實驗1微波測試系統(tǒng)的認識與調(diào)試0

1、實驗一 微波調(diào)試系統(tǒng)的認識與調(diào)試【實驗?zāi)康摹?.了解微波測試系統(tǒng).2.熟悉和掌握微波測試系統(tǒng)中各種常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和使用方法；【實驗內(nèi)容】1. 觀看按圖11和圖12裝置的微波測試系統(tǒng)。了解微波測量的幾種方法。 2. 觀看常用微波元件的形狀、結(jié)構(gòu)，并了解其作用、主要特性及使用方法。 【實驗原理】一、 微波測試系統(tǒng)微波測試系統(tǒng)通常有同軸和波導(dǎo)兩種系統(tǒng)。同軸系統(tǒng)頻帶寬，一般用在較低的微波頻段（2cm波段以下）；波導(dǎo)系統(tǒng)（常用舉行波導(dǎo)）損耗低、功率容量大，一般用在較高頻段（厘米波直至毫米波段）。微波測試系統(tǒng)通常由三部分組成，如圖12所示。圖12微波測試系統(tǒng)（1） 微波發(fā)送部分（等效電源部分），主要包

2、括微波信號源、衰減器、隔離器、有的還附加了功率、頻率監(jiān)測單元。信號源是微波測試系統(tǒng)的心臟。測量技術(shù)要求具有足夠的功率電平和一定頻率的微波信號，同時要求一定的功率和頻率穩(wěn)定度。功率和頻率監(jiān)測單元是由定向耦合器取出一小部分能量，經(jīng)過檢測指示來觀察源的穩(wěn)定情況，以便及時調(diào)整。為了減小負載對信號源的影響，電路中采用了隔離器。（2）測量裝置部分（測量電路部分），主要包括駐波測量線、調(diào)配元件、待測元件、輔助器件（如短路器、匹配負載等）以及電磁能量檢測器（晶體檢波器、功率計探頭等）。（3）指示器部分（測量接收器），指示器是顯示測量信號特性的儀器，如直流微安表、選頻放大器（或測量放大器）、示波器、功率計、數(shù)字

3、頻率計等。當對微波信號的功率和頻率穩(wěn)定度要求不太高時，測量系統(tǒng)就可簡化如圖13所示，微波信號源直接與測量裝置連接，其工作頻率可由波長計測得。圖13 微波測試系統(tǒng)簡化框圖二、主要微波測量線和頻率計的原理結(jié)構(gòu)和使用方法（4）駐波（開槽）測量線【儀器簡介】駐波測量線用于微波波段測量電壓駐波比、波長及阻抗等參量。主要組成部分有：開槽傳輸線段（按開槽線段截面形狀可分為同軸測量線和波導(dǎo)測量線）、探頭裝置（包括探針、檢波晶體和調(diào)諧器）以及傳動機構(gòu)和位置測量裝置。探針有傳動機構(gòu)帶動，沿開槽線的槽縫平穩(wěn)移動，檢取開槽線中的高頻能量，經(jīng)晶體檢波后送至指示器。此指示器的讀數(shù)與對應(yīng)位置處的電場或功率成正比（視晶體檢波

4、律而言）。隨探針沿槽縫移動，可測得電場幅值沿線分布，從而確定系統(tǒng)的駐波、阻抗等參量。測量線結(jié)構(gòu)簡單，用途廣泛，是微波測量中最基本的儀器之一。因受開槽傳輸線段工作頻率的限制，目前國內(nèi)同軸測量線的最高工作頻率達18GHz，波導(dǎo)測量線可以工作到110GHz。實驗室現(xiàn)有開槽測量線1臺，型號HD-LIT2。其工作頻率8.2GHz12.4GHz。其工作原理示意圖如下圖示。當測量線接入測試系統(tǒng)時，在它的波導(dǎo)中就建立起駐波電磁場。而駐波電場在波導(dǎo)寬邊正中央最大，沿軸向成周期函數(shù)分布。在矩形波導(dǎo)的寬邊中央于軸向方向開一條狹槽，并且深入一根金屬探針，則探針與傳輸波導(dǎo)電力線平行耦合的結(jié)果，必然得到感應(yīng)電壓，它的大小

