电磁场与微波技术实验内容.ppt

* 微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、 功率测量和频率测量是微波中最常测量的 三个基本参量，而其他的二级参量（如Q值、 衰减、介电常数、阻抗等等）的测量都可以 归结到这三种基本参量的测量加以解决。 应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中 必不可少的概念和调整步骤，任何微波系统正式 工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配 状态。匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态 ：此时微波功率由信号向负载传输而不出现反射波 （驻波比ρ＝1）。 为什么通常总要把微波系统调到良好的匹配 状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不 好的。驻波的存在表示信号源与负载未匹配好， 能量不能有效地传到负载去，使损耗增大；在大 功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处 可能发生击穿现象；驻波的存在还会影响信号源 的频率稳定，从而影响微波测量的精确度。 驻波测量线 结构: 原理: 驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱 和分布的精密仪器，其简单原理是：使探针在开槽 传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶 体二极管检波后再由指示器指示，从而看出在开槽 线中电场的分布情况（相对强度）。 使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先， 使探针在开槽波导管内有适当的穿伸度。显然，探 针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而产 生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。探 针穿伸度一般取波导窄壁高度b的5—10%。其次， 通过调谐装置使测量线调谐。调谐的目的是消除探 针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功 率有效地送至检波晶体管。 其次，注意检波晶体管的检波律。检波晶体管的检波电流I 与管端电压V有关，而V与探针所在处的电场E成正比， I，E满足关系式： 其中q,I，n为常数。在小功率情况下，可以相当精确地 认为n≈2，即平方律检波。但在比较精确的测量中，应该 对检波律进行校准。 I = qEn 一、 驻波系数的测量 晶体二极管检波器,在小信号时,常认为符合平方律检波.即 I = qEn n ≈2 驻波系数ρ : 传输线上电场(电压、电流）的最大值与最小值之比。 即 ρ 驻波系数与反射系数的模的关系： 13 直接法 适用范围: 中等驻波系数ρ＜ 6 实验装置图: 测量方法: 移动测量线探针的位置,由测量放大器读出对应Emax的检波电流Imax和对应Emin的检波电流Imin. 小信号时,晶体检波器为平方律检波 I = q E2 在不满足小信号条件时,晶体检波器的检波特性为 I = q En 对晶体检波器进行定标,确定n. 17 10 二、波长和频率的测量 8.3.1 波长的测量: z1 z2 z3 z4 原理: 当波导中存在 反射时,波导中的波就为驻波,相邻两波节或波腹点的距离为半个波导波长. 2、测量方法——平均法（等指示法）： zmin = z1 + z2 2 故 波导波长为 λg =（ z3 + z4 ）－（ z1 + z2 ） z1 z2 z3 z4 在波节两边找出测量线检波指示相同的位置z1和z2，则波节点位置为zmin即为平均值。 精确度不高。 此方法测量的 注： 三、 晶体检波器的定标 几乎所有的微波实验中都可能用到晶体二极管，但是， 二极管的检波特性并非直线，中间段近似为抛物线。因此， 指示值I不能直接表示探针拾取的场强。为此，在测量之前 需要对晶体进行定标。 所谓定标就是找出指示设备的指示值与晶体检波电压的 对应关系，即测出1—E曲线。 传输线内的驻波分布规律测量。当输出端短路时，波导内 电场驻波的纵向分布，其表达式为： 其对应值为： E 0’ y’ d d ZL=0 Em 晶体二极管检波电压u正比与探针所在未知的电场强度 晶体二极管电流与检波电压u的一般关系式为 I=cun 将电压的相对值代入次式得电流的相对值 式中I’是电流相对读数。 终端接短路片，用交叉读数法测λg。移动探针在波节点两侧， 取等指示度的未知读数D1+D2、D3和D4,由对称性知道： 由此求出波导波长: D1 D2 D3 D4 1、移动测量探针，在波节与波腹之间大约取10点，将探针逐次移到这些点D1、D2、D3········D10，并记录电表读数i1·······ik·······i10,分别求出这些点与波节点的距离d1=D1