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微波测量方法本文来自: 微网论坛 作者: huangfeihong88 日期: 前天22:52 阅读: 25 人 打印 收藏 微波测量微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、功率测量和频率测量是微波中最常测量的三个基本参量，而其他的二级参量（如Q值、衰减、介电常数、铁磁共振线宽H、阻抗等等）的测量都可以归结到这三种基本参量的测量加以解决。 应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中必不可少的概念和调整步骤，任何微波系统正式工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配状态。匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态：此时微波功率由信号向负载传输而不出现反射波（驻波比1）。为什么通常总要把微波系统调到良好的匹配状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不好的。驻波的存在表示信号源与负载未匹配好，能量不能有效地传到负载去，使损耗增大；在大功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处可能发生击穿现象；驻波的存在还会影响信号源的频率稳定，从而影响微波测量的精确度。 1驻波测量驻波测量是微波测量中最基本、最重要的项目之一。驻波测量可以判断微波传输系统是否处于良好的匹配状态，还可以测量波导波长、衰减、阻抗、谐振腔Q值、介电常数等等。下面介绍测量驻波的设备和方法。 驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器，其简单原理是：使探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶体二极管检波后再由指示器指示，从而看出在开槽线中电场的分布情况（相对强度）。 使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先，使探针在开槽波导管内有适当的穿伸度。显然，探针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而产生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。探针穿伸度一般取波导窄壁高度b的510%。其次，通过调谐装置使测量线调谐。调谐的目的是消除探针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功率有效地送至检波晶体管。其次，注意检波晶体管的检波律。检波晶体管的检波电流I与管端电压V有关，而V与探针所在处的电场E成正比，I，E满足关系式： ,其中1，n为常数。在小功率情况下，可以相当精确地认为n2，即平方律检波。但在比较精确的测量中，应该对检波律进行校准。 驻波测量包括两部分，即测定电场波腹和波节的振幅以及波节的位置。驻波测量的线路如图R-23所示。 （1）小驻波比（1.0051.5）的测量在这种情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，因此要多测几个驻波波腹和波节，按下式计算的平均值： 当检波晶体满足平方律时， （2）中驻波比（1.510）的测量此时，只须测一个驻波波腹和一个驻波波节，按下式计算： 满足平方律时 （3）大驻波比（10）的测量如驻波比10，波腹振幅与波节振幅的区别很大，测量线不能同时测量波腹的波节，因此必须采用别的测量方法。这里只介绍一种方法二倍极小功率法。 将式（R-8）中的Ey简写为E，并稍加变化得 利用式（R-9）、（R-10）和上式，不难证明 参看图R-24，以驻波波节为参考零点，把上式应用到距离波节为d处，得 当 时，由上式可推得 在大驻波比时， ，上式变成 使用平方律的检波晶体管，利用探针测量极小点两旁功率为极小点功率二倍的两点的距离W（参看图R-24，W2d）以及波导波长g，按下式计算驻波比： （4）波节位置和波导波长测定极小点的位置受探针影响极微，只要驻波测量器灵敏度够高及极小点够尖锐，一般很易测定。为了精确测定极小点的位置，可采用平均值法，亦即测极小点附近两点（此两点在指示器的输出相等）的距离坐标，然后取这两点坐标的平均值，即得极小点坐标（如图R-25所示）： 波导波长g可由两个相邻极小点的距离决定，因为 为了精确测定波导波长，实验中可用平均值法测量三个相邻波节的位置，在保证 的条件下，求平均决定g。