5、正比于該處的場強，交流電流在同軸線組成的探針電路內(nèi)，由微波二極管檢波后把信號加到外接指示器，回到同軸線外導(dǎo)體成一閉合回路。因此指示器的讀書可以簡接表示場強的大小?！臼褂梅椒ā堪聪聢D接好測試系統(tǒng)，（工作時）必須預(yù)熱1530分鐘，如使用固定衰減器做隔離衰減時，衰減量應(yīng)在10dB以上，信號源的駐波比應(yīng)1.2以保證信號源的穩(wěn)定度。指示器可以用測量放大器或選頻放大器，按照信號源是否方波調(diào)制而定。如果使用百分表測量，而受外接器件的碰撞，則在測量線前信號源端加接延伸空波導(dǎo)。信號源調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，將測量線檢波頭的探針穿伸盡可能小，在靈敏度不夠的情況下，增加探針的傳輸度，以減少探針分流電導(dǎo)引起的測量誤差為前提。調(diào)節(jié)

6、檢波頭活塞，以改變活塞位置，找一個最佳的諧振點，使輸出信號最大。調(diào)諧時要注意移動檢波座的探針在駐波腹點附近，因位于節(jié)點時輸出靈敏度太低。（2）頻率計（波長表）【儀器簡介】頻率計是利用諧振腔來測量信號頻率的器件。一般頻率計是用同軸或圓波導(dǎo)做諧振腔的。圓柱體諧振腔相當于一段兩端短路的圓波導(dǎo)，在諧振腔中根據(jù)激勵的方式和空腔的幾何尺寸不同，可以激勵起不同的波型。在設(shè)計頻率計時，諧振腔中只允許存在一種波型。圓柱形諧振腔由于具有較高的品質(zhì)因數(shù)，且結(jié)構(gòu)堅固并易于加工等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。諧振腔的長度可以由活塞來調(diào)節(jié)，腔底由耦合孔與主波導(dǎo)相連，把波導(dǎo)中能量耦合進來。圖 PX16頻率計結(jié)構(gòu)示意圖實驗室現(xiàn)有

7、PX16空腔頻率計1臺，采用的是工作于T111波型，其工作頻率8.2GHz12.4GHz，它是由位于波導(dǎo)寬邊上方的圓柱諧振腔構(gòu)成，圓柱腔底部有一小孔，結(jié)構(gòu)如下圖所示。移動短路活塞，使腔長正好等于信號頻率T111波型的半波長整數(shù)倍（即l=n.g/2）,腔內(nèi)振蕩達到最強，稱為諧振。其諧振曲線與低頻LC回路諧振曲線一樣。這時腔內(nèi)抖動電磁場無論在腔的橫向還是縱向均處于純駐波狀態(tài)。當諧振腔失諧時（即當腔體尺寸稍一偏離諧振尺寸時，振蕩就明顯減弱，這時稱之為失諧），波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)哪芰坎贿M入諧振腔。腔體與信號頻率諧振時，腔內(nèi)電磁能量達到最大值。由于腔體尺寸與諧振時的諧振頻率有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，所以就把腔的一端做成

8、可移動的活塞，使它能精密地改變腔體長度使之與信號頻率相諧振，這樣就可以按諧振時活塞的位置和預(yù)先的定度曲線測出信號源的振蕩頻率。目前比較新式的頻率計，可以通過腔體表面附加的刻度值直接讀出振蕩頻率，即信號源工作頻率。頻率計的指示分為：通過式和吸收式。通過式：在諧振腔適當?shù)奈恢瞄_口，將腔內(nèi)能量耦合出來并加以顯示。當諧振腔與信號源頻率諧振時，代表的指示值最大；反之，失諧時指示減小到零。這種方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不采用。吸收式：頻率計本身沒有指示器，其諧振腔內(nèi)能量的大小通過頻率計后的主波導(dǎo)所接的指示器來顯示。當信號源與諧振腔諧振時，主波導(dǎo)中相當一部分能量被耦合到頻率計的諧振腔內(nèi)，因此電表指示明顯下降。電表指示最小時，頻率計所對應(yīng)的頻率為信號源工作頻率。PX16是吸收式頻率計，由于檢波器檢測的信號在選頻放大器上指示是固定的；當諧振腔諧振時，由于波導(dǎo)中傳輸?shù)哪芰客ㄟ^耦合孔被諧振腔大量吸收而導(dǎo)致波導(dǎo)內(nèi)傳輸能量減小，使選頻放大器指示下降到最小，根據(jù)頻率計諧振裝置的刻度，即可直接讀出相應(yīng)的頻率。無論通過式還是吸收式，它們沒本質(zhì)的區(qū)別，只是一種現(xiàn)象描述角度的不同。頻率計的頻率分辨率主要取決于諧振腔的品質(zhì)因數(shù)Q值，Q越大，諧振曲線越尖銳，因而頻率分辨率越高。頻率分辨率越高，諧振點就越難找，所以在進行實驗時，一定要緩慢地調(diào)活塞螺旋