最小功率法

电磁场理论与微波技 术课程 实验指导书 中国计量学院信息工程学院 2008.8.12 前 言 微波测量和设计技术无论是测量对象，测量方法和使用仪器都不同于低频测量技术，在 低频无线电测量中，电流、电压和频率是三个基本参量，但在微波测量中，基本参量却是驻 波、功率和波长（或频率）。而且，微波测量技术对微波技术对微波学科的发展有着独特的 作用。因而在微波技术中许多理论问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 尚未完满解决。所以实际工作中往往需要根据测量结 果来解决问题。此外，工程中要求微波元器件、组件具有高度的互换性，仅依靠设计数据是 不能保证的，只有通过精确测量才能得到可靠的结果。因此，微波理论和微波技术二者是相 辅相成，互相促进的关系。加强微波实验基本技能和技巧的训练更是十分重要的。 为了达到实验的预期目的，做微波实验必须遵守 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 规则，认真撰写实验报告。实验 报告可分二次进行：实验前预习报告，试验后完成报告。 实验前，应认真阅读实验指导书内容，写好实验预习报告，包括实验名称、目的、仪器 设备及装置图，并回答部分思考题。 实验过程中严格按照科学操作方法进行实验，认真纪录原始测量数据。 实验结束后，纪录实验设备、仪器型号。根据实验内容和原始测量数据，进行数据计算 及处理，并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、综合实验结果，阐述实验 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 和见解，最后回答教师指定的实验思考 题。 目 录 微波实验 实验一 微波测试系统的调整及相波长的测量................. 1 实验二 晶体校正曲线的测量............................... 5 实验三 驻 波 测 量...................................... 9 实验四 阻抗测量........................................ 13 实验五 阻抗调配........................................ 17 实验六 S曲线法则网络散射参量........................... 19 实验七 定向耦合器特性的测量............................ 22 实验八 单板机辅助测量反射系数.......................... 26 实验九 固定衰减器设计.................................. 33 实验十 平行耦合线耦合器设计............................ 35 实验十一 平行耦合线器滤波器设计......................... 37 附 录 常用仪器及元件.................................. 40 一 、XB7 标准信号发生器 二 、XB9A 标准信号发生器 三 、TC8D 型同轴测量线 四 、TC2b 型三厘米波导测量线 五 、GX2B 小功率计 六 、XF-01 选频放大器 1 微 波 实 验 实验一 微波测试系统的调整及相波长的测量 一、实验目的 1、 了解微波测试系统的组成和使用方法 2、 掌握使用仪器、元件的使用，如频率计、测量线及信号源、选频放大器等。 3、 用波长计及测量线测相波长。 二、实验原理 一个微波测试系统是由一些分立的微波元件连接而成的，而测试要求的不同，系 统中连接的元件及元件的排列也不相同，微波测试工作首先是选择适当的元件，并连 接起来，然后调整整个系统，使它满足测量要求。 图 1－1 所示为常用测试系统。 图 1－1 微波测试系统 2 1、 用波长计测波长时，改变波长计短路活塞在腔内的上下位置即改变谐振腔的体 积，从而改变了谐振腔的谐振频率（或波长）。当谐振频率与信号源频率相同时，这样 放大器的指示为最小，根据波长计刻度盘上的读数查波长校正曲线，就得到了信号的 自由空间波长λ。 2、 测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的谐振腔体和输出指示）、 传动装置三部分组成。