实验一 ：晶体定标

一、基本要求

    掌握晶体定标方法，确定晶体的电压与电流关系即检波律n

二、实验原理

1  晶体定标原理       

波导测量线技术的基本原理是通过伸入测量线中的可移动探针检取内部场的电压(即正比于场强幅值)信号来了解待测负载的驻波场分布情况。实际上，探针电压 是通过晶体检波转化为电流由光点检流计指示的。

因此，测量晶体的电压与电流关系        ，即确定晶体检波律n是十分重要的基本实验。

   2   原理图

  三、实验方法

    1、开启固态振荡器电源，在测量后接匹配负载，进行探针调谐

    2、去掉匹配负载接短路板，用交叉读数法测量波导波长        

    3、将探针移动到波腹位置，调可变衰减器使检流计指示为100

    4、在波节点至波腹点之间取10点，电表读数5,10,15,20......100。

       从波节点开始将探针逐次移动到这些点。记下        所对应探针的读数         ，将数据记录于表中。

5、以   为横轴以   为纵轴将它们的数据标在坐标纸上，连成光滑曲线。

6、将公式              ，两边取对数解出检波律

波 导 波 长 数 据 表

四、数值计算

实验二：驻波比的测量

一、直接法测量驻波比

方法：已知检波率时，把待测元件接入测量线，移动探针，测出     和    ，则驻波比按下式计算

实验步骤：

     1、将S=2的双端口网络接入测量线，双端口网络输出口接匹配负载。              

     2、对测量线进行探针调谐，使电流表指示最大。调整可变衰减器使选频放大器指示在三分之二量程范围内。

     3、移动测量线探针在选频放大器上读出最大电流和最小电流记入表中按公式计算出驻波比。

Imax=600，Imin=160

ρ=（Imax/Imin）^(1/n)=2.075

二、等指示法测量驻波比

        方法：在驻波比最小点      附近测量数据，再据驻波分布规律求其驻波比。           

        范围：中等驻波比   > 5~6 

        

                                                 

当           时，有

 

实验步骤：

     1、将S=4的双端口网络接入测量线，双端口网络输出口接匹配负载。                  

     2、移动测量线探针在选频放大器上读出波节点处最小电流     记入表中。移动测量线探针，在波节点两侧找出检波电流为2倍     点Dk1和Dk2   ，从而测出等指示宽度W= |Dk2 - Dk1|

     3、按公式计算驻波比测量值(按K=2，N=2)

=60，Dk1=108.2，Dk2=112.0，Ik=120

=3.79748

三、功率衰减法测驻波比

方法：用可变衰减器改变入射波功率使检波器指示不变测量驻波比最大点和最小点。测量精度依可变衰器的精度与检波律无关。

 

四、任意驻波比的测量

     1、将S=8的双口网络接入测量线，双口网络输出口接匹配负载。                   

     2、移动测量线探针在选频放大器上读出波节点处最小电流    记入表中。记下可变衰器的衰器AMIN(刻度值)，以及选频放大器上的指示I0；

     3、移动测量线探针到波腹点处，增大可变衰器的衰器量，使选频放大器的指示仍然为I0。记下可变衰器的衰器量AMAX(刻度值)。

     4、对照可变衰器曲线表查出AMIN(刻度值)和AMIN(刻度值)

     5、按给出的公式计算出驻比波

五、数值计算

Amin=3.10，Imin=20，Amax=8.85，ρ=10^[(Amax-Amin)/20]=1.938

实验三：单口网络阻抗测量与匹配

   一、基本要求

   1、了解测量线探针调谐原理，学会微波测量系统调整

   2、掌握测量线法单口网络输入阻抗的测量，据实验数据运用圆图和公式求出待测负载的输入阻抗　

   3、掌握单螺钉（单支节）调配实现负载阻抗匹配

   二、实验原理

   1、探针调谐　　波导测量线的探针深入波导，提取电场能量，检波后用电流表指示。使探针沿波导开槽线纵向移动，可观察到波导内电波传输的状态：行波、驻波、行驻波。当信号源产生电波遇到探针后产生附加反射，等效一个电纳，提取功率后等效一个电导，这个并联导纳对测量有着很大的影响。　　

   1）、电纳影响被测驻波的波节点位置

   2）、电导影响被测驻波比的大小

   3）、未调谐，检波指示可能为零　

   2、单口负载阻抗测量原理

   　　由长线理论可知：求负载阻抗，必须在传输线上有一点

   阻抗已知，与负载的距离已知。

  

 

        证明    

  

 

   根据长线输入阻抗公式

              

