文档介绍：微波技术实验指导书
内蒙古工业大学信息工程学院电子系
2012年8月
目录
实验一、传输线调试及参数测试 - 2 -
实验二、衰减的测量 - 13 -
实验三、阻抗匹配网络的设计 - 17 -
实验要求
预习要求:实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。
认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的计算。
复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
熟悉实验任务,完成各实验“预习要求”中指定的内容,写好预习报告。
实验要求:
使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。
实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源,保持现场,报告指导教师。找出原因、排除故障后,经指导教师同意再继续实验。
在进行微波测试时,终端尽量不要开口,以防止微波能量泄露。
实验过程中应仔细观察实验现象,认真纪录实验结果(数据、波形、现象)。所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
实验结束后,必须关断电源,并将仪器、设备、工具等按规定整理。
实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。
实验一、传输线调试与参数测试
实验目的
学会使用基本微波器件。
了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
学习利用吸收式测量频率和波长的方法;
掌握用测量线来测量波长和频率的方法;
学会测量线的定标;
掌握常用的大、中、小电压驻波比的测量方法,以及如何精确测量。
实验原理
微波的传输特性
为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响,采用标准矩形波导管为微波传输线,并用TE10波型。
波导管具有三种工作状态:①当终端接“匹配负载”时,反射波不存在,波导中呈行波状态;②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时,终端全反射,波导中呈纯驻波状态;③一般情况下,终端是部分反射,波导中传输的既不是行波,也不是纯驻波,而是呈行驻波状态。
微波频率的测量
用吸收式频率计PX16(直读式),-,误差≤±%,当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内,而另一部分从耦合元件处反射回去。当调节频率计,使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振,用选频放大器测量,信号源须用内方波,重复频率为1KHZ左右,谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少,以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。
微波功率的测量
用GX2C小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平均功率。GX2C属于热电偶型,热电偶膜片既是传输线终端负载电阻,又见电磁场能→热能→直流电动势的转换器件。
波导波长λg 的测量
λg在数值上为相邻两个驻波极值点(波腹或波节)距离的两倍,常采用测定驻波极小点的位置来求出λg 。
(1)用平均值法。找出两个相邻最小点的位置 D1和D2,移动探针在驻波最小点D1左右找出两个具有相同幅度(由选频放大器读出)的位置d1和d2,同样找出D2点左右的 d3和d4,则
D1 、D2的位置在测量线上通过标尺读出。
(2)用可变短路器。首先找出第一点最大点D1时,将选频放大器增益放大,来回转动可变短路器,记下最小点时可变短路器上的刻度位置X1,然后改变可变短路器,找出另一个相邻最小点D2,再记下可变短路器上刻度位置X2,则,通过测出λg,可计算出频率和自由空间波长,有一一对应的关系。
驻波比的测量是微波测量中最基本、最重要的内容之一。
电压驻波比(简称驻波比)定义是:传输线中电场最大值与最小值之比,即: 式中为电场的归一化值(相对场强)。
(1)直接法
直接法测量传输线驻波的波幅点与波节点场强,由定义求得驻波比的方法称为直接法。该方法适用于测量中、小驻波比(即S<6)。
如果测得驻波波幅点与波节点的指示器读数分别为与,根据晶体定标曲线可读得相应的与,则驻波比S为:
(1-1)
在实验中所使用的功率电平范围内,一般可近似地认为是平方律检波,即:
,
式中C为比例系数,则:
,
则(1-2)
(2)等指示度法
等指示度法是在驻波波节点附近测量数据,再根据驻波分布规律求其驻波比。
由长线理论可知,合成波波节点处相对场强可表示为:
则
从波节点向两侧移动探针,使指示器读数均为波节点指示器读数的K倍,等指示度(KImin)的宽度为W。KImin对应处的相对场强为:
由于则
(1-3)
若K=2,且n=2(平方律检波),则:
(1-4)
当S>10时, 很小,上式可简化为:
(K=2,n=2)
(3)功率衰减法
功率衰减法测量驻波比是一种简便而准确的方法,它的测量精确度主要决定于标准可变衰减器的校准误差和测量线