用测量线测相波长的方法是先将系统终端短路，移动测量线纵 槽上的耦合探针，从选频放大器的指示可观察到波导中场的分布情况，测出两个相邻 驻波最小点之间的距离，相邻两波节点的距离为 2 pλ 。如图 1－2 所示为提高测量精度， 通常采用交叉读数法，在波节点位置 0Z 附近两旁找出指示电表读数相等的两个对应位 置 11Z 和 12 21Z Z、 和 22Z 。然后分别取其平均值确定波节点的位置，如图 1－3 所示。 则 11 1201 2 Z ZZ += 21 2202 2 Z ZZ += 3 求得： 02 012p Z Zλ = − 三、实验内容 1、 熟悉本实验中所使用仪器及元件。 2、 参照图 1－1，连接各微波元件。 3、 调整测试系统。 4、 用波长计测工作波长（测四点）。 5、 用测量线测相波长（相应内容 4 的四个频率点）。 四、实验步骤 1、 连接各微波元件，测量线终端接短路板。 2、 XB9A 信号源的工作指示开关拨至“电流”位置，工作选择为方波调制，重复 频率为 1000HZ，“衰减调节”置适当位置（不能太小），旋转“调谐”旋钮至某一频率 值。其余旋钮任意，接通电源。 3、 选频放大器输入形式位置“晶体 200KΩ”，分贝开关置 0～50 之间任意一档。 一般置 30、40 档，工作状态开关置“正常”通常置“16”，“增益”置中间位置，接通 电源。 4、 调节选频放大器的“频率微调”旋钮，使放大器上指示最大。 5、 移动测量线上探针位置，并调可变衰减器及信号源的衰减量，使波腹点的指示 接近满度值。 6、 调节波节计的活塞旋钮（慢慢调），使选频放大器上读数最小，记下波长计刻 度值。 7、 调波长计旋钮使之失谐，移动测量探针位置，使电表指示最小，找出波节位置 0Z ，在波节点两测分别找出指示值为某个α 值时的探针位置 11 12Z Z、 。再移动探针， 找另一个相邻波节点 '0Z ，然后找出相同对应值时 21Z 和 22Z ，分别纪录。 8、 改变信号源频率，重复 4、5、6、7 步骤，共测四个频率点。 9、 由波长计刻度值查波长校正曲线得λ，根据相波长 21 ( ) 2 p λλ λ α = − 其中波导规格 22.86mmα = 10、 由交叉读数法找出的波节点附近对应位置 11Z 和 12Z 。 4 则 11 1201 2 Z ZZ += 21 2202 2 Z ZZ += 求得： 02 012p Z Zλ = − 列表比较两种方法测得的相波长 第几次 第 1 次 第 2 次 第 3 次 第 4 次 波长计测得的相波长 测量线测得的相波长 五、实验报告要求 1、 简述用测量线测相波长的原理。 2、 对用两种方法测得的四个频率点的数据进行处理，求出相波长，并列表比较。 六、思考 在调整微波系统时，可调因素（如衰减、增益、短路活塞等）很多，哪些是直接影 响信号源的功率输出的？哪些只是变换对输出功率的衰减及放大？哪些旋钮应调到最 佳位置（使输出功率在最大）？哪些应根据输出功率大小而适当调整（使电表有一定指 示）？ 七、注意事项 1、 测试过程中，若指示器电表偏转超过满刻度或无指示，可调整微波衰减量或指 示器灵敏度。 2、 用交叉法测纯驻波节点时，先使探针的穿中度适当，通常取 1.0～1.5mm，微 波衰减器减量须置于最小值，以提高指示器灵敏度。但在移动测量线时必须同时加大衰 减量或降低指示器灵敏度，以防晶体烧毁或指示电表过载而损坏。 3、 当微波信号源工作频率改变时，测量线必须重新调整。 5 实验二 晶体校正曲线的测量 一、 实验目的 掌握晶体校正曲线的测量方法以及使用方法 二、 实验原理 在微波测量系统中，测量线内驻波场强的大小是经过晶体二极管检波后由选 频放大器指示，指示电表的读数是检波电流或低频电流的有效值，晶体二极管是非线性元 件，检波特性不是线性的，它具有以下的一般形式： nI K E= 式中： I 为晶体二极管的检波电流，K为常数，n 为晶体二极管的检波律， E 为测量线 中的电场强度幅值，可见 n 表征晶体管的检波规律。如 n=1，称线性检波，n=2， 称平方律检波。当加在晶体管两端的电压变化幅度较大时，n 就不是常数，所以在 精密测量中必须对晶体检波律进行定标。 在线性指示系统中，电表的指示度α 正比与晶体检波器的输出电流 I，因此有 nh Eα = 式中：h 为比例常数，可见α 与 E 并不成线性关系，为了直接从α 的变化中求出驻波系 数，就必须找出α 与 E 之间的互相关系。 