微波測量系統(tǒng)的認識和調(diào)整

一、實驗目的

1、進一步了解波導測量系統(tǒng)，熟悉基本微波測量元件正確的使用。

2、掌握用頻率計校準頻率的方法。

3、掌握用駐波測量線測量矩形波導波長λg 的方法。

二、實驗原理

1、測量系統(tǒng)的連接與調(diào)整

進行微波測量，正確連接與調(diào)整圖1~2 所示微波測量系統(tǒng)。信號源在左側(cè)，待測
元件接在右側(cè)，便于操作，連接系統(tǒng)要平穩(wěn)，各元件接頭要對準，晶體檢波器輸出引
線應遠離電源和輸入電路，以免干擾。如果系統(tǒng)連接不當，將會影響測量精度，產(chǎn)生
誤差。系統(tǒng)調(diào)整主要包括信號源和測量線調(diào)整，以及晶體檢波器的校準。

圖1-2 微波測量裝置方框圖

2、駐波測量線的調(diào)整

圖2－1 所示是三厘米波導測量線。它由開槽傳輸線，探針和傳動裝置三部分組

成，當探針經(jīng)過窄槽插入波導內(nèi)并與電場平行，其感應一個電動勢經(jīng)同軸探針座送到

晶體檢波器，被檢波后從測量放大器電表讀出。

當探針座沿波導移動時，放大器讀數(shù)就間接地表示了波導內(nèi)電場大小的分布，找
出電場的最大值與最小值及其位置，就能求出駐波大小及相位。

圖2-1 Tc-26 波導測量線剖面結(jié)構(gòu)原理圖

當探針插入波導時，在波導中的等效導納會引起不均勻性，相當在線上并聯(lián)一個
導納，如圖2－2 所示。當終端接在任意阻抗時，由于Gu 的分流作用，駐波腹點和電
場強度都要比真實值要小，而Bu 的存在將是駐波腹點和節(jié)點的位置發(fā)生偏移。
當測量線終端短路時，駐波節(jié)點處的輸入導納Yin——>∞，駐波最大A 及最小
點B 位于Gin≈0 的圓上，如探針放在駐波的波節(jié)上B 上，由于此點處于輸入導納
Yin——>∞，故Yu 的影響很小，駐波節(jié)點的位置不會發(fā)生偏移。如果探針放在駐波
的波腹點，由于此點的輸入導納Yin——>0，故Yu 對駐波腹點的影響就特別明顯，
探針里容性電納將使駐波向負載方向偏移，如圖2－3 所示。

圖2－3 探針電納對駐波分布圖形的影響

所以探針引入的不均勻性，將導致場的圖形畸變，使測得駐波波腹值下降而波節(jié)
點略有增高，造成測量誤差，欲使探針導納影響變小，探針愈淺愈好，但這時在探針
上感應電動勢也變小。通常是在指示儀表上有足夠指示下，盡量減少探針深度。
調(diào)節(jié)方法是將探針深入適當深度，測量系統(tǒng)終端短路，將探針移至二波節(jié)點之正
中位置，調(diào)節(jié)晶體座的調(diào)諧活塞，直至輸出指示最大。
當信號源頻率或探針深度改變時，由于將探針等效導納也隨之改變，所以必須重
新對探針進行調(diào)整。

3、 頻率計

實驗中常采用吸收式頻率計，當失諧，能量通過波導管，負載指示有一個固定值，
當調(diào)到諧振點時，能量被反射，指示器讀數(shù)下降到最小，根據(jù)頻率計諧振裝置的刻度，
即可直接讀出相應的頻率，見圖2－4。

自由波長λ o 和波導波長λg 的換算方法：
λ o=C/F
式中C 為自由空間波傳播速度，約3×1010cm/s
矩形波導中的H10 波滿足公式：
λ g=λ o/√（1-（λo/2a）^2）
式中，a 為矩形波導寬邊尺寸，對三厘米波導a=22.86mm.。

4、交叉讀數(shù)法確定波節(jié)的位置

測量波節(jié)點附近兩邊指示電表讀數(shù)相等的兩點d11 和d12，d21 和d22，然后取平
均值確定波節(jié)d01 和d02 的位置，如圖2－5 所示。
d01=1/2（d11+d12） d02=1/2（d21+d22）
波導波長：λ g=2*│d01—d02│
為了提高測量精度，多測幾個波節(jié)點，求得多個波導波長，然后求平均值。

圖2—5 交叉讀數(shù)法測量節(jié)點位置

三 、實驗裝置

圖2-6 測試裝置圖

四、實驗內(nèi)容

1、觀察了解頻率計，駐波測量線的結(jié)構(gòu)形式。

2、用頻率計測信號源的震蕩頻率。

3、用駐波測量線測量場的分布圖形。

4、用駐波測量線測量波導的波長。

五、實驗步驟

1、觀察了解頻率計，測量線的結(jié)構(gòu)形式，讀數(shù)方法。

2、按圖2~6 檢查整個系統(tǒng)。

3、按信號源調(diào)整方法進行調(diào)整，先選取信號源工作頻率，調(diào)整波形類型、功率，然
后開啟電源預熱。

① 功率計：選擇合適的探頭和量程，把探頭連到功率計上。開啟電源預熱五分鐘
探頭連到信號源上，輸出功率。

② 信號源輸出功率滿足要求，經(jīng)同軸連到測量系統(tǒng)上。

③ 用頻率計校準頻率，晶體檢波器輸出接到放大器輸入，調(diào)諧晶體檢波器，使電
表輸出最大。緩慢調(diào)節(jié)頻率計，使電表指示變小，當指示最小點時，這時頻率
計指示頻率，就是信號源輸出信號頻率，校準后頻率不符合實驗要求，改變信
號源輸出，重新進行校準，直到達到實驗要求頻率。

④ 調(diào)整測量線，將測量線探針插入深度適當（約1.0mm）調(diào)節(jié)調(diào)諧回路，使測量
放大器指示最大。

⑤ 把探針座移到右邊，用交叉讀數(shù)法，確定波接點的位置，然后計算波導波長λ
g。畫出相應表格

六、實驗前的準備

1、熟悉測量線、頻率計的工作原理和使用方法。

2、復習信號發(fā)生器，測量放大器正確使用，考慮好實驗步驟及畫好以下記錄表格。
七、實驗報告

1、由頻率計測得信號頻率，計算波導波長，并與實測的波導波長λ g 相比較，計算
相對誤差。

2、如何正確調(diào)諧探針電路？注意什么事項。

八、思考題

1、當具有導納的探針，插入波導系統(tǒng)中。在終端短路的情況下，波導中真正駐波圖
形如何改變？為什么？

2、微波測量系統(tǒng)調(diào)整主要包括哪幾部分的調(diào)整？