2功率测量功率测量包括两种方法：（1）相对测量（确定微波功率的相对大小）；（2）绝对测量（确定微波功率的绝对值）。 在测量工作中常常需要检察微波功率的存在或估计其相对大小，用来检察微弱信号功率的灵敏指示器称为检波器。 借助于检波晶体管的检波电流，可以简单地估计功率的大小。在小功率情况下，当检波电流不超过510A时，检波晶体管可以相当精确地假定为平方律检波，亦即检流计测得检波电流I与微波功率P成正比：I0P，其中0为常量。遗憾的是，检波晶体管的特性易随时间而大大改变，并受到环境因素的强烈影响，要想精确地决定上式中的0是不可能的，所以不能用检波晶体管来测量功率的绝对值，但是，这并不妨碍把检波晶体管用来测量及指示以相对单位表示的功率。 当在晶体检波接头前面加一个精密可变衰减器时，在不知道检波晶体管的特性曲线情况下，也可精确地测定相对功率值。这里，必须先介绍一下“衰减量”的定义。如果微波元件的输入端功率为P1，输出端功率为P2，则定义： 衰减量 (R-21) 当测量的微波输入功率变化时，可调节精密衰减器的衰减量使检波晶体管的检波电流始终保持一个恒定值I0，由精密衰减器的衰减量的大小可精确地知道输入功率的相对值。 图R-26给出进行功率相对测量的线路，我们用它来测量微波器件的插入损耗Ain。如果检波器的检波晶体是平方律检波的，它的检波电流即表示相对功率。在微波器件未插入前， 调节测量线路的系统驻波比1.10，改变衰减器的衰减量，使晶体管的检波电流为I0（例如I0100格），然后把微波器件插入，检波器的检波电流为I1，则微波器件的插入损耗为 Ain=10log10（I0/I1）dB 如果用精密衰减器来测量微波器件的插入损耗，先记下在未插入微波器件时精密衰减器上的刻度l1（由精密衰减器的校准曲线可以查得此刻度所对应的衰减量A1）和检波器的检波电流I0。在插入器件后，检波器的检波电流变成I1，改变精密衰减器的衰减量，当指在刻度l2（对应的衰减量为A2）时，使检波器的检波电流恢复到I0，则微波器件的插入损耗为 AinA1A2 由于检波器的检波电流只作参考标准，所以测量的精度主要决定于精密衰减器的精度。3频率测量微波频率的测量方法基本上有两种：一是谐振腔法；一是频率比较法。实际测量中主要使用谐振腔法，只有在作精密测量和校准时才使用频率比较法。 由于波长与频率满足c/f的关系式，因此频率的测量和波长的测量是等效的。 谐振腔法的测量设备是谐振腔波长计，它的主要组成部分为谐振腔、输入耦合、输出耦合、检察装置和读数装置。图R-27是圆柱谐振腔波长计。 谐振腔波长计可用两种不同方法与微波系统连接：一种是传输型（最大读数法）；另一种是吸收型（最小读数法）。传输式谐振腔有两个耦合元件，一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大，如图R-28（a）所示。吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路相接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出，如图R-28（b）所示。谐振腔波长计的精确度（指测量误差的绝对值与被测量的真实值之比，以百分比表示）约在1%至0.01%范围。提高精确度的主要途径是提高谐振腔的品质因数。因此谐振腔波长计都是使用高Q的谐振腔。射频基础知识提高射频和微波测量的准确性本文来自: 微网论坛 作者: huangfeihong88 日期: 前天22:34 阅读: 20 人 打印 收藏 射频, 准确性, 微波测量, 基础, 知识任何一个都位于信号发生器和分析仪之间，而连接和仪器之间的桥梁就是测试附件或测试系统。千万不要忽视这些测试附件，有条件时，最好能固化这些测试附件使之成为一个标准化的测量系统。仪器供应商在提供整机时，最多会提供到与仪器的最高工作频率相符的测试电缆。而在真正的测试过程中，会遇到各种不同的情况而需要采用不同的附件，所有这些附件都会影响到测量结果的准确性，这就需要测试者对相关的测试附件有深入的了解。常用的测试附件也有路由器件和调控器件二大类。 选择正确的测试电缆和连接器 在选择测试系统中电缆的规格时，除了要考虑插入损耗和以外，电缆的稳定性一定要好。在射频和微波频段，常用的电缆分为半刚性电缆，半柔性电缆和柔性编织电缆等三种。 半刚性电缆 顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成，其射频泄漏非常小（小于），在测试系统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的模具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态的聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。