微波測量系統的認識和調整

微波測量系統的認識和調整
一、實(shí)驗目的
1、進(jìn)一步了解波導測量系統，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(xiàn)測量矩形波導波長(cháng)λg 的方法。
二、實(shí)驗原理
1、測量系統的連接與調整
進(jìn)行微波測量，正確連接與調整圖1~2 所示微波測量系統。信號源在左側，待測
元件接在右側，便于操作，連接系統要平穩，各元件接頭要對準，晶體檢波器輸出引
線(xiàn)應遠離電源和輸入電路，以免干擾。如果系統連接不當，將會(huì )影響測量精度，產(chǎn)生
誤差。系統調整主要包括信號源和測量線(xiàn)調整，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(xiàn)的調整
圖2－1 所示是三厘米波導測量線(xiàn)。它由開(kāi)槽傳輸線(xiàn)，探針和傳動(dòng)裝置三部分組
成，當探針經(jīng)過(guò)窄槽插入波導內并與電場(chǎng)平行，其感應一個(gè)電動(dòng)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(dòng)時(shí)，放大器讀數就間接地表示了波導內電場(chǎng)大小的分布，找
出電場(chǎng)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(xiàn)剖面結構原理圖

當探針插入波導時(shí)，在波導中的等效導納會(huì )引起不均勻性，相當在線(xiàn)上并聯(lián)一個(gè)
導納，如圖2－2 所示。當終端接在任意阻抗時(shí)，由于Gu 的分流作用，駐波腹點(diǎn)和電
場(chǎng)強度都要比真實(shí)值要小，而B(niǎo)u 的存在將是駐波腹點(diǎn)和節點(diǎn)的位置發(fā)生偏移。
當測量線(xiàn)終端短路時(shí)，駐波節點(diǎn)處的輸入導納Yin——>∞，駐波最大A 及最小
點(diǎn)B 位于Gin≈0 的圓上，如探針?lè )旁隈v波的波節上B 上，由于此點(diǎn)處于輸入導納
Yin——>∞，故Yu 的影響很小，駐波節點(diǎn)的位置不會(huì )發(fā)生偏移。如果探針?lè )旁隈v波
的波腹點(diǎn)，由于此點(diǎn)的輸入導納Yin——>0，故Yu 對駐波腹點(diǎn)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(chǎng)的圖形畸變，使測得駐波波腹值下降而波節
點(diǎn)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(shí)在探針
上感應電動(dòng)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。
調節方法是將探針深入適當深度，測量系統終端短路，將探針移至二波節點(diǎn)之正
中位置，調節晶體座的調諧活塞，直至輸出指示最大。
當信號源頻率或探針深度改變時(shí)，由于將探針等效導納也隨之改變，所以必須重
新對探針進(jìn)行調整。
3、 頻率計
實(shí)驗中常采用吸收式頻率計，當失諧，能量通過(guò)波導管，負載指示有一個(gè)固定值，
當調到諧振點(diǎn)時(shí)，能量被反射，指示器讀數下降到最小，根據頻率計諧振裝置的刻度，
即可直接讀出相應的頻率，見(jiàn)圖2－4。

自由波長(cháng)λ o 和波導波長(cháng)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(mǎn)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、交叉讀數法確定波節的位置
測量波節點(diǎn)附近兩邊指示電表讀數相等的兩點(diǎn)d11 和d12，d21 和d22，然后取平
均值確定波節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(cháng)：λ g=2*│d01—d02│
為了提高測量精度，多測幾個(gè)波節點(diǎn)，求得多個(gè)波導波長(cháng)，然后求平均值。

圖2—5 交叉讀數法測量節點(diǎn)位置

三 、實(shí)驗裝置

圖2-6 測試裝置圖
四、實(shí)驗內容
1、觀(guān)察了解頻率計，駐波測量線(xiàn)的結構形式。
2、用頻率計測信號源的震蕩頻率。
3、用駐波測量線(xiàn)測量場(chǎng)的分布圖形。
4、用駐波測量線(xiàn)測量波導的波長(cháng)。
五、實(shí)驗步驟
1、觀(guān)察了解頻率計，測量線(xiàn)的結構形式，讀數方法。
2、按圖2~6 檢查整個(gè)系統。
3、按信號源調整方法進(jìn)行調整，先選取信號源工作頻率，調整波形類(lèi)型、功率，然
后開(kāi)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(kāi)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(mǎn)足要求，經(jīng)同軸連到測量系統上。
③ 用頻率計校準頻率，晶體檢波器輸出接到放大器輸入，調諧晶體檢波器，使電
表輸出最大。緩慢調節頻率計，使電表指示變小，當指示最小點(diǎn)時(shí)，這時(shí)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(shí)驗要求，改變信
號源輸出，重新進(jìn)行校準，直到達到實(shí)驗要求頻率。
④ 調整測量線(xiàn)，將測量線(xiàn)探針插入深度適當（約1.0mm）調節調諧回路，使測量
放大器指示最大。
⑤ 把探針座移到右邊，用交叉讀數法，確定波接點(diǎn)的位置，然后計算波導波長(cháng)λ
g。畫(huà)出相應表格
六、實(shí)驗前的準備

1、熟悉測量線(xiàn)、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(shí)驗步驟及畫(huà)好以下記錄表格。
七、實(shí)驗報告
1、由頻率計測得信號頻率，計算波導波長(cháng)，并與實(shí)測的波導波長(cháng)λ g 相比較，計算
相對誤差。
2、如何正確調諧探針電路？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、微波測量系統調整主要包括哪幾部分的調整？