南昌大学微波技术与天线所有试验报告数据完整处理教材

1、 实验报告 实验课程： 微波技术与天线 学生姓名： 学 号： 专业班级： 年月日 实验一 微波测量系统的认识及功率测量 一、实验目的 1. 熟悉基本微波测量仪器； 2. 了解各种常用微波元器件； 3. 学会功率的测量。 二、实验原理 1. 基本微波测量仪器 (1) 微波测量技术 主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量： 微波信号特性参量 包括微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等； 微波网络参数 包括反射参量(如反射系数、驻波比)和传输参量(如 S 参数)。 (2) 微波测量方法 包括点频测量、扫频测量和时域测量三大类： 点频测量：信号只能工作在单一频点逐一进行测量； 扫频测量：在

2、较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络 分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析； 时域测量：利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析 仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。 (3) 微波测量系统 由微波信号源、 调配器/ 衰减器/隔离器、波长/频率计、测量线、终端负载、 选频放大器及小功率计等组成。 图 1 微波测量系统 2. 常用微波元器件 实验室里常见的几种元器件： (1) 检波器 (5) 波导弯曲 (9) 吸收式衰减器 (2) E-T 接头 (6) 波导开关 (10)定向耦合器 (3) H-T 接头 (7) 可变短路器 (11)隔离器 (4) 双 T 接头 (8

3、) 匹配负载 3. 功率测量 按图 1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源 开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录。 三、实验数据及处理 表格 1 衰减器位置 /mm 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 功率计读数 /mW 6.40 6.33 6.25 6.12 5.84 5.19 4.43 3.39 衰减器位置 /mm 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 功率计读数 /mW 2.24 1.64 1.04 0.61 0.34 0.14 0.05 0.01 衰减器指示与功率指示关系曲线 图 2 衰减器指示

4、与功率指示关系曲线 实验二 微波波导波长、频率的测量、分析和计算 一、实验目的 1. 学会微波测量线的使用； 2. 学会测量微波波导波长和信号源频率； 3. 分析和计算波导波长及微波频率。 二、实验原理 1. 系统调整 主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准： (1) 信号源的调整 包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调 整和晶体检波器的校准。 (2) 测量线的调整 测量线组成 由一段开槽传输线、探头、传动装置三部分组成； 实验中测量线的调整 一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配(即调谐探头) 。 2. 晶体检波器的工作原理 在微波测量系统中，送至指示器的微

5、波能量通常是经过晶体二极管检波 后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。 (1) 晶体二极管特性 二极管的电流 I 与检波电压 U 的一般关系为： I=CUn。式中， C 为常 数， n 为检波律， U 为检波电压。 检波电压 U 与探针的耦合电场成正比。 晶体管的检波律 n 随检波电压 U 改变。 弱信号工作情况下，近似为平方律检波，即 n=2； 在大信号范围， n 近似等于 1，即直线律。 (2) 测量晶体检波器校准曲线 最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相 对电压按正弦律分布，即： (d 为离波节点的距离， Umax 为波腹点电压， g 为传输线上波长

6、。 ) 传输线上晶体检波电流的表达式为： 根据上式得到晶体检波器的校准曲线： 图 3 晶体检波器的校准曲线 3. 波导波长的测量原理(测量线的基本测量原理) (1) 原理 当负载与测量线匹配时测量线内是行波； 当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。 因此通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最 小点位置 zmin 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、 网络特性等。 (2) 测量 测得一组驻波最小点位置 z1， z2，z3，z4 计算波导波长： z3zmin 0 z2zmin 0 2 计算工作波长： gc gc c 为截止波长。一般波导工作在主模状态，其 c

7、 =2a 。（波导型号为 BJ-100，其宽边为 a =22.86 mm。） 信号源工作频率： 3 108 三、实验步骤 1. 开通测试系统 连接微波测量系统，终端接上短路负载； 打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减 器调整到合适位置； 调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大） 。 2. 波导波长测量 从负载端开始旋转测量线上整个探头位置，使选频放大器指示最小， 此时即为测量线等效短路面，记录 zmin0； 继续旋转探头，得到一组指示最小点位置 z1，z2，z3， z4 ，反复测 3 次，记入表 1； 计算出波导波长 g， ，f ； 用频率计测量信号源

8、工作频率； 对比工作频率的实际测量结果和计算值。 四、数据记录及处理 探针初始位置 zmin0 =78.10mm 表格 2 位置读数 测量次数 Z1(mm) Z2(mm) Z3(mm) 1 101.30 123.80 146.10 2 101.10 123.70 146.00 3 101.20 123.60 145.90 Z1= 101.20mm Z2 =123.70mmZ3 =146.00mm 表格 3 测量频率 f1 f2 f3 (GHz) 9.39 9.40 9.39 g =48.15mm =33.15mm f=9.05GHz f1 f2 f 3 f 3 =9.423GHz f=0.37

