微波测量实验-微波驻波比的测量.docx

2电磁场与微波测量实验实验报告北京邮电大学实验三.微波驻波比的测量由于微波的波长很短传输线上的电压、电流既是时间的函数又是位置的函数使得电磁场的能量分布于整个微波电路而形成“分布参数”导致微波的传输与普通无线电波完全不同。微波系统的测量参量是功率、波长和驻波参量这也是和低频电路不同的。电压驻波系数的大小往往是衡量一个微波元件性能优劣的主要指标。驻波测量也是微波测量中最基本和最重要的内容之一通过驻波测量不仅可以直接得知驻波系数值而且还可以间接求得衰减器、相移量、谐振腔品质因数介电常数。实验目的（1）了解波导测量系统熟悉基本微波元件的作用。（2）掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。（3）掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。实验原理驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q值等其他参量。在传输线中若存在驻波将使能量不能有效地传给负载因而增加损耗。在大功率情况下由于驻波存在可能发生击穿现象。此外驻波存在还会影响微波信号发生器输出功率和频率的稳定度。因此驻波测量非常重要。电压驻波比测量：驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q值等其他参量。在测量时通常测量电压驻波系数及波导中电场最大值和最小值之比即ρ=EmaxEmin。测量驻波比的方法与仪器种类很多有直接法等指示度法功率衰减法等。我们这次实验中主要用直接法和等指示度法来熟悉驻波测量线的使用。（1）直接法直接测量沿线驻波的最大点与最小点场强从而求得驻波系数的方法称为直接法。若驻波腹点和节点处电表读数分别为UmaxUmin则电压驻波系数ρ：ρ=EmaxEmin=UmaxUmin当驻波系数1.5<ρ<5时直接读出ImaxImin即可。在我们的实验中由于选频放大器直接读出来的是电压而不是电流所以我们直接读出Umax和Umin也可以。当电压驻波系数在1.05<ρ<1.5时驻波的最大值和最小值相差不大且不尖锐不易测准为了提高测量准确度可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据然后取平均值。ρ=Umax1+Umax2+…+UmaxnUmin1+Umin2+…+UminnEEWEmaxEminLLLk’L2’L2Lk直接法线驻波场分布图等指示度法波节点附近场的分布（2）等指示度法当被测量的驻波系数大于5时驻波腹点和节点的电平相差比较大直接法求取大驻波系数会带来较大的误差原因是：波腹点和波节点电平相差悬殊因此在测量最大点和最小点电平时晶体工作在不同的检波率所以仍然采用直接法测量大驻波比误差较大。因此采用等指示度法也就是通过测量驻波图形中波节点两旁附近场的分布规律的间接方法求出驻波系数。根据传输线上场强和终端反射系数之间的关系如果确定驻波节点两旁等指示度之间的距离可以推导出关系：ρ=k2n-（cosπWλg）2sinπWλg式中：k=测量点读数/最小点读数；λg为测量线上的波长即波导波长。通常情况下取测量点U左和右=2Umin的两个等指示度点所对应的探针位置间距记录为：W=Lh-Lh’如果晶体是平方率检波（n=2）传输线的驻波系数可以用下式计算：ρ=1+1（sinπWλg）2当ρ较大时（ρ≥10）由于W和很小sin(πW/λg)较小sin(πW/λg)≈πW/λg故公式进一步简化为：ρ≈λgπW这种方法取k=2时进行测量所以也称为“二倍最小值”法或3分贝方法。必须指出：W与λg的测量精度对测量结果影响很大因此必须用高精度的探针位置测量装置（如千分测微计）进行读数。实验内容及数据处理直接法测量驻波系数直接发驻波系数测量框图按上图所示的框图连接成微波实验系统。调整微波信号源使其工作在方波调制状态。左右移动波导测量线探针使选频放大器有指示值。用选频放大器测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的Umax和Umin。ρ=Umax/Umin当检波晶体工作在平方律检波情况时驻波分布示意如下图：ImaxImin