北京理工大学实验报告-微波测量线应用

1/3实验三微波测量线应用实验大纲实验目的1、了解一般微波测试线的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法。2、掌握波导中波导波长和驻波比的测量方法。3、掌握调配器调配的方法及其对传输线驻波比的影响。二、实验内容1、测量波导传输线中的横向场分布；2、测量波导传输线中的波导波长；3、测量波导传输线中的驻波比；4、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比。三、微波测量线组成及测量原理常用的一般微波测试线组成如图1所示。微波微波信号源隔离器可变衰减器纵向场分布测量线横向场分布测量线三螺调配器驱动电源检波器检波器测量放大器电场探针电场探针图1常用的一般微波测试线组成本实验应用矩形波导（10厘米波段，TE10模）组成的微波测试线。其中，微波信号源（固态源或反射式速调管振荡器）在驱动电源激励下产生一个受到方波（1kHz）调制的微波高频振荡信号，载波频率范围约为2.5~3.4GHz。隔离器为一小段波导内放有一个表面涂有吸收材料的铁氧体薄片，并外加一个恒定磁场使之磁化，从而对不同方向传输的微波信号产生了不同的磁导率，导致向正方向（终端负载方向）传播的波衰减很小，而反向（向信号源）传播的波则衰减很大，此即所谓的隔离作用，它使信号源能较稳定地工作。可变衰减器也是由一小段波导构成的，其中放有一表面涂有损耗性材料，并与波导窄壁平行放置的薄介质片。介质片越靠近波导中心处，衰减越大，反之，衰减越小。利用可变衰减器可以连续地改变信号源传向负载方向功率的大小；另外，如同隔离器一样，可变衰减器也具有一定的隔离作用。纵向场分布测量线是一段在其宽壁中心线开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量（选频）放大器放大后，其幅度通过表头显示。当电场探针沿着波导纵向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中纵向电场幅度的分布。横向场分布测量线是一段在其宽壁横向开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量（选频）放大器放大后，其幅度通过表头显示。当电场探针沿着波导横向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中横向电场幅度的分布。三螺调配器为波导传输线的终端负载，他由三根细圆柱金属棒分别在波导宽边中心线的不同纵向位置插入波导中，通过每一根金属棒伸进波导内部长度的变化改变反射波的幅度和相位，可以将传输线从终端短路状态调整到终端匹配状态。四、实验方法与实验步骤1、首先按图1所示将测量系统安装好，然后接通电源和测量仪器的有关开关，观察微波信号源有无输出指示。若有指示，当改变衰减量或移动测量线探针的位置时，测量放大器的表头指示会有起伏的变化，这说明系统已在工作了。但这并不一定是最佳工作状态。例如，若是反射式速调管信号源的话还应把它调到输出功率最大的振荡模式，并结合调节信号源处的短路活塞，以使能量更有效地传向负载。若有必要，还可以调节测量线探头座内的短路活塞，以获得较高地灵敏度，或者调节测量线探针伸入波导的程度，以便较好地拾取信号的能量（注意，伸入太多会影响波导内的场分布）。对于其它微波信号源也应根据说明书调到最佳状态。有时信号源无输出，但测量放大器也有一定指示。这可能是热噪声或其它杂散场的影响；若信号源有输出，但测量放大器的指示不稳定或者当测量线探针移动时，其指示不变，均属不正常情况，应检查原因，使之正常工作。系统正常工作时，可调节测量放大器的有关旋钮或可变衰减器的衰减量（衰减量不能为零，否则会烧坏晶体二极管，最低调到5），使测量放大器的指示便于读数。2、波导中横向场分布测量。将图1中横向场分布测量线检波器输出连接至测量放大器，将横向电场探针位移至波导宽边中心位置，调整测量放大器灵敏度和可变衰减器使测量放大器表头读数处于50～80范围内（注意：切不要使表头满刻度，满刻度时会使指示针变形）。波导中TE10模横向场分布为余弦函数，移动横向场分布测量线中电场探针从波导宽边中心至边缘等间距读取5个测量放大器读数，填入表1中。3、测量波导波长。将图1中纵向场分布测量线检波器输出连接至测量放大器，调整测量放大器灵敏度和可变衰减器使测量放大器表头读数处于50～80范围内（注意：切不要使表头满刻度，满刻度时会使指示针变形）。测量λg时应将系统终端短路（将终端三螺调配器的每一根金属棒退出波导，此时利用三螺调配器得终端短路片实现终端短路），则系统呈纯驻波状态（理论上），其波导中场强的纵向幅度分布如图3所示。当测量线的探针处于Z1和Z2位置时，测量放大器的指示为最小（理论上为零），此时从测量线的刻度上即可求出波导波长λg=2∣Z2-Z1∣。在实际测量中，由于受设备的精度、灵敏度的限制，以及其它因素的影响，很难精确地确定Z1和Z2的位置。为提高测试精度，可采用“平均法”测定它们的位置，如图3所示。为了确定Z1，使在Z1两侧（尽量地靠近Z1）的d1和d2处测量放大器有相同的指示数，则Z1=(d1+d2)/2，同理可得Z2=(d3+d4)/2。这比直接去测Z1和Z2要精确些。图3终端短路状态下波导中纵向场幅度分布图4、测量波导传输线中的驻波比。在上述条件下移动纵向场分布测量线中电场探针读取测量放大器读数的最大值和最小值，并记录。5、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比。双株线调配器和三株线调配器的类型和结构形式与单株线调配器基本上是一样的，只不过是用了两个或三个单株线而已慢慢地调节其螺钉插入深度。每调节一次，都要从测量放大器上观察一下驻波比的变化趋势：应使最大读数与最小读数之差越小越好。在上述条件下，调整三螺调配器电场探针的插入深度，当测量出的驻波比意明显小于上一步中的驻波比即可结束实验，并记录测量放大器读数的最大值和最小值。五、实验结果1、波导中横向场分布测量序号12345横向位置刻度/cm2.803.113.423.704.14测量放大器读数/0102030382、测量波导波长/cm/cm（cm）2.85.124.643、测量波导传输线中的驻波比最小值/最大值/驻波比9424.67其中，驻波比4、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比最小值/最大值