9、GHz 实验三 微波驻波比、反射系数及阻抗特性测量、分析和计算 、实验目的 1. 学会驻波比的测量、分析和计算； 2. 学会反射系数的测量、分析和计算； 3. 学会输入阻抗的测量、分析和计算。 、实验原理 在任何的微波传输系统中，为了保证传输效率，减少传输损耗和避免大 功率击穿，必须实现阻抗的匹配。 描述系统匹配程度的参数有电压驻波比和复反射系数。 1. 驻波比及反射系数的测量 (1) 驻波比 U max U min min 在平方律检波，即 n = 2 时 U max max U min max1 max2 max n I min1 min1 I min 2 I min n 在 n2 时 m

10、ax min I max1 max2 min 2 (2) 终端复反射系数 模值 | l| 相位 l zmin n 4 2n 1 g 4 （3）终端负载阻抗： Zl ZTE 10 1 j tan zmin1 j tan zmin1 其中， 120 1 2a 2 ZTE10 三、实验步骤 1. 等效参考面的选取与波导波长的测量 连接微波测量系统，终端接上短路负载； 打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置方波）状态，将衰减 器调整到合适位置； 调节整个探头，使内部探针耦合匹配（选频放大器输出指示最大） ； 终端接短路片，从负载开始，旋转测量线上的探针位置，使选频放大 器指示最小，此时即为测量线等

11、效短路面，记录 zmin0 ； 测出波导波长。 2. 驻波比测量 终端接待测负载，探针从 zmin0 开始向信号源方向旋转，依次得到指 示最大值和最小值三次，记录相应的读数，即得相应的 Imin 和 Imax； 3. 反射系数的测量 终端接上待测负载，探针从 zmin0 开始向信号源方向旋转，记录波节 点的位置 zmin。 四、实验数据及分析 zmin0 = 79.10mm 10 表格 4 位置读数 /mm 测量次数 Z1 Z2 Z3 1 101.00 124.00 145.70 2 101.00 124.01 145.60 3 101.00 123.09 145.80 表格 5 指示表读数

12、/uA 测量次数 Imin Imax 1 2.53 42 2 2.50 40 3 2.53 43 表格 6 位置读数 /mm 测量次数 Zmin1 Zmin2 Zmin3 1 91.6 114.0 135.4 2 91.5 114.3 135.3 3 91.7 114.1 135.5 =4.07 |l|=0.61 g g =44.37mm l =5.26 =23.08mm ZTE10 =139.53 =86.66 Zl=139.53*(4.23+j3.056) 11 实验四 微波网络参数的测量、分析和计算 、实验目的 1. 理解可变短路器实现开路的原理； 2. 学会不同负载下的反射系数的测量、

13、分析和计算； 3. 学会利用三点法测量、分析和计算微波网络的 S参数 、实验原理 1. S 参数 (1) 测量方法 三点测量法； (2) 测量原理 对于互易双口网络有 S12=S21 ，故只要测量求得 S11 、 S12 及 S21 三个量 就可以。 图 4 双口网络 设终端接负载阻抗 Zl ，令终端反射系数为 l ， 则有：a2 = lb2代, 入S 参数定义式得： b1 S11a1 S12 lb2 b2S12a1S22 lb2 于是输入端处的反射系数为： 解出： 12 S11m S122 in a1 S12 l 1 S22 l 2 m s o m 0s 在实际测量中，由于波导开口并不是真正

14、的开路，故一般用精密可移动短 路器实现终端等效开路(或用波导开口近视等效为开路) ，如图所示。 图5 三、实验步骤 1. 将匹配负载接在测量线终端，并将测量线调整到最佳工作状态； 2. 将短路片接在测量线终端，从测量线终端向信源方向旋转探针位置，使选频 放大器指示为零，此时的位置即为等效短路面，记作 zmin0 ； 3. 接上可变短路器，在探针位置 zmin0 处，调节可变短路器使选频放大器指示 为零，记下可变短路器的位置 l1 ； 4. 继续调节可变短路器，使选频放大器再变为零，再记下可变短路器位置l2 ； 5. 接上待测网络，终端再接上匹配负载，测此时反射系数 m ； 6. 终端换上可变短路器，并将其调到位置 l1 ，测得此时的反射系数 s ； 7. 将可变短路器调到等效开路位置 l0=(l 1+l2)/2 ，测得此时的反射系数 o ； 8. 计算 S参数。 13 四、实验数据及处理 Zmin0=79.10mml1=5.71mml 2=24.71mm 参数 测量次数 Imin/uA Imax/uA Zmin1/mm 匹配 1 8.54 8.54 2 8.54 8.54 3 8.54 8.54 短路