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合肥工业大学 微波实验指导书要点.pdf
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实验一 微波常规测量系统的熟悉与调整
一、实验目的
1、了解常用微波常规测量系统的组成,认识常用微波元件,熟悉其特性、在系统中
的作用及使用方法。
2、熟悉常用微波仪器的调整和使用方法。
二、实验原理
1、实验系统简介
图 1-1 常规微波测量系统
微波常规测量系统如图 1-1 所示。系统中的仪器和主要元件作用如下:
(1)、信号源:产生微波信号。常用的简易信号发生器,包括速调管振荡器、速调管电
源和调制器。速调管振荡器产生并输出需要的连续或调制信号,速调管电源供给速调管振
荡器所需各组稳压电源,调制器产生方波调制信号(重复频率一般为1000Hz ),对速调管
振荡器进行方波调制。标准信号发生器主要有速调管和体效应管两类,在包含上述功能的
基础上增加了输出幅度调节器(可变衰减器)以及频率计等。
(2)、频率与功率监视部分:由正向接入的定向耦合器从主通道中耦合出一部分能量,
通过对该部分信号的监测,确定其信号源的频率并监视输出功率的稳定性,标准信号源往
往附有监测系统。
(3)、隔离器:是一种铁氧体器件,用于消除负载反射对信号源的影响。理想的隔离器
只允许信号由源向负载单方向通过(即对入射波衰减为零)。而全部吸收由负方载向源的反
射功率(即对反射波衰减为无穷大)。利用其单向传输特性,既保证了信号的正常传输,又
防止反射波进入信号源影响其输出功率和振荡频率的稳定。实用的隔离器正向衰减为零点
几分贝,反向衰减为几十分贝。在没有隔离器时,可用固定衰减器代替。此时,对正向、
反向信号有同样衰减。
(4)、衰减器:分固定衰减器和可变衰减器两种。为电平元件,用来调节输出功率的大
1
小。调整可变衰减器的衰减量,可以控制到达负载的功率,使指示器有适度的指示。固定
衰减器也可以用定向耦合器代替。
(5)、测量线:用来测量负载在传输线上造成的驻波分布,确定驻波系数、驻波最小点
位置和波导波长等,以便计算各种待测参数。
(6)、指示器:指示检波电流的大小,对连续波信号、常用微安表、光点检流计等指示
器。而对调制波信号,常用选频放大器做指示器。
(7)、负载:包括匹配负载、短路器及其它任何待测终端器件。
(8)、频率计:用于测量信号源频率。在简单的测量系统中也可以将其接在主通道中,
接在副通道中的目的在于防止对主通道产生影响。
在进行微波参数测量之前,首先要对系统进行调整。主要包括:①根据要求调整信号
源频率及输出功率;②调整可变衰减器使功率电平满足要求;③系统调配;④测量线探头
调谐,该部分调节本实验系统可不进行。
主要调整步骤和原理介绍如下:
(1)、信号源的调整
试验过程中可能会接触到不同型号按“点频”方式工作的信号源,其机械调谐旋钮置
于某一位置时,输出相应的单一频率信号。信号源的调整主要包括:①调整频率旋钮,选
择需要的频率;②系统调配使振荡器处于最佳工作状态且输出功率最大;③调整输出衰减
器,使信号源输出功率满足测量要求。
在使用信号源之前,请仔细阅读说明书。
(2)、谐振式频率计的使用
在厘米波段,广泛使用谐振式频率计(也称为谐振式波长计)。测量微波频率,实际上
是使用一只一端尺寸可调(一般用短路活塞)的单模谐振腔,将其以适当方式接入到测量
电路中,调整短路活塞(即改变腔体长度),使之与信号源频率谐振,谐振时活塞位置刻度
所对应的频率值,即为待测频率。
谐振式的频率计读数方式通常有两种:一种是频率计上仅有用螺旋测微器读出的活塞
位置刻度,使用前先用外差式频率计或数字频率计校准,做出刻度一频率校正曲线(或校
