微波技术与天线实验报告

2、衰减器指示与功率指示的关系曲线

四、思考题

简述微波小功率计探头的工作原理。

微波小功率计功率探头的主体是一个铋、锑热电堆，这是将金属铋和锑用 真空喷镀法镀在介质片上（介质基片可用云母、涤纶、聚烯亚胺等材料）形成热 电堆后， 放在波导或同轴电场最强处， 它即是终端吸收负载， 又是热电转换元件。 所以作为终端负载，它的阻值必须与传输线的等效阻抗相匹配。当微波功率输出 时，热电耦吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高，这就与冷节点产生温差而 形成温差电动势，它产生的直流电动势与输入微波功率是成正比的。热电堆输出 的直流讯号是很薄弱的，指示器经直流放大后再作功率指示。

实验二 微波波导波长、频率的测量、分析和计算

一、实验目的

（1） 学会微波测量线的使用；

（2） 学会测量微波波导波长和信号源频率； （3） 分析和计算波导波长及微波频率。 二、实验原理

进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测量系统。图1-1 示出了实验室常用的微波测试系统。系统调整主要指信号源和测量线的调整，以及晶体检波器的校准。信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验主要讨论微波测量线的调整和晶体检波器的校准。

1． 测量线的调整

测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，可测驻波、阻抗、相位、波长等。

测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统的工作状态。为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线。实验中测量线的调整一般包括的探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。

2． 晶体检波器的工作原理

在微波测量系统中，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的，因此要准确测出驻波（行波）系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。

晶体二极管的电流I 与检波电压U 的一般关系为

I=CU

式中，C 为常数，n 为检波律，U为检波电压。

检波电压U 与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律n 随检波电压U 改变。在弱信号工作（检波电流不大于10 μA）情况下，

n

近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围，n 近似等于1，即直线律。

测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：

UUmax?2?d?sin????g?? ??式中 ，d 为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，λg 为传输线上波长。

因此，传输线上晶体检波电流的表达式为

??2?dI?C?sin??????g????????n

根据上式就可以用实验的方法得到图所示的晶体检波器的校准曲线。

3． 波导波长的测量原理

测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内是

行波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。因此通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置zmin 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置z1，z2，z3，z4 … 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，这样便可通过

下式算出波导波长。

?g?z3?zmin0z2?zmin01?z4?zmin0????z?z1min0?2?432??

由教材内容（见习题2-5） ，工作波长与波导波长有如下关系：

???g?c?g??c22

式中，λc 为截止波长。一般波导工作在主模状态，其λc =2a 。本实验中波导型号为BJ-100，其宽边为a =22.86 mm ，代入上式计算出工作波长。

于是信号源工作频率由下式求得：

f?3?108?

另外，信号源工作频率亦可用吸收式频率计测量。 三、实验步骤

1． 开通测试系统

① 按图1-1所示连接微波测量系统，终端接上短路负载。 ② 打开信号源、选频放大器的电源，将信号源设置在内调制（方波）状态，将衰减器调整到合适位置。

③ 在开槽测量线终端接短路负载后，调节整个探头（旋动测量线上的大旋钮）使内部探针耦合匹配，直到选频放大器输出指示最大。

④ 反复调整输出衰减器、探头活塞位置等，通过选频放大器指示，确定测量线工作在比较灵敏的最佳状态。

2． 波导波长测量

从负载端开始旋转测量线上整个探头位置（内含探针），使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针初始位置，记作zmin0 ，并记录数据;

② 继续旋转探头（由负载向信号源方向）位置，可得到一组指示最小点位置z1，z2，z3，z4 ，反复测3次，记入表1；

③ 将数据代入式（2-4），计算出波导波长，并换算成频率。 ④ 用频率计测量信号源工作频率：吸收式频率计连在信号源与