建立强大国防的必要性

实验四微波晶体检波器定标实验研究一、实验目的(1)了解测量线中晶体定标方法；(2)通过驻波比分布原理，测量晶体定标曲线；(3)学会使用定标曲线。二、实验原理在微波测量系统中，送至指示器(选频放大器)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(选频放大器)的读数是检波电流的有效值。在测量线中，驻波分布特性指的是电场分布，而探针所在处的电场与检波二极管两端所加的电压是成正比例的，一般晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的。因此利用检波电流来计算驻波比时，必须用实验的方法来准确确定电场(或电压)与电流的关系。如图4-1所示。晶体二极管的电流I与检波电压U的一般关系为I=CUn(4-1)式中，C为常数，n为晶体检波律，U为检波电压。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10μA）情况下，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。测量线探针在波导中感应的电动势，即晶体二极管两端的检波电压U与探针所在处的耦合电场E是成正比的，即：I=C’En(4-2)式中，C’是比例常数。所以要从检波电流I读取数值来决定电场强度的相对值，就必须确定晶体管检波律n，当n=2时，该检波电流读数即为相对功率指示值。根据式(4-2)描出的曲线即为晶体定标曲线。图4-1晶体定标曲线图4-2波腹点与波节点分布示意图测量晶体检波器定标曲线最简便的方法是利用终端短路法来进行。当测量线输出波导终端短路时，测量线上为纯驻波，其电场分布为：式中，Em为驻波波腹点的电场强度值，λg为波导波长，d为测量线探针离驻波节点的距离。传输线上任意点相对场强为由于检波电压正比于探针所在位置的电场强度，所以电压相对值为：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。将式(4-4)代入式(4-2)，则有检波电流的相对值为：式中，Im为检波器在波幅点上的电流读数。对式(4-6)两边取对数，C＇=1，可得检波律为上述就是晶体定标的根据(令Cˊ=1)。测量时，在波腹和波节点之间(即在λg/4范围内)，移动探针，使其偏离驻波节点不同位置d，分别选取场强相对值|sin(2πd/λg)|=0.1,0.2,0.3，…，1.0各点，读取指示表电流I读数，即能作出Iˊ~|sin(2πd/λg)关系曲线，该曲线Iˊ~|sin(2πd/λg)|就是晶体二极管的定标曲线，而曲线lgIˊ~lg|sin(2πd/λg)|的斜率即为检波律n。若将Iˊ与|sin(2πd/λg)|标在全对数坐标纸上，作出lgIˊ~lg|sin(2πd/λg)|曲线，则斜率即为晶体检波律。三、实验内容和步骤1.用实验三的方法，用交叉读数法测得波导波长λg(或直接使用实验三测得的结果)。2.测量线终端接上短路板，旋转测量线探针座，使探针至测量线中间位置的波腹点上，调整信号输出幅度使此时选频放大器上电流指示不超过满量程。使测量系统处于最佳工作状态。3.终端仍接短路板，从负载端开始，旋转测量线上探针座位置，使选频放大器指示最小，此时即为测量线等效短路面，记录此时的探针位置，记作dmin0；4.终端仍接短路板，选取某一个波节点，其位置为d0，在波节点和波腹点之间，即在λg/4范围内(见图4-2)等间距取10个点，从波节点d0开始将探针座逐次移动到d1，d2，…，d10，并记录指示表的相应读数I1，I2，…，I10，列入表4-1中；5.将测得的dk(k=1,2,3…10)依次代入式(4-4)，求得dk对应的各相对电场值Ekˊ，将这些数据填入表4-1中。6.在以Ekˊ为横轴，Iˊ为纵轴的普通坐标纸上标出d1，d2，…，d10各点所对应的Ekˊ和Iˊ值，并将它们连接成平滑曲线，便得所需的晶体检波器定标曲线。7.再把Ekˊ，Iˊ标在对数坐标纸上(亦可用Matlab软件绘制对数坐标曲线)，并将它们连接成平滑曲线，则晶体检波律n就可以根据该曲线的斜率求得。四、实验结果及数据处理表4-1测量数据记录表（其λg=43.97mm，d0=103.14mm）探针位置指示表读数I(μA)计算得计算得测量点与波节点相对距离d(mm)实际位置d0+d(mm)相对电场强度Ek’=|sin(2πdk/λg)|检波电流的相对值Iˊ0103.14500.0077519380.92104.06150.1310869670.0232558141.84104.98450.2599116010.0697674422.78105.921100.3868875760.1705426363.7106.841950.5044278910.3023255814.64107.782900.6155175820.4496124035.56108.703800.7135188760.5891472876.5109.644700.8009205990.7286821717.42110.565600.8725003710.8682170548.36111.506300.930076020.9767441869.38112.526450.9735702011图4-1晶体检波器定标曲线Matlab程序：x=[00.1310869670.2599116010.3868875760.5044278910.6155175820.7135188760.8009205990.8725003710.930076020.973570201];y=[0.0077519380.0232558140.0697674420.1705426360.3023255810.4496124030.5891472870.7286821710.8682170540.9767441861];curv_plotting(x,y)title('晶体检波器定标曲线');fontt=10;xlabel('相对电场强度Ekˊ','FontName','TimesNewRoman');ylabel('检波电流的相对值Iˊ','FontName','TimesNewRoman');其中curv_plotting为平滑曲线程序，具体代码如下：functioncurv_plotting(x,y)xi=min(x):0.01:1;yi=interp1(x,y,xi,'pchip');plot(x,y,'o',xi,yi);gridon;end五、思考及体会：为什么要测量晶体二极管的检波律？通过测量晶体二极管的检波律可以知道晶体二极管的电特性。小结：通过本次实验，我了解了测量线中晶体的定标方法，在实践中通过驻波比分布原理测量出了晶体的定标曲线，收获颇丰。