正表);使用时根据读数从校正曲线或校正表上查出频率。另一种是直读式,即将校准的频
率值直接标注在测微器的外侧圆筒上,使用时可直接读出频率。
根据谐振式频率计藕合元件的不同,采用不同的方式接入测量系统中,其调谐指示曲
线也不相同。
第一种:通过式频率计的接法。这种接法的频率计腔体具有两个基本耦合元件。通过
输入、输出耦合元件串接在测量系统中。当腔体与待测信号失谐时,通过输入棍耦合元件
进入腔体的信号很微弱,因而耦合输出也很弱,检波器指示会很小。严重失谐时,检波电
流接近于零,无检波指示。当调谐腔体尺寸使之与待测信号谐振时,进入腔体的信号最强,
耦合输出也最大。测量时,只要连续调节调谐机构,同时观察检波指示。当检波指示最大
时,频率计所对应的频率就是待测频率。
第二种:吸收式频率计接法。该种频率计腔体只有一个耦合元件。腔体通过耦合机构
与待测信号的传输系统相耦合,形成主通道的一个分支。腔体失谐时,基本上不吸收微波
功率,从而不影响信号的正常传输,检波指示正常,当调谐腔体使之与待测信号谐振时,
2
腔体吸收功率很大,从而使检波指示明显下降。因此,在测量时只要缓慢连续调节调谐机
构,同时观察检波指示。当指示突然下降到最小时,频率计所对应的谐振频率就是待测信
号频率。
(3)、测量线的调整与使用
测量线的构造主要包括开槽线段(波导、同轴线或者平板式)、探头装置(包括探针、
检波座和调谐器)、探头移动机构和位置测量装置等。探针伸入开槽线段中并通过轴向槽缝
可以左右移动,拾取开槽线段中的电场能量,感应出与场强幅度成正比的电动势加到检波
晶体上。检波输出由指示器指示。因此,指示器的指示大小可反映出开槽线段内探针所在
位置的相对电场强度,再由测量线的位置刻度指示可确定一系列参数。
探针伸入波导,相当于在波导中引入不均匀性,从而影响了系统的正常工作状态,称
为探针的加载作用。为了分析方便,通常把探针等效成与传输线并联的导纳
y
p
g
p
jb
p
。
其中
g
p
为探针归一化电导,反映探针吸收功率的大小;
b
p
为探针归一化电纳,表示探针
引起附加反射的影响。在信号源和传输系统匹配的情况下,当终端接任意阻抗时,由于
g
p
的分流作用,将使测得的驻波幅度比真实值要小。因为驻波波腹附近为高阻抗区,
g
p
的影
响较大。
b
p
的存在将使驻波波腹点和波谷位置(主要是腹点位置)发生偏移。一般情况下
探针电纳
b
p
为容性,将使驻波波腹点向负载方向移动。反之,当
b
p
为感性时,将驻波波
腹点向信号源方向偏移。但在终端短路或开路的情况下,由于此时驻波波节点处的输入导
纳
y
in
的,所以
y
p
影响很小,驻波波节点位置不会发生偏移。而在驻波波腹点,
b
p
影
响就将特别显著。
减小
g
p
影响方法是适当的减小插入深度。插入越深,
g
p
影响越大,但灵敏度越高;
插入越浅,
g
p
影响越小,但灵敏度越低。二者存在矛盾,必须权衡得失,适当选取插入深
度。基本原则是在保证灵敏度的情况下尽量减少插入深度。一般插入深度为波导窄边的
10%左右。对三公分波导系统,插入深度为 l——1.5 毫米为宜。
注一:交叉读数法
如图 l-2 所示,首先将测量线探针置于驻波波腹位置,改变可变衰减器使之测量线检
波输出放大器的读数接近或达到满量程,然后移动测量线探针,在最小点两侧且在最小点
附近选取场强相等的两点,即等指示度点(测量线检波指示均为
1
),记下测量线探针在
两个等指示度点的位置
X
1
和
X
2
,则最小点的位置为
3
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- 风雨敲书窗2202024-01-06资源中能够借鉴的内容很多,值得学习的地方也很多,大家一起进步!
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