实验一 微波测试系统的认识与调试.pdf

电四楼302 王百宗 陈畅 wbzong@ustc.edu.cn cc@ustc.edu.cn http://etcis.ustc.edu.cn 要求先知道  遵守实验室规章制度和安全守则；  认真签到，不得代别人签到和让别人代替签到；  签到时请写清姓名、学号、实验台号；  实验认真完成，实验报告及时上交。 实验目的  通过实验加深对概念的理解  强化微波应用基本技能的训练  培养动手能力和分析、解决问题的能力 实验报告要求  年级、学号、姓名、同组人、实验台号、实验日期  实验名称  实验目的  实验原理和内容  实验系统框图及步骤  实验数据处理（列表、曲线、经验公式、原始数据）  实验结果分析及结论（误差分析、实验体会和建议）  实验思考题 射频与微波技术实验室 应用实例  通信系统  雷达系统  定向导航系统  直射  反射  散射 本次实验目的  了解微波测试系统的组成及元器件的作用,正确使用实验 仪器  了解微波信号源的工作方式及信号的检测方法。  熟练掌握交叉读数法测量波导波长的方法。 微波测量的对象、方法、仪器  测量对象 低频：电压、电流、频率 微波：驻波、功率、波长  测量方法  电路特性 低频：集总参数 微波：分布参数  测量仪器 宽频带、高精度、自动化、数字化、智能化 实验原理框图 微波基本测试系统 信 号 源 波 导 连 接 元 件 隔 离 器 可 变 衰 减 器 频 率 计 示 波 器 精 密 衰 减 器 选 频 放 大 器 测 量 线 实验常用仪器介绍 在微波检测中，需要对微波信号或功率进行衰减、隔 离、分支、吸收、相位控制和波形变换等，因此需要用到 微波功能性元件。常用微波元件用途广，种类很多。 按传输系统分  波导型  同轴型  微带型 按用途分  衰减器  相移器  定向耦合器  隔离器  魔T等 常用仪器名称               微波信号源(YM123) 隔离器 衰减器 [精密衰减器] 频率计<波长计>(PX16) 测量线(TC26) 波导元件 选频放大(YM3892,XF-01) 示波器 功率计(GX2A) 短路板 匹配负载 晶体检波器 可调短路器 单螺调配器 YM1123/XB9A微波信号源 仪器面板上具有等幅波、方波调制等工作方式选择按键， 可以根据测量需要选择合适的工作方式；频率调整旋钮可 以用来调整信号源的工作频率大小，频率指示面板上的刻 度指示可以作为参考，实际的频率大小还需要频率计来进 行测量。衰减调节旋钮用来调整信号源的输出功率大小， 在实验中应根据实际情况调整，信号不能太大，因为信号 过大会烧坏微波检波管。信号源的输出是同轴输出，所以 为了与波导系统平稳连接，使用同轴－波导转换器进行连 接。 YM1123/XB9A仪器面板 2-“衰减调节”：可调节信号源的输出电平大小，顺时针增大衰减，输出减小。 4-“工作方式”：可改变信号源的工作状态，一般选内方波调制方式。 5-“调谐旋钮”：可调节信号源的输出频率大小，顺时针增大频率，反之减小。 隔离器  微波隔离器是一种特殊的衰减器，隔 离器对入射波的衰减很小，对反射波 的衰减则很大，两者之比值称为“隔 离度”。  使用隔离器目的在于减小因负载阻抗 变化对振荡频率带来的影响。  一般在矩形波导的横向加上恒定磁场， 放置在波导横向的铁氧体片恰好能与 反射波产生铁磁共振，继而抑制了反 射波，而入射波不会产生这种共振吸 收。  但在做成器件后，隔离器对入射波也 会产生一些正向衰减，约为1dB，对 反射的反向衰减则大于20dB。使用时 务需认清箭头方向以免装错。 可变衰减器  可变衰减器可被用来连续改变传输线 路中的功率电平，也可当作振荡器与 负载之间的去耦器件。  在矩形波导内安置的吸收片应平行于 电场的极化方向，并能做横向的移动。 通常，在不需要做功率衰减时，吸收 片是紧帖在波导管窄壁上。吸收片移 到宽边中央时，功率衰减最大，吸收 片移动的位置可由衰减器上方刻度盘 中显示出来。  可变衰减器刻度盘上的读数与衰减量 之间的关系可用功率计测定。 频率计  PX-16频率计：是一种吸收式频率计， 测量频率范围为8.2~12.4GHz，利用 圆柱形谐振腔的工作原理，直接标记 频率刻度;  在用它测量频率过程中，只需要旋动 套筒，当我们在选频放大器上观察到 信号大小发生变化或者在示波器上看 到波形失真时，我们可以确定此时圆 柱形谐振腔发生振荡，表明圆柱形谐 振腔的固有频率与系统的工作频率相 同，从频率计上读出的频率即为系统 的工作频率。  读取频率值时，我们读取两条水平红 线之间与纵向红线交叉的值。 测量线  微波测量线是一种通用的微波测量仪 器。  对微波信号的检测中虽然可以在输出 波导管的后部装接检波器或功率计等 器件，但这些负载在接入终端后驻波 比的改变是在四周封闭的波导管内无 法检测到的。  为解决这一问题，必需在矩形波导管 宽边中央，沿波导轴向开启一个能使 耦合探针移动的长槽。检波头的探针 越槽伸入波导内，并由传动机构带动 着沿槽移动。波导中的高频信号经探 针耦合后，再经测量线内部检波二极 管检波，就能输出一个与场强相对应 的信号。 选频放大器/YM3892 表头: 作0-1000电流相对刻度 指示， 0-10dB衰减指示， 1-4及3.2-10驻波比指示 带宽控制 增益微调 频率调节 分贝选择开关： 0-60dB步进，值越大， 指示越大 电源开关 检测指示  等幅波方式 微安表  内方波调制方式 示波器(波形) 选频放大器(检波指示值) 波导波长的测量方法  根据驻波分布的特性， 当波导系统终端短路时， 测量线中会形成纯驻波 分布，此时，两个驻波 波节点之间的距离为波 导波长的一半，故只要 测量出两个驻波波节点 之间的距离就可得到波 导波长。  实际测量中，为了提高 测量精度，减小误差， 一般采用“交叉读数法” 测量波导波长。 实验内容  认识与并熟练使用微波测试系统的组成器件[信号源的工 作方式、频率调谐、衰减调节；可变衰减器的使用；频 率计的使用；测量线的使用；选频放大器的使用等]；  调整系统工作频率为9370MHz[频率计与信号源调谐旋钮 配合使用];  运用交叉读数法测量波导波长,测量三组数据； 数据处理  正确画出微波测试系统的基本框图；  简要正确地描述测试系统中各个元器件的性能及用途,使 用注意事项；  根据测量数据计算波导波长；  根据公式计算波导波长； g  0 1  0 2a  2 0  c f0 a=22.86mm 思考题  你认为微波能量对身体有影响吗？请查资料佐证。  你在实验中使用到了哪几种传输线及连接头型式？请查 资料说明其适用范围及特点，并列出其他常用的几种连 接线接头型式。  请说明实验中影响交驻读数法的因素并指出改善方法。