实验一微波测量系统的认识与调试

亚美微波 YAMEI MICROWAVE 1 实验一实验一 微波测量系统的认识与调试微波测量系统的认识与调试 一 实验目的与要求一 实验目的与要求 应用所学微波技术的有关理论知识 理解微波测量系统的工作原理 掌握 调整和使用微波信号源的方法 学会使用微波测量系统测量微波信号电场的振 幅 了解有关微波仪器仪表 微波元器件的结构 原理和使用方法 二 实验内容二 实验内容 1 掌握下列仪器仪表的工作原理和使用方法 三厘米标准信号发生器 YM1123 三厘米波导测量线 TC26 选频放 大器 YM3892 2 了解下列微波元器件的原理 结构和使用方法 波导同轴转换器 BD20 9 E H 面阻抗双路调配器 BD20 8 测量线 TC26 和可变短路器 BD20 6 等 三 实验原理 本实验的微波测试系统的组成框图如图一所示 图 一 信号源 波导同轴转换器 单螺钉调配器 功率探头 数字功率计 微波频率计 E H 面调配器 魔 T 定向耦合器H 面弯波导 晶体检波器 测量线 选频放大器可变衰减器 亚美微波 YAMEI MICROWAVE 2 它主要由微波信号源 波导同轴转换器 E H 面阻抗双路调配器 测量线 和选频放大器主要部分组成 下面分别叙述各部分的功能和工作原理 其它一 些微波元器件我们将在以后的实验中一一介绍 1 微波信号源 微波信号源 YM1123 1 1 基本功能 1 1 1 提供频率在 7 5 12 5GHz 范围连续可调的微波信号 1 1 2 该信号源可提供 等幅 的微波信号 也可工作在 脉冲 调制状态 本 系统实验中指示器为选频放大器时 信号源工作在 1KHz 方波调制输 出方式 1 2 工作原理 1 2 1 本信号源采用体效应振荡器作为微波振荡源 体效应振荡器采用砷化镓体 效应二极管作为微波振荡管 振荡系统是一个同轴型的单回路谐振腔 微波振 荡频率的范围变化是通过调谐 S 型非接触抗流式活塞的位置来实现的 是由电 容耦合引出的功率输出 1 2 2 本信号源采用截止式衰减器调节信号源输出功率的强弱 截止式衰减器用 截止波导组成 其电场源沿轴线方向的幅度是按指数规律衰减 衰减量 用 dB 表示 与轴线距离 L 成线性关系 具有量程大的特点 1 2 3 本信号源用微波铁氧体构成隔离器 在微波测量系统中 一方面信号源需要向负载提供一个稳定的输出功率 另一方面负载的不匹配状态引起的反射破坏信号源工作的稳定性 使幅 频发 生改变 跳模等 为了解决这个问题 往往在信号源的输出端接一 单向传输 的微波器件 它允许信号源的功率传向负载 而负载引起的反射却不能传向信 号源 这种微波器件称之 隔离器 这类隔离器在 3cm 波段可以做到正向衰减小于 0 5dB 反向衰减 25dB 驻 波比可达 1 1 左右 隔离器上箭头指示方向即为微波功率的正向传输方向 1 2 4 本信号源采用 PIN 管作控制元件 对微波信号进行方波 脉冲波的调制 1 2 5 本信号源功率输出端接有带通滤波器 它滤去 7 5 12 5GHz 频率范围的 谐波 使信号源输出信号频谱更纯净 注 1 打开信号源的上盖板 即可看到信号源的同轴谐振腔 截止式衰减 器 PIN 调制器和带通滤波器等结构 注 2 有些单位采用本公司生产的 YM1124 信号发生器 它是 9 37GHz 点 频信号源 采用介质振荡技术 频率稳定度高 输出功率大 有 等幅 和 亚美微波 YAMEI MICROWAVE 3 1KHz 方波两种工作状态 输出为 BJ100 波导口 2 波导同轴转换器 波导同轴转换器 BD20 9 2 1 基本功能 提供从同轴输入到波导输出的转换 2 2 工作原理 波导同轴转换器是将信号由同轴转换成波导传输 耦合元件是一插入波导 内的探针 等效于一电偶极子 由于它的辐射在波导中建立起微波能量 探针 是由波导宽边中线伸入 激励是对称的 选择探针与短路面的位置 使短路面 的反射与探针的反射相互抵消 达到较佳的匹配 3 E H 面阻抗双路调配器 面阻抗双路调配器 BD20 8 3 1 基本功能 微波传输 测量 系统中 经常引入不同形式的不连续性 来构成元件或 达到匹配的目的 E H 面阻抗调配器是双支节调配器 在主传输波导固定的位置上的 E 面 宽边 和 H 面 窄边 并接两个支节 通过调节二个支节的长度以达到系统 调配 3 2 结构和工作原理 E H 面阻抗调配器是由一个双 T 波导和两只调节活塞组成 调节活塞是簧 片式的接触活塞 调节 E 面活塞 等于串联电抗变化 调节 H 面活塞等于并联 电纳的变化 两者配合使用 4 微波测量线 微波测量线 TC26 4 1 基本功能 微波测量线是用来测量微波传输线中合成电场 沿轴线 分布状态 含最 大值 最小值和其相对应的位置 的设备 利用微波测量线 系统 可以测得 微波传输中合成波波腹 节 点的位置和对应的场幅 波导波长 相波长 和 驻波比等参数 微波测量线有同轴测量线和波导测量线 本实验采用波导测量 线 4 2 结构和工作原理 