   距负载第一个波节点处的阻抗               为已知阻抗代入输入阻抗

   公式即                            =》            

1）选择行驻波波节点的归一化阻抗         为已知点阻抗，测出驻波比

  2）波节点与传输线末端待测负载的接入                    位置的距离，就是待测长度　　

  3）波导波长的测量　    

     两个节点之间的距离为　    为了提高测量精度，要用交叉读数法进行测量。

单口负阻抗测量的过程，可用下图简单表示

　　

3、单螺钉调配原理　　单螺钉调配器是传输线理论中单枝节调配器在波导中的具体形式。实验方法是：

  1)在螺钉调配器输出端接匹配负载，调螺钉深度，测量驻波比。使其等于待测负载的驻波比。

  2)取下匹配负载，接待测负载，移动螺钉位置，使其驻波比最小，接近匹配。

三、实验步骤

  1)开启微波振荡器电源，进行探针调谐，使电流指示最大。

  2)接短路板，在测量线中间部位找到两个波节点，用交叉读数法测量　和　　。

  3)接待测负载，在测量线上等效短路面　 的靠近信号源一侧，读出第一个波节点　　，并读出最小电流值   ，移动测量线探针位置，找出最大电流值　

  4)单螺钉+匹配负载，调螺钉深度(螺钉位置不动)，使驻波比与3)中的所测驻波比相等。保持此时螺钉深度不动。

5).取下匹配负载，单螺钉后面接待测负载，调螺钉位置(保持螺 钉深度不变)，使之近匹配，要求　　　　。

6).用图中公式计算待测负载的输入阻抗 　。

波导波长测量数据表

单口负载阻抗测量数据表

四、数值计算

实验四：双端口网络参数测量

一、基本要求

1、掌握互易双端口网络阻抗参数    散射参数    测量的三点法原理

 2、掌握用测量线   和    参数的测量方法，了解参数间等效关系

二、实 验原理

   1、互易双端口网络参数的三点法测量原理

      互易双端口网络参数可用2x2复矩阵表征，互易条件        约束一个复矩阵参数。因此互易双端口网络有三个独立复参数，三次独立测量 ，决定四个参数。做法是： 在双端口网络的输出端，分别接三个不同已知负载，形成三个单口网络，再分别测出三个不同的输入端阻抗或反射系数，利用复矩阵变换关系，确定互易双端口网络全部参数。   

  2  互易双端口网络参数测量

   参数定义双口网络归一化电压和电流          ，

(约束条件)，用             ，                                    输出端接已知阻抗   

选择三个已知阻抗，短路       ，开路      无穷   和匹配负载            

解方程组可决定四个阻抗参数。可见三点法并不是唯一的方法。

联立方程组

解方程组

结论：双端口网络Z参数测量转化为在输出端口分别接三种已知负载测出三种状态下的阻抗，解方程求解。即双端口网络Z参数测量转化为单口负载阻抗的测量。

3 互易双端口网络S参数的测量

原理同上，在待测网络输出端依次接入短路、开路、匹配负载，并在输入端依次测量    、  、   。

解方程求出S参数

 

S参数测量方法与阻抗的测量方法相同。计算参数是反射系数    如网络互易对称，则                   

只要进行两次独立测量即可

三、实验方法

  1  开启固态振荡器，进行探针调谐，使系统正常工作。

  2  测量线接短路板，测     、   。

  3  做开路负载，置探针于    处，现检波器指示为0，测量线端接可移动短路器，调节短路器，使电流指示最大，实现开路负载 。   

4  接待测双口网络，依次接短路、开路、匹配负载 ，在     

    靠信号源测量       和驻波比     。

5  按公式计算网络阻抗参数     和散射参数

四、数值计算

Dt=88.3

实验五：反射波法相移测量

一、方法：   侍测相移网络的相移测量是采用与标准零点DT(等效参考面)的比对

使用条件： S11=S22=0   S21=S12 =1  S21= |S21|ejФ21

 

实验步骤：

     1、将短路器接入测量线。用交差读数法确定λg及波节点DT 即等效参考面将数据记入表中 。        

     2、取下短路板，把待测相移网络接入测量，待测相移网络后接短路板。

     3、将待测相移刻度置于0位，移动测量线探针到波节点处并在测量线读出波节点位置D2，按公式计算出0位相移。移相器调整4mm，测量D2i和计算出相移。

二、数值计算

DT=88.3,D2i=128.8,D2=109.0

φ21=360?（D2-Dt）/λg=144.7?,      φ21=360?（D2-Dt）/λg-180?=137.4?,

实验六：信号源驻波比测量

一、方法：用测量线探针和可移动短路器组成一个“滑动终端器”，测出最大点的最大电流值      和最大点的最小值

 

