微波基础实验

微波基础实验基本概念介绍•微波：频率大约在108Hz~1011Hz频率电磁波，波长大约在1米到1毫米之间•品质因数Q：谐振腔内的总储能与一周期内损耗之比•波导波长：波导波长是指在波导管中所传播的微波的波长•驻波比：微波功率沿均匀传输线传输时，由于负载不匹配而产生能量反射的程度•晶体检波率n值:晶体二极管的检波电流与两端电压之间关系为I=KEn微波元器件简介元器件功能结构组成波导管微波传输线常用的是矩形的金属波导管微波信号源信号源由体效应管、谐振腔和阻抗变换器组成微波谐振腔储能，选频一段封闭金属导体空腔，分通过式和反射式谐振腔隔离器隔离信号源与负载衰减器用来降低微波系统中功率电平波导管，吸收片频率计（波长计）测量信号频率由传输波导和谐振腔构成，分为“通过式”与“吸收式”元器件功能结构组成晶体检波器指示微波相对功率的大小微波二极管跨接在矩形波导宽壁中心线上测量放大器把检波器输出的电流放大驻波测量线可测量驻波的分布一段开有纵向狭槽的波导，一个可沿线移动的带有晶体检波器的探针探头组成环行器常用的微波铁氧体器件多端口不可逆器件滑动单螺钉调配器用来在传输线中产生一个反射波以抵消传输线中因阻抗不匹配所引起的反射，达到负载匹配开了一条窄的无辐射纵槽的矩形波导，一个穿透深度可调的螺丝实验原理•波长测量谐振法：用谐振腔式波长表来测量微波信号的波长，调节波长表的活塞杆，当谐振腔频率与信号源频率一致时，传输到负载端的能量突然减小到一个最低值或增大到一个最大值，记下这时波长表上螺旋测微器的刻度数，再查波长表的校准数据表格和校准曲线，既得信号频率。由即可测得信号的波长。驻波法：是用测量线来测量波导波长，当测量线终端短路时，传输线中形成纯驻波，移动测量线的探针，测出两相邻驻波节点距离即波导波长。fC00gg实验原理622()sin()sin()mmggUaEaEdUdnIKU2()sin()nnmgKaEd02sin()ngKdK0为常数对上式取对数，令K0=1，得：直线斜率即为检波率n2lglgsin()gInd•晶体检波率测定测量线内的检波晶体受到驻波电场作用7反射系数定义为时，驻波电场达到极大值时，驻波电场达到极小值驻波比S：电场最大值和最小值之比2(2)iLiLiLrriLiiEeEeeEeEmax(1)iