四川大学电磁场与微波技术实验

1、电磁场与微波技术实验任课老师：陈倩 魏念东学生：笔墨东韵微波实验部分一、实验目的:1.了解波导系统的几种工作状态，掌握波导元件的使用方法。2.掌握用驻波测量线测量波导波长的方法。3.掌握微波频率的测量方法。4.分析和计算波导波长及微波频率。二、实验原理选频放大器波导隔离器晶体检波器测量线频率计PX16可调衰减器BJ-100直波导波导隔离器三厘米固态信号源 进行微波测量，首先必须正确安装与调整微波测量系统。如图给出了实验室常用的微波测试系统。1.测量线的调整测量线是微波系统的一种常用测量仪器，他在微博测量中用途很广，可测驻波、阻抗、相位、波长等。测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的

2、调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。由于耦合探针深入传入而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统工作状态。为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线实验中测量线的调整一般包括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。在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的，因此要准确测出驻波 （行波） 系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。晶体二极管的电流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

3、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。在弱信号工作（检波电流不大于10A）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。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： 2-2式中，d为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，g为传输线上波长。因此，传输线上晶体检波电流的表达式为 2-3根据式（2-3）就可以用实验的方法得到图2-1所示的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是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内是行波；当负载

4、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。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z1， z2， z3， z4后，由于相邻波节点的距离是波导波长的 1/2， 这样便可通过下式算出波导波长。(2-4)由教材内容（见习题2-5） ，工作波长与波导波长有如下关系:另外， 信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。三、实验步骤1 开通测试系统按图1-1所示连接微波测量系统， 终端接上短路负载。打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在内调制（方波）状态，将衰减器调整到合适

5、位置。在开槽测量线终端接短路负载后，调节整个探头（旋动测量线上的大旋钮）使内部探针耦合匹配，直到选频放大器输出指示最大（已调好）。反复调整输出衰减器、探头活塞位置等，通过选频放大器指示，确定测量线测试系统工作在比较灵敏的最佳状态， 即得到测量线上不同位置与选频放大器指示刻度之间灵敏对应关系。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（内含探针），使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针初始位置，记作zmin0，并记录数据;继续旋转探头（由负载向信号源方向）位置，可得到一组指示最小点位置 z1， z2， z3，z4， 反复测3次， 记入表2-1；将数据代入式（2-

6、4），计算出波导波长，并换算成频率。 用频率计测量信号源工作频率： 吸收式频率计连在信号源与检波器之间。 当吸收式频率计失谐时，微波能量几乎全部通过频率计，此时选频放大器指示最大。慢慢调节吸收式频率计，当调至频率计谐振状态时，一部分能量被频率计吸收，使选频放大器指示出现明显减小并达最小处， 此时读得吸收式频率计上指示的频率（频率计上两红线之间的刻度读数）即为信号源工作频率，反复测3次，记入表2-2。可将测量结果（取其平均值）与用波导波长换算的结果进行比较。数据记录表2-1 位置读数 mm测量次数Z0Z1Z2Z3(1)85.08108.44131.86156.60(2)78.50102.48124.74148.88(3)81.10102.36123.54145.58