微波技术：一微波测试系统的认识和调试2017.pdfVIP

北京化工大学电子科学技术专业实验 一、 微波测试系统的认识和调试 实验目的： 1 了解微波测试系统的测量原理 2 了解微波信号源的工作特性 3 熟悉选频放大器的使用方法 4 熟悉各种波导元件的功能和特征 4 掌握测量线的使用方法 5 掌握校准晶体检波器特性的方法 6 学会频率测量和功率测量 实验原理： 一、微波测试系统 微波测试系统通常由 3 部分组成:1 等效信号源部分：包括微波信号源,功率,频率监视单 元,隔离器.；2 测量电路部分：包括测量线,调配元件,待测元件,辅助元件；3 指示检测部分： 指显示测量信号特性的仪表,如直流电流表,,测量放大器,功率计,示波器,数字频率计等。如图 所示： 功率监视单元 频 指示器 率 指示器 监 检 波 选频放大器 视 单 频率计 检 波 元 可变衰减器 ~ → 信号源 隔离器 定向耦合器 定向耦合器 测量线 晶体检波器 等效源 测量电路 二、微波信号源 通常微波信号源有电真空和固态的两种。电真空的震荡器主要有反射速调管和磁控管等， 而固态震荡器随着微波半导体技术的迅速发展，类型越来越多，如微波晶体管震荡器，体效 应管震荡器，雪崩二极管震荡器等 （1）反射速调管是一种微波电子管，利用速度调制方法（用高频电场控制电子运动）改变 在交变电磁场中电子流的运动速度，从而将直流能量转化为微波能量。它的震荡频率能在一 定范围内改变，且容易调谐，并能做脉冲和频率调制。反射式速调管分为内腔式和外腔式两 类。 （2 ）磁控管震荡器主要是指多腔磁控管，由阳极、阴极和能量输出系统组成。利用电场和 磁场来控制电子运动来实现速度调制，从本质上可以说是一个置于磁场中的二极管。它是现 1 北京化工大学电子科学技术专业实验 今产生强功率震荡的最常用的一种电子管。 (3) 固态震荡器，在振荡原理上，微波固态震荡器可分为两种基本类型：负阻型振荡器和反 馈型振荡器。微波晶体管振荡器大多属反馈型，而其他种类的微波固态震荡器多属负阻型。 其中体效应管就是负阻效应来产生微波振荡的，它是利用某些半导体材料的体效应——即转 移电子机构来进行震荡的，因此，也称为转移电子二极管。 目前， 制造体效应管的半导体材料多用 n 型砷化镓。砷化镓的禁带宽度 Eg=1.43eV 大于 能谷间的距离ΔE ，因此，当加大电场时，并不产生电子雪崩式的击穿（即电子被加速到足 够大的能量时，能产生碰撞电离，使电子数目雪崩式倍增而击穿），而下能谷的电子很容易 转移到上能谷去，随着外加电场的增大，从下能谷转移到上能谷去的电子数目也增加。因为 电子在上能谷的迁移速度远小于下能谷的迁移速度。由于电子转移的结果，使得外电场增加 时，电子的平均迁移速度反而下降，亦即电流密度反而下降，因此，就出现了微分负阻现象。 在砷化镓中的电流密度 J 与电场强度ε关系如图 12-1 所示，从图中可以看出，当电场小于 阀值电场ε ，电流密度 J 值随ε线性增加；当εε 时，下能谷的电子开始转移到上能谷 T T 去，结果使电场增加时，电流密度反而下降，出现微分负阻区。对于砷化镓，ε=3.2KV/cm 。 T 随后，电场继续增