当测量线终端短路时，传输线内的驻波场强是按正弦规律分布的，因此，测量线 输出端接短路板时，在开槽线中将形成按正弦曲线分布的驻波，沿线各点电场分布为： 2sinm p E E dπλ= 2sin m p E d E π λ= 则 ' 2sin p I K dπλ= 其中 为驻波腹点的电场强度，mE pλ 为相波长，d 为测量线探针与驻波节点的距离， 2sin p dπλ 是探针位置的相对场强。按 m E E 和 I 随 d 的变化规律，可作出如图 2－1。 6 在 4 pλ 范围内，移动探针，使其偏离驻波节点不同位置 d，选取场相对值 2sin 0.1.0.2.0.3 ,1.0 p dπλ = " 各点，读取指示电表读数 I，即能作出 2~ sin p I dπλ 关系 曲线，也就是晶体二极管校正曲线，如图 2－2 所示。 7 三、 实验内容 作晶体校正曲线，熟悉晶体二极管检波特性。 四、 实验步骤 1、 参照图 1－1，连接各微波元件，调整测量线。 2、 测量线终端接短路板。 3、 信号源 XB9A 工作指示开关拨至“电流”位置，工作选择为内方波调制，重 复频率 1000Hz，“衰减调节”置适当位置，旋转“调谐”旋钮某一频率值，其余旋钮任 意，接通电源。 4、 选频放大器 XF-01 输入选择开关置“晶体 200KΩ”，开关置于 60dB 档，工 作状态开关置“正常”，通常置“16”，“增益”置中间位置，接通电源。 5、 调整微波衰减器，使探针位于驻波腹点时指示电表读数为满刻度 100％。 6、 测定两邻驻波节点位置 01Z 和 02Z ，并计算相波长 pλ 。 7、 在波节和波腹之间取 10 点，它们离波节的距离分别为 1、2、3、----、10，从 波节开始，将探针依次移到这些点，并记下对应的电表指示度 1 2 10α α α"、 、 8、 将 1、2、3---、10 分别代入 ' 2sin p dE πλ= 式，求出相对电场强度 。 'E 9、 按表 2－1－1 分别计算量点与波节点距离 d，求出相对电场强度 。 'E 8 10、以 I 为纵坐标， 为横坐标，在方格纸上描绘'E '~I E 平滑曲线，使得到了晶 体检波器的定标曲线。 表 2－1－1 晶体校正曲线数据 指示器输入电压选择档 XF-01’’ dB’’ 相波长 pλ ＝ （mm） 波节点位置 ＝ （mm) 0d 测 量 点 波 节 点 距 离 d(mm) 测量点实际位置 （mm） 0d d+ 指示电表读数 I(%) 相对电场强度 'E 五、 实验报告要求 1、 简述实验原理。 2、 按实验要求处理数据（晶体校正曲线在坐标纸上作出） 9 实验三 驻 波 测 量 一、实验目的 掌握测量大、中电压驻波比的常用方法。 二、实验原理 测量驻波比 ρ 时，测量线终端接以待测负载，这时线中的电场分布决定于负载所引起 的反射，如图 3－1 所示。沿纵向移动测量线的探针，测得对应于主线中电场强度最大值 的检波电流 maxE maxI 的检波电流 minI ，如果 max 10I < 微安，按小信号平方律检波即可算出驻波 比为 max max min min E I E I ρ = = 0Z LZ d | |E max| |E min| |E 图 3－1 驻波图 用上述方法测驻波比的范围为1.02 6ρ< < 。如果被测器件驻波比较大，电场强度最大点 相差较大，因而在测量大点和最小点电平时，晶体检波的输出使指示电表有足够大的 偏转，最大点 maxE maxI 的读数不仅超过电表量程，而且使晶体工作在不同的检波律。如果使 maxI 减小到电表的满度，则 minI 太小，不容易读准，且易受零点漂移影响。 10 通常测极大驻波比( 6ρ > )。采用“二倍最少功率法”，它的基本思想是：只在电场强度 最小点附近测量驻波电场的分布规律，而避免测量最大点，有反射( 0τ ≠ )时传输线中等效 电压幅值 V 沿线分布为： 2 0 2 21 2 cos( 1 2 cos p V Q Z V Q πτ τ λ τ τ − = + + − = + + ) (3-1-1) 其中V 为入射电压之幅值，电压最小值为： − min (1 )V V V V τ+ − −= − = − 代入(3-1-1)式得到： 2 min (1 ) 1 2 cosV Q V τ τ τ= − = + + (3-1-2) 其中电压驻波比为 1 1 ρρ ρ −= + 代入(3-1-2)中，经过简单运算可得到 ρ 的表达式为 2 2 min ( ) sin ( 2 cos( ) 2 V a V Qρ − = ) (3-1-3) 如果把坐标原点取在 处，如图 3-2(a)所示，有 =minV 0Q π，即 0 42 p Q Q Z Zπβ π λ= − = − (3-1-4) 将式(3-1-4)代入 (3-1-3)得到 2 2 min 2( ) cos ( 2sin( ) p p V )Z V Z π λρ π λ − = (3-1-5) 11 图 3-2 二倍最小功率法示意图 在图 3-2 中设 Z=≠ 2 d 处为二倍最小功率点即 2 min min ( )V p V p 2= = (3-1-6) 把上式代入(3-1-5)中得到 22 cos ( ) sin( ) p p d d π λρ π λ − = (3-1-7) 当 1ρ � 时， pd λ� 上式近似为 p d λρ π≈ (3-1-8) 采用此法测极大驻波比，只要在电场强度最小点附近测出对应于最小功率的二倍处的两点距 离 d 和相波长 pλ ，就可以按式(3-1-8)算出驻波比 ρ 。 三、实验步骤 1.参照图 1-1，调整微波测试系统。 2.在测量线的终端按匹配负载，开启电源，预热各仪器。 3.按操作 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 使信号源工作在方波调制状态，并获得最佳输出。 4.调谐探针电路，使测量线工作在最佳状态，调整输入功率电平，使晶体工作在平方律检波 12 范围内。 5. 移动探针测出 6 个波腹和波节点的数据，然后取平均值，算出驻波比 ρ− max1 max2 max3 max6 min1 min2 min3 min6 I I I I I I I I ρ− + + +…= + + +… 6.换上大波比负载，装上测量计，测量线探针移至驻波节点，调整微波可变衰减器，指示器 灵敏度，使指示电表指针接近满度的一半，读取驻波点幅值 minI 。 7.缓慢左，右移动探针，在驻波节点两旁找到电表指示读数为 2 minI 的两个等指示度点，应 用测量线算尺刻度及指针或测微计读取这二个等指示度对应的探针位置读数值 和 ，重 复 5 次，将数据记于表 3-3. 1d 2d 8.根据公式 p d λρ π − = 表 3-3 极大驻波比测量 2 minI 对应的探针位置次数 d − 0 2d d dminI 1= −(%) (mm) (mm) n 1d 2d(mm) (mm) 1 2 3 4 5 四、实验报告要求 1.简述实验原理 2.按实验要求精确测量和处理数据、列成表格 13 实验 四 阻抗测量 一、实验目的 学会用测量线测量阻抗的原理和方法，掌握测量 的方法 smith 园图的应用。 minL 二、实验原理 用测量线测量阻抗是微波阻抗测量中最常见，应用最广的一种。它是根据测量线中驻波 的大小和相位来确定被测阻抗。 ( )inZ L 当传输线终端所接负载不等于特性阻抗时，线上某距离L处的输入阻抗 可表示为： ( ) 1 L in L jtg L L j tg L ZZ Z β β − − − += − (4-1) 1 inZ ρ − = 因传输线上驻波节点的归一化阻抗为 若用 表示线上某一波节点终端的距离，则 minl min min 1 1 L L jtg l j tg l Z Z β ρ β − − += + (4-2) min min 1 L j tg l jtg lZ ρ β ρ β − −= −得到 (4-3) LZ − 式中 为归一化负载阻抗， ρ 为驻波比， 是终端负载至相邻驻波节点的距离。参见 图 4-1-1.因而只需在测量线的输出端接上待测元件，分别测定驻波比 minL pλρ ，相波比 ，及距 离 。 minL ~ LZ可见 可用 ρ 和 表示，因此传输线负载阻抗的测量就归结为minL ρ 和 的测量。 图 minL 测驻波比 ρ 时，先测出波腹，波节点指示读数 ，查晶体校正曲线max min,a a max min , ,E E 则 14 max min /E Eρ = (4-4) 图 4-1-1 终端负载至相邻驻波节点的距离 minL 值的测量是利用测量线的位置标尺，但该标尺不是从终端开始标定的，不能直接读出 值，需对(4-3)式进行变换，如图 4-2-2，(a)所示。首先让测量线终端短路移动测量线探 针可测得某一驻波节点位置 ，它与终端距离为半波长的整数倍 minL Td / 2pnλ (n=1,2,3,…),此位 置即为待测元件输入端面在测量线上的等效位置 T。当测量线终端换接待测负载时。