实验步骤：

     1、将可移动短路器接入测量线。             

     2、对测量线进行探针调谐，使电流表指示最大。调整可变衰减器使选频放

大器指示在三分之二量程范围内。

     3、同步可移动短路器和测量线探针，即短路器移动2mm测量线探针也

移动2mm。可移动短路器和测量线探针移动行程半个波长以上。

     4、在选频放大器上读出最大点的最大电流和最大点的最小电流记入表中。

     5、按公式计算出驻波比。

二、数值计算

Imax=590,Imin=510,ρ=1.81，由公式

              =1.083

实验七：微波功率

功率测量原理

1，原理

         功率计采用球形热敏电阻作测热元件。因为热敏电阻的电阻值与温度有关。而功率（不论是直流功率或微波功率）都能引起温升，所以热敏电阻的阻值也就与通过元件的功率有关，球型热敏电阻为负温度系数的热敏元件，所以温升（或功率P）愈高，则阻值愈小。在未加任何功率时，我们把热敏电阻串到电桥一臂。这时热敏电阻阻值Rt＞R（R为电桥电阻220Ω）因此这时电桥不平衡。

把电桥安置于一直流通路内，通过调节R1，改变通过热敏电阻的直流功率使Rr－>R，这时电桥趋于平衡。通过热敏电阻的直流功率为

      热敏电阻由原先的不平衡到平衡，这是输入适当的直接功率Po1来完成。

输入微波功率Pm，由于Po1+Pm超过了平衡条件下所需要的功率，热敏电阻Rr<R电桥又失去平衡

        由图13—2看出此时如果我们接入直流分支路IK。考虑到R1>>R可以认为I1基本不变，适当调节RK使热敏电阻的直流功率降低成P02同时使

这时电桥再次重新平衡，R=RT,显然Pm=P01-P02   而，P02=1/4I’2R, I’为接入分流支路后流过电桥的总电流，若认为I1基本不变，则  I’=I1－Ik

1．      效率ηe由于电桥功率座的损耗和替代效应，我们测定的微波功率PM，小于功率探头吸收的净功率PL，这时就有所谓效率问题。常用有效功率ηe，或校准系数PM表示。

         

 

实验步骤：

1．将功率计接入测试系统(功率计开机状态)，用直接法测量出功率探头的驻波比ρL ，ΓL 。 2. 把测量线检波器电缆从选频放大器取下(或关掉选频放大器)，调整系统上的两只可变衰减器将信号源功率输出到最大，读出功率计上的PL。

3．求出信号源功率Pm。测量结果：

方波功率=32.7mw,

连续波功率=68.0mw

第二篇：微波基本参量测量实验报告

浙江师范大学实验报告

实验名称   微波基本参量测量  班级 物理092  姓名 阮柳晖  学号 09180229

同组人 任亚萍  实验日期    11/10/24       室温         /       气温      /   

                                                        

微波基本参量测量

摘要：微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。本实验通过了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，运用微波测量的基本技术，对微波的频率、驻波比、功率进行测量。

关键词：频率  功率   驻波比  阻抗

引言：微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。微波技术的形成以波导管的实际应用为其标志。微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。微波的最重要应用是雷达和通信。微波与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科，其中如微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等。其应用及涉及领域仍在不断扩大。

   正是由于微波的重要科技地位，学习其基础知识及工作原理等变得至关重要。

正文：

一、实验原理

微波介绍：

微波及似声似光性

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，微波炉就是利用这一特点制成的，而对金属类东西，则会反射微波。

微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小，使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。

由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。

实验内容:

1、微波频率的测量

频率的测量是微波测量技术中的一个重要方面。本实验将采用直接测量法。使用外差式频率计或是数字微波频率计就能直接读出频率的数值。亦可以使用吸收式空腔波长计，利用空腔做为谐振系统，并通过机械装置进行调谐。当吸收式波长计的腔体被调节到谐振点时，输入到指示器的功率最小。此时即可由波长计中的螺旋测微计的读数D，通过D～f曲线查出被测的微波频率。本实验就是使用这种方法作为直接测量的。

2、功率的测量

微波功率是表征微波信号强弱的一个物理量，通常采用替代或比较的方法进行测量。也就是将微波功率借助于能量转换器，转换成易于测量的低频或直流物理量，来实现微波功率的测量。下图为测量功率的电路连接。实验中将波导开关旋至功率计通路，用功率计可测得绝对功率值。