本实验中的测量线采用 BJ 100 型矩型波导 其宽边尺寸为 22 86mm 窄边尺寸为 10 16mm 频率范围为 8 2 12 5GHz 测量线一般包括开槽线 探针耦合指示机构及位置移动装置三部分 当测量线接入测试系统时 在它的波导中就建立起驻波电磁场 众所周知 亚美微波 YAMEI MICROWAVE 4 驻波电场在波导宽边正中央最大 沿轴向成周期函数分布 在矩形波导的宽边 中央于它轴的方向开一条狭槽 并且伸入一根金属探针 2 则探针与传输波导 1 电力线平行耦合的结果 必然得到感应电压 它的大小正比于该处的场强 交流电流在同轴腔 3 组成的探针电路内 由微波二极管 4 检波后把信号加到外 接指示器 回到同轴腔外导体成一闭合回路 因此指示器的读数可以间接表示 场强的大小 图二 波导测量线工作原理示意图 当探针沿槽移动时 指示器就会出现电场强度 Emax和 Emin 从而求得 min max E E S 由标尺指出探针位置可以测出极小点至不连续面的距离 dmin 从而可以测 量阻抗 调谐活塞 5 在检波头中使晶体处于驻波的腹点以得到最大指示 检波 滑座 6 用来支持检波头 并可沿轴向移动 在移动时保证探针与波导的相对位 置不变 5 选频放大器 选频放大器 YM3892 本实验采用选频放大器对微波二极管的检波电流进行 线性 放大 5 1 基本功能 本选频放大器由四级低噪声运算放大器组成的高增益音频放大和选频网络 组成 可使放大电路在 窄带内 对微弱音频信号进行放大 以减小噪声和微 波信号源中寄生调频的影响 保证测量的精度 5 3 1 6 2 4 1 传输波导 2 探针 3 同轴腔 4 微波二极管 5 调谐活塞 6 检波滑座 亚美微波 YAMEI MICROWAVE 5 5 2 结构和工作原理 在信号源内用 1KHz 的方波对微波信号 如 10GHz 进行调幅后输出 此 调幅波在测量线内仍保持其微波特征 测量线输出端所接负载的特性决定其分 布状态 由小探针检测经微波二极管检波所得的 1KHz 方波包络表征其微波性 能指标 选频放大器则对此 1KHz 方波进行有效放大 YM3892 选频放大器是一个增益 60dB 可调带宽 40Hz 中心频率 1KHz 的 放大器 满足不同输入幅度的可调 表头指示弧线 2 条 第一条上标值为线性 指示 下为相应的对数 dB 指示 第二条为驻波比指示 上为驻波比 1 3 下为 3 2 10 6 可变短路器 可变短路器 BD20 6 可变短路器由短路活塞与一套传动读数装置构成 活塞为两节抗流形式 传动丝杆带动活塞作相对于波导轴线移动 并由读数装置上读得其相对行程 改变短路面的位置 也就改变参考面的电抗和电纳 使节点的位置发生偏 移 四 实验步骤四 实验步骤 1 按图 1 连接微波仪器仪表和微波元器件 将选频放大器的输入端和测量线同 轴腔用 Q9 电缆线相连 接通选频放大器电源开关 2 微波信号源开机后 工作状态的指示灯在最右边位置 此工作状态下没有微 波功率输出 由于本实验中指示器为选频放大器 故信号源 重复频率 量程 置于 10 园盘刻度置于 100 处 在信号源的左中 下角 调好将不再 变动 信号源面板有 衰减 和 频率 显示值 输出功率由 衰减 调节旋钮调节 顺时针输出减小 逆时针输出变大 本实验只调节 衰减 调节旋钮来获得适合的功率 两旁的旋钮即 调零 和 衰减调零 是在接上附件 电平探头 时才起作用 3 调谐 旋钮调节使信号源的工作频率发生改变 顺时针频率升高 逆时针 频率降低 置工作频率在自己所需的频率点 如 10 00GHz 从数字显示上直读 亚美微波 YAMEI MICROWAVE 6 4 接可变短路器在测量线的输出端 移动可变短路器刻度到 0 00 5 通过信号源工作状态 键 置工作状态在 方波状态 此时 信号源输出的是 1KHz 方波调制下的 10GHz 微波功率 注意 为防止在拆装微波元器件时 微波功率从波导中辐射 请将工作状注意 为防止在拆装微波元器件时 微波功率从波导中辐射 请将工作状 态通过态通过 选择在最右边位置选择在最右边位置 外整步外整步 后再拆装 测试时置于后再拆装 测试时置于 方波状态 方波状态 6 选频放大器输入阻抗置于 200K 正常 5dB 开关置于 正常 状态 5dB 为使输入信号减小 5dB 右上部 通带 放在 40Hz 带宽越窄 通 带 Q 值越高 增益越高 7 此时整个系统已工作 依次调节 E H 调配器 E 面和 H 面罗盘 改变信号 源功率输出 调节选频放大器 频率微调 使信号发生器 1KHz 方波调制信号与选频中 的频率相一致 一般开机时调准 开机半小时后再微调一下 本实验中根据输入信号的大小 调节 分贝 档位开关及 增益 电位器 来满足波腹节的读数需求 实际使用中尽量把增益开关置于 40 60dB 三档 中使用 使信号源基本满足测量线检波器的平方律检波段 8 移动 TC26 测量线的检波滑座和调谐活塞 指探头侧面的园螺盘 的位置 使探针位于波腹点 即选频放大器指示值最