系统的 驻波分布如图 4-1-2，(b)所示，用测量线测得 左边(像波源方向)的相邻驻波节点位置 即 为终端相邻驻波节点的等效位置，所以 1d mind mind TL d d= − 。 对式 4-3 变换得到。 ~ 1 d L d j tg l jtg lZ ρ β ρ β −= − (4-4) 因此 处的输入阻抗应等于终端所接的被测负载，因此我们只需要测出 ，求出 参考面的输入阻抗。由于 面和测量线终端存在这样的等效关系。所以我们称 参考面为 测量线终端的事效参考面。 Td Td Td Td Td ~ LZ当驻波比和相波长 pλ ， 测出后，就可以利用(4-4)式求出负载阻抗dL 了，但计算 较繁琐，工程设计中为方便起见，通常用 Smith 圆图来求解。本实验要求用圆图求 ~ LZ 。图 4-3-3 为导纳圆图。图中 A 点的读数即为待测元件归一化导纳 ，B 点的读数即为归一化 ~ LY 15 ~ LZ 。 阻抗 2 pλ Td （a） d T T T maxE minE dl dl Td (b) 图 4-2-2 16 图 4-3-3 求导纳原理图 三、实验步骤 1、调整微波测量系统。 2、测量线输出端接匹配负载，按操作规程调整测量系统，并用频率计测量信号工作频率。 pλ 3、测量线终端换接短路板，用交叉读数法测量导波长 ，并确定位于测量线中间的一个 波节点位置 ，记录测量数据。 Td 4、取下短路板，测量线输出端接匹配负载。测出 左边(信号源与 之间)相邻驻波节点 的位置 ，计算 Td Td min min TL d d= −mind ，记录测量数据。 5、用微波衰减器调整功率电平，使测量线探头晶体处于平方律检波范围。用直接测量驻 波比 ρ 。 6、根据 ρ ， ，dL pλ 应用导纳圆图计算“匹配负载”的归一化导纳 ，将步骤的数据 列成相应的表格。 ~ LY 四、实验报告要求 1、简述实验原理 2、记录测得的数据，列成表格，写明利用圆图求负载阻抗的过程。 17 实验五 阻抗调配 负载匹配在微波功率中传输中具有很重要的意义，主要表现在：(1)负载可以匹配源中 吸收最大功率；(2)传输效率提高；(3)功率容量最大；(4)微波源工作稳定。 一、实验目的 通过实验对螺钉调配器的调配过程有感性认识，并会使用滑动单螺钉调配器。 二、实验原理 B A A B t （a） （a）滑动单螺调配器结构示意图 B p l λ(b) A ~ LY 0 ~ BY （b）调配器原理图 图 5-1-1 通过单螺调配器结构示意图如 5-1-5(a)所示，它是插入矩形波导中的一个穿伸度可以调节的 螺钉，并可沿着矩形波导宽壁中心的无辐射缝作纵向移动。其调配原理由图 5-1-1(b)说明。 设系统终端导纳 在圆图上的对应点为 A，当参考面从负载向波源移动时，传输线输入导 纳由 A 点沿着等 ~ LY ρ 圆顺时针方向移动，在到达位置 BB 面对(与 G=1 的圆相交)，输入导纳 为 =1-jb，电纳为感性，又因为波导宽壁插入一直径 d 4 pt λ<~ LY pλ� ，插入深度 的螺钉 时，等效于在传输线上并联一容性电纳，改变螺钉深度，即能改变容性电纳 'jb+ ；因而 BB 截面上总的归一化导纳为 'Y 。若调节螺钉深度 t，直至 时， ~ '' 1BB Y jb jb jb= + = − + 'b b= 18 则 =1，圆图上 BB 面的导纳逐渐移动到 o 点，从而使系统达到匹配。 ~ ' BY 三、实验步骤 1、建立实验系统后，终端接短路板，调谐整个测量系统，使由波导耦合到选频放大 的场强最大(在波腹点观察)。 pλ 。 2、用波长计或交叉读数法则测量波长 3、用一失配负载代替短路板，并测出此时的驻波比。(失配负载为一匹配负载加一吸 收片)。 4、在测量线与失配负载之间加上单螺钉调配器，开始时螺钉穿伸度置于 1～2mm。反 复纵向移动其位置，用测量线跟踪波腹，波节点，直到波腹点下降，波节点有上升的趋势为 止。再反复调螺钉穿伸度，并微调其位置，用测量线跟踪波腹，波节点，使驻波比逐渐减小， 直到 1.05ρ ≤ ρ，并且测出 。 四、实验报告要求 1、简述实验原理。 2、记录原始驻波比和调配后驻波比，并比较之。(根据晶体检波正曲线求驻波比)。 五、实验思考题 如果终端负载导纳是减性的，则滑动单螺调配器螺钉与终端负载输入端面的距离必须满 足什么条件？为什么？ 19 实验六 S 曲线法则网络散射参量 网络的散射参数是一个网络基本而重要的参量，求得[s]参量后，其余各参量便都可求得。 本实验利用 S 曲线法则一个互易二端口网络的(s)参量。 一﹑实验目的 掌握用测量线按可移短路器法测量网络的(s)参量。 二﹑实验原理 一个线性二端口网络方程可写为 ~ ~ 1 111 12 ~ ~ 2 121 22 r i r i V S V S V V S V S V = + = + ~ 2 ~ 2 i i 如果把两端口网络的参考面 , 外推到 , ，如图 6-1-1(a)使新参考面 , 组 成的新二口网络等效为一理想变压器(称 , 为特征参考面)如 6-1-1(b)则 1T 2T 2T 0 1T 0 2T 0 1T 0 1T 0 2T 2 0 0 2 2 0 11 12 0 0 2 21 22 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 n n S S n nS S S n n n n ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎛ ⎞ + +⎜ ⎟⎡ ⎤ = =⎜ ⎟⎣ ⎦ ⎜ ⎟− +⎝ ⎠ ⎜ ⎟+ +⎝ ⎠ 0 0 0 0 0 2 2 ( 2 2 0 2 ( ) 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 j D j D S j D S j S n ne e n nS n ne e n n β β β β + + ⎛ ⎞−⎜ ⎟+ +⎜ ⎟⎡ ⎤ =⎣ ⎦ ⎜ ⎟− +⎜ ⎟+ +⎝ ⎠ 0 ) 0 其中 分别为 到 , 到 的距离。可见，只要能测出0 0,D S 1T 2T 0, ,S Dβ01T 02T 并求得 n 即 可求得[s]参量。 20 微波 网络 0D 0S 0 1T 1cZ 1cZ 1T 2T 0 2T 2cZ ~ 1iV S 2cZ (a) (b) n：1 图 6-1-1 如图 6-1-1(a)所示，网络输出端接可移短路活塞，分别读取短路面距离参考面 的距 离 S 及网络输入端电压驻波节点距离参考面 的距离 D，根据 D 和 S 的值作出 D+S～S 曲 线，并读取曲线上的 。如图 6-2-2。 2T 1T 0 0, ,D S LΔ 0S 0D S+ V S+ A B lΔ S 图 6-2-2 21 2 0 2 211 0 20 11 2 n 111 n 1 n n 11 1 n 1 S S β −++ += = =−− − + p 0 p L1 sin L1 sin π λβ π λ Δ+ = Δ− 而 (证明略) 所以可根据 S 曲线求出 0β ，再求出 n，并把 代入[S]的计算式即可求得[S]。 0, ,n S D0 三﹑实验步骤 1﹑测量线输出端接可移短路器，调谐整个系统，使由波导耦合到选频放大器的场强最大(在 波腹点观察)。 2﹑用波长计或交叉读数法测相波长 。 3﹑在测量线与可移短路器之间接上被测网络，移动可移短路器到刻度为 0，读取测量线上 某一电压波节点的读数 D。依次右移短路器，并读取短路面到参考面 的距 S 及测量线上 与之间应右移的电压的电压波节点距参考面 的距离 D，分别记录每一组的 S﹑D 值与下表： 2T 1T S D 4﹑作 S+D～S 曲线，并从中求出 。 p 2 0 p L1 sin L1 sin n π λβ π λ Δ+ = =Δ− 根据 求出 n，在新参考面等效为一理想变压器 n：1 传输系统无耗减 20, p πα β λ= = 利用[s]计算式 求的[s]。 四、实验报告要求 1、简述实验原理 2、记录实验数据，并在坐标纸上做出 S+D～S 曲线。 五、回答问题 互易二端口微波网络的散射参量也可用三点法来测量，何为三点法，简述之。 22 实验七 定向耦合器特性的测量 一、实验目的 测量定向耦合器技术指标。学会用选频放大器测功率。 二、实验原理 定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，它包含主线和副线两部分，在主线中 传输的微波功率经过小孔或间隙等耦合元件，将一部分功率耦合到副线中去。由于波的干涉 和叠加，使功率仅沿副线中的一个方向传输(称“正方向”)。而在另一方向几乎没有(或极 少)功率传输(称“反方向”)。 (一)定向耦合器的性能常用(1)耦合度，(2)隔离度， (3)输入驻波比， (4)频带范围。 1、耦合度 极其测量 dbC 输入至主线的功率与副线中正方向传输功率之比称为定向耦合器的耦合度 。 dbC 1 3 10 lg PC P = (1-7-1) 1P --输入功率。即从输入端(1)口进入耦合器的功率。 3P --耦合功率。即从耦合端(3)口输出的功率。如图 7-1-1 所示。 1P 3P 2P 4P ① ④ ③ ② 图 7-1-1 十字孔定向耦合器 本实验测定某定向耦合器的耦合度。首先测量主波导输入端的功率电平，然后将耦合 23 器正向接入测量系统。参见图 7-2-2，测出副波导正向耦合端功率电平，则耦合度 可根 据公式(1-7-1)计算，也可以改变精密可变减器衰减量，使两种情况的检测指示器读数相等， 则衰减器的读数差即为耦合度 。 dbC dbC 微波 信号源 隔离器 衰减器 波长计 精密可变 衰减器 晶 体 检波器 定向 耦合器 匹配 负载 图 7-2-2 测量定向耦合器耦合度装置图 2、隔离度 dbD 1 4 10 lgdb PD P = (dB) 1P --输入功率。即从输入端(1)口进入耦合器功率。 4P --漏到隔离端(4)去的功率。 3、输入驻波比 在(2),(3),(4),端均接上匹配负载时，从输入端(1)口看进去的驻波比。 4、频带范围 指耦合度，隔离度，输入驻波比均满足要求时定向耦合器的工作频带宽度。 一个理想的定向耦合器，输入功率由主线端(1)口输入，这副线仅端口(3)有输出，而端 口(4)无输出；反之，若输入功率由主线端口(2)输入，副线仅端口(4)有输出，端口(3)无输 出，然而实际情况并非如此，即功率由端口(1)输入，端口(4)还有一定的输出。 (二) 用选频放大器测功率比 选频放大器是线性放大器，它的指示比于输入端的电压 a=KV 晶体检波器是一个“解调元件”，它将波导中的微波信号的包络检出，并利用它的负极与 波导壁之间的分布电容滤去高频分量，恢复原调制波电流。此电流经选频放大器的输入电阻， 24 形成其输入电压 iV i iV IR= 假设晶体检验波满足平方律关系 2 1I K E=由于 则 2 1 ia K K R E= • 因功率与场强也是平方关系 2 2p K E= 故有 3a K p= 在求功率比的情况下，只要求出指示器读数比 1 2 P P 1 2 a a = 即 三、实验内容及步骤 1、用晶体检波器测定向耦合器的耦合度和隔离度测量系统如图 7-2-2. 匹配负载1 匹配负载2 晶学检波器 测量装置 选频放大器 ① ④ ③ ② 图 7-2-2 系统连接框图 a、连接系统，测出直接端(2)读数 。 2a b、 (2)，(3)端的晶体检验波，匹配负载互换，测出(3)端的读数 ，则：3a 1 2 3 3 10 lg 10 lg 10 lgdb P PC P P = ≈ = 2 3 a a 2、定性观察隔离度 25 将耦合器的(2)，(3)端口接匹配负载，(4)端口接晶体检波器由(1)端口输入功率，将可 变衰减器的衰减量由大减小到零，观察选频放大器的指示如何变化。 3、测量定向耦合器的输入驻波系数 在耦合器的(2)，(3)，(4)端口均接上匹配负载，测量耦合器输入端的驻波系统。 四、实验要求 1、预习实验内容，写出实验报告，制定实验步骤。 2、实验报告要求简述实验原理，实验步骤，按实验要求处理数据。 五、注意事项 本实验中作为检测器的晶体检波架应与测量系统匹配(驻波比小于 1.02)，以减小必须调 配晶体架。 26 实验八 单板机辅助测量反射系数 一、实验目的 1、了解单板机组成半自动微波测试系统的特点。 2、学习用单板机辅助测量反射系数的方法。 二、实验原理 微机应用于微波测量需做硬件和软件两方面的工作，硬件是将微机与微波测试系统连接 起来的接口电路。接口电路又可分为数据采集，数据传输，数据显示三部分，软件就是编制 由微机进行计算和控制的程序。(本实验中已存储在 EPROM 内，装插在单板机上)。单板同通 过 D/A 转换器可在示波器上显示波导内驻分布图形，显示阻抗原图和被测元件反射系数在复 平面上的位置，显示比较形象，因此有明显优点。 1、反射系数测量原理 由传输线理论可得以下关系式 2 2 max| | | | (1 | |)iV V= + Γ 2 22 2 min| | | | (1 | |)iV V= − Γ |式中 为入射波电压幅值， || iV |Γ 为反射系数模，驻波比 2 max 2 min | |1 | | 1 | | | | V V ρ + Γ= =− Γ 1| | 1 ρ ρ −Γ = +反射系数模 反射系数相位 min2 ( )rd dϕ β π= − + d 式中 为终端短路时测得的驻波节点位置， 为终端接负载阻抗时测得 左边的驻 波节点位置，即 ，（这里所取坐标系以负载处为零点，指向源波为 Z 方向）。 