由于固态聚四氟乙烯的介电常数较高，所以插入损耗也相对较大些，一种较好的替代材料是低密度的聚四氟乙烯，这种材料具有更低的介电常数，因此具有更高的工作频率，更低的插入损耗和。 半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，在标准化的测试系统中被大量采用。 半柔性电缆 半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。 柔性（编织）电缆 柔性电缆是一种“测试级”的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。 柔性电缆必须保持在弯曲条件下幅度和相位的稳定。通常来说，单股内导体的电缆有利于幅度的稳定；多股内导体的电缆有利于相位的稳定，可见仅这二项指标就难以二全了。无论弯曲性能多好，电缆制造商总是不希望操作者在过度弯曲的情况下使用柔性测试电缆，通常推荐的弯曲半径不应该小于电缆直径的十倍。 柔性电缆的设计从某种程度上违背了低无源互调的设计原则，所以柔性电缆少有低无源互调型号的。此外，过度弯曲也会导致其无源互调指标的更加恶化。 为了便于弯曲，柔性电缆采用编织层作为外导体，在这种结构下，电磁波会从缝隙中泄漏出来，虽然有些高端的微波电缆测量采用箔状材料作为外导体，其射频泄漏指标仍然远不如半刚性电缆，不过作为射频和微波测量，到的泄漏指标已经足够了，大部分的微波电缆都可以做到这个水平。 为了降低电缆的插入损耗和提高截止频率，高端的微波电缆几乎都采用低密度的聚四氟乙烯介质，这也是影响电缆成本的原因之一。由于加工的原因，可以发现并不是每一批次出厂的电缆的介电常数都很稳定。不过笔者认为，在选择测试电缆时，并不需要一味的追求低损耗，因为测试电缆的损耗可以在测试的时候加以校准，很多仪器都有偏置（）功能，可以直接将电缆的插入损耗输入仪器，即使没有，用人工方法也很容易的做到这一点。倒是有一点需要注意的，在宽带或者自动化测试场合，电缆的频响特性会直接影响到测试结果的幅度精度，有条件和必要时可以采用均衡技术加以补偿。 要注意观察接头和电缆连接部位的工艺，这会影响到电缆的使用寿命。在这个部位，电缆和接头之间有一个硬接触点，很容易造成电缆的断裂。这并不是简单采用普通的热缩套管就可以解决问题的。接头的材料也是决定测试电缆寿命的主要因素，一般来说，采用铜外导体的接头的使用寿命不如不锈钢材料。在满足力矩的前提下，前者的寿命是次，后者是次。这项指标的定义是在到了寿命后，接头的出厂指标开始下降，而不是说这个接头就要报废了。正常情况下，电缆接头的寿命要远大于上述指标。 总的来说，柔性测试电缆的指标一定要好，选择一条柔性测试电缆要从频率，损耗，接头材料，使用寿命，射频泄漏，无源互调和成本等诸方面因素综合考虑，而不是单纯从价格来考虑。所幸的是，通过不断的技术创新，现在已经有低成本的微波测试电缆面世以满足生产线大规模测试应用，详情可以和本文作者直接联系。 并不是每条测试电缆都能适合的接口，所以经常需要用到射频转接器来完成转接。通常，指标是射频转接器选择的主要依据，无论怎样强调射频转接器的指标都不为过。以参数测量为例，当一个矢量网络分析仪经过校准后，通常可以将内置定向电桥的方向性校准到以上；在测试时，如果在仪器和之间插入一个的转接器，则系统的方向性会降低到。如果的真实，则最终测试结果可能在之间。这个例子可以充分说明射频转接器的重要性微波测试系统的薄弱环节本文来自: 微网论坛 作者: huangfeihong88 日期: 前天16:42 阅读: 15 人 打印 收藏 微波, 环节, 系统在技术人员进行产品的测试过程中，组建一个满足自己测试要求的系统，已经越来越成为测试的基本需要了，系统中的测量仪器由于受到技术人员的重视，而且得到的技术支持也最多，因此，选择仪器方面不存在特别的问题，但往往被技术人员忽视的是系统中的小部件，而最终影响测试系统稳定性、可靠性甚至精确度、重复性的也就是这些连接的部件。在射频微波、通信测试系统中，这些小的部件包括了连接器、衰减器、开关、放大器、功分器等，它们统称射频微波的测试附件。射频微波的测试附件的主要技术规格包含了：频率范围、精度、SWR（驻波比）、重复性、插入损耗、隔离度、寿命等指标。对不同的产品，还会有其他重要的规格。下面通过选择衰减器的例子来说明必须重点考虑的事项在射频或微波的产品测试中，需要测试许多的指标，也用到许多不同的仪器如频谱分析仪、信号源、网络分析仪等，由于每种仪器可以接受的信号电平是不同的，而且也需要测试不同功率条件下的参数，在信号处理过程中，就需要用衰减器来降低信号的电平、匹配信号源和负载的阻抗或者测量两端口器件的增益或损耗。选择衰减器是除了考虑频率范围、功率、衰减量等基本规格外，更重要的是考虑重复性、精度、SWR和寿命，特别是重复性，它是您测试系统数据一致性的保证，重复性：微波测量中