3、驻波比的测量

关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。

其中Emax和Emin分别表示波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场强度。

　　使用驻波测量线进行测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5%~10%。实验前应注意驻波测量线的调谐，使其既有最佳灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低。一般是将测量线终端短接，形成纯驻波场。移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最大，反复进行多次。

由于终端负载不同，驻波比s也有大中小之分。因此驻波比测量的首要问题是，根据驻

                                 

矩形波导测量线

波极值点所对应的检波电流，粗略估计驻波比s的大小。在此基础上，再作进一步的精确测定：

（1）小驻波比的测量

在这种情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，因此要多测几个驻波波节和波腹，按下式计算S的平均值：

当检波晶体管满足平方检波律时，则

                  

（2）中驻波比的测量

此时只需测一个驻波腹和一个驻波节，按下式计算即可：

                                                

（3）大驻波比的测量

波腹振幅与波节振幅的差别很大，测量线不能同时测量波腹和波节，此时可以用二倍极小功率法进行测量。利用探针测量极小点两旁，功率为极小功率二倍的两点的距离W，波导波长λ_g，可按下式计算驻波比：

二、实验仪器

DH1121C型三厘米固态信号源、DH364A00型三厘米波导测量线、隔离器、DH4861B型厘米波功率计、DH388A0型选频放大器、DH406A0型微波实验系统、衰减器、频率计、检流计(示波器)

几种仪器介绍：

1、波导管

波导管是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子。波导管用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，波导管内径的大小因所传输信号的波长而异，多用于厘米波及毫米波的无线电通讯、雷达、导航等无线电领域。

波导管的功率容量大，损耗小，特别适用于大功率微波系统，常见的有矩形波导和圆波导两种，本实验室用矩形波导管。

2、谐振腔

用于微波波段的谐振电路，通常是在波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。电磁场被限制在腔内，没有辐射损耗，谐振腔的品质因数Q值较高。但是由于要与不同频率的微波发生谐振，即需要改变频率，那么必须改变谐振腔的尺寸，进而影响到谐振腔的品质因数Q。

在理想的无耗谐振腔内，任何电磁扰动一旦发生就永不停歇。当扰动频率恰使腔内的平均电能和平均磁能相等时便发生谐振，这个频率称为谐振频率。而谐振腔的主要参数就是谐振频率f和品质因数Q。

3、功率计

功率计由功率探头和指示器两部分组成，功率探头是一个依据能量守恒定律，将微波功率线性地装换成直流电压的换能器。指示器是一台高增益、低噪音的直流电压放大器，放大功率探头提供的微弱信号，用数字电压显示功率值。

功率探头是利用热电效应将射频功率线性地装换成热电势输出。其中的射频直流转换部分：主要是由热元件及匹配的散元件组成，热电元件采用真空镀膜技术，在介质薄膜上形成热电偶堆，在同轴结构的电磁场中，它既是终端的吸收负载，又是热电转换元件，电磁波从同轴传输线部分输出，消耗在热元件上使热电堆上两个热点节的温度上升，产生与所加射频能量成正比的热电动势，该电势送入指示器进行放大，做读数指示。

三、实验数据及处理

1、频率测量

2、功率测量

。

3、驻波比的测量

各端反射点

1端：据实验观察，为大驻波比。

可得：ρ₁=λg/πd=88.331

2端：据实验观察，为小驻波比。

参数： 1、输入电压： ×1    2、频率（HZ）： 5K   3、量程：×10

=30.13uv                  =22.83uv

可得：ρ₂=（U_MAX/U_MIN ）^1/2 =1.148

3端：据实验观察，为小驻波比。

可得：ρ₃=（U_MAX/U_MIN ）^1/2 =3.693

4端：据实验观察，为大驻波比。

参数： 1、输入电压：×1    2、频率（HZ）： 5K   3、量程： ×10

可得：ρ₄=λg/πd=15.816

四、实验总结

本实验使我了解微波的相关特性，测量微波基本参量的重要性以及测量参量的相关方法。本实验有诸多不合理之处尚待改进：（一）测频率时，谐振腔读数对应的微波频率经由查表获得，既不方便，又难以消除客观存在的误差，不能完全显示其真实性。（二）测功率，在此实验中有重要意义，但是，实验结果中难以体现，有一个问题就是难以体现其准确性，没有标准值对照。（三）驻波比测量，其中碰到大驻波比的时候，测d，由于其值很小，微调难度很大，表现为人为误差非常大，并会对实验仪器产生负面影响，应当改进。

斯老师的指导对我而言受益匪浅，测大驻波比及讲解功率探头工作原理都非常到位，甚为感谢。