244.8gaTTZZZZDDmm12min104.7,14.852AAAATLLDmmlDDmm则maxmin2.16UU下面计算波导阻抗：1）直接代入公式2344.8min2min44.812.16(14.85)10.463.4110()2.16(14.85)ljtgjtglZjjtgljtg2）利用Smith导纳圆图求解七、结果分析无论是测量还是调匹配，首先要把衰减调到一个合适的值，使得电压倍率最小，这样分辨率高，当然调匹配更难，其次指针偏转在1/2-2/3表盘，便于读数。这样之后测量更加精确，匹配更加稳定。否则在大量程下已调匹配，换了更高分辨率（小量程）后就不出现匹配现象了。在调节匹配过程中，我们先移动测量线探针找到并记下波节点位置，然后继续调节测量线调到波腹点，此时调节调配器位置，驻波波腹点有所下降，波节点有所上升，直至波节点和波腹点相差不大时，调节螺钉深度，同时用测量线跟踪驻波大小，直至实现匹配。实验四波长和频率的测量一、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微波信号源选频放大器频率计可变衰减器测量线可变电抗隔离器示的相邻腹点，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I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LLg1221，即可求得波导波长λg。（2）接短路阻抗。测量驻波相邻腹点的位置L1、L2，由LLg1221，即可求得波导波长λg。六、数据处理（1）第一次测量（接VSWR1.5）表6-1失配负载VSWR1.5下的波长测试数据组数12'g(mm)Lmax(mm)90.3113.446.2Lmin(mm)101.7123.243.0g(mm)45.639.2'44.6gg(mm)42.4（2）第二次测量(接VSWR7)表6-1失配负载VSWR1.5下的波长测试数据组数12'gLmax(mm)91.6119.255.1Lmin(mm)103.2131.456.3g(mm)46.448.8'55.7gg(mm)47.6（3）测试说明：上一实验在测量驻波系数的过程中，测量最大、最小电压时同时读取了L的数据，选取失配负载两组数据。测量过程中，从小到大一个方向增加，只测了两组。（4）计算说明Lmax表示取Emax时对应线上读数，单位mm；Lmin表示取Emin时对应线上读数，单位mm。1）纵向：分别对1，2组数据求波长，再平均，也即是