rd mind rd min rd > 2、接口电路 本实验中的接口部件见图 8-1-1 的虚线框内，它主要由 A/D、D/A 片，比较器及使用测量 线探针座位置量度为电压值的转换组成。 27 图 8-1-1 工作原理图 （1）数据采集 用 Tp801 单板机的 plo 进行输入输出口作为数据、采集接口，它分两路进行，一路是测 量线探头检皮器的输出信号通 A/D 片送入单板机，另一种是将测量线探针座位置的坐标采入 单板机，这二路采集是同时进行的，对线性电位器电压进行量化主要是由一个比较器(图中 BG307)和 D/A 变换器完成，比较器的功能是当其两个输入端的电压相等时会向计算器发出一 个中断信号，计算机就采集数据，计算机通过 pIo 的 B 口向 D/A 变换器输出一个由 ooH 到 FFH的数字值(由于所用的D/A片是八位二进制的，所以测量线全程共采集场分布256个点)， 经过 D/A 变换器变成一个从 的阶梯电压。 0 rV V∼ minB min min / 256L BΔ =在本实验中测量线全程为 ，共采集 256 点，每二点的间隔为 ，又 设 (min)/ 2p A Lλ = •Δ (min)2p A Lλ = •Δ则 2 2 2 ( / ) 2p l mm A L A L π π πβ λ= = =Δ Δ相位常数 若求得 min ( )rd d C L mm− = •Δ 则得 min 22 ( ) Cd d A πϕ β π π= − + = + 28 初始化：HL 2800H B 00设置中断矢量 A口：输入B口输出 开B口中断，置中断方式2 有中断请求？ 转B口中断服务 有 无 (a)数据采集主程序框图 (b)B 口中断服务程序框图 29 (c) A 口中断服务程序框图 图 8-2-2 (2)输出与显示 (a)场分布显示 测量线探针座沿开槽线从起点向左移一次，采集 256 点。采集完毕，单板机就将存贮单 元的地址码和存贮单元的内容分别通过三路D/A转换器送到示波器的X,Y轴在示波器上荧光 屏上显示驻波场分布。 (b)原图显示 单板机中先按原图的形状编入程序，由示波器显示，当原图扫描一周期后，再从随机存 贮器中取出原先已存入的反射系数的实部 | | cosτ ϕ 和虚部 | | sinτ ϕ，通过二路 D/A 片，分 别送 X,Y 轴，再经一定延时后返回扫描原图，使被测的反射系数的光点亮度高于原图线的亮 度。 (c)数字显示 在单板机 LED 显示器上反复显示原先测得的驻波比 ρ ，反射系数模值 | |τ ϕ和相角 的值。 (3)数据处理 (a)数据预处理 为了消除选频放大器噪声电平对测量数据的影响，在测量时，先使信号源处于连续波输 出，进行一次噪声数据采集，将数据平均后，存入一存贮单元，以后采集的驻波场分布数据 都减去这噪声电平，得到正确的测量值。在 A口中断服务于程序中编入了数字滤波，以消除 其他因素产生的随机误差。 (b)数据处理 单板机在完成了数据采集后，就对存入的数据进行处理，其流程图如图 8-3-3 所示，它 30 包括交叉读数法求波导波长，驻波比，反射系数的模值和相角及反射系统的实部与虚部等。 2 max V 2 min V 2 2 max min M V V= − 2 i V iX 2 i V / 2pλ 2 min V 2 max V 2 2 max min /S V V= ( ) ( )1 / 1S SΓ = − + 1 02( )1 / 2p Z Zϕ π λ ⎡ ⎤−= +⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ( )1 cosR ϕΓ = Γ ( ) sinmI ϕΓ = Γ 31 （4）主程序流程图 图 8－4－4 主程序流程图 三、实验内容以及步骤 1、调整微波测试系统，连接实验装置，开启单板机，接口电路，示波器电源。按原图显 示键软件是否正常，调零（探针座置于起始位置，调节线性电位器中心轴头与地之间为 0 伏）。 2、测量线终端接短路板，移动探针位置至波腹，接口电路 输入 X 轴→开关向上，→ → Aμ 表值不超过满度，以免损坏表头。 3、信号源工作在连续波状态，探针座置起始位置，按复位键（REST）后，按噪声采集 键，探针位置均匀移向左端，示波器显示噪声电平。然后按复位键后，按噪声处理键，将探 针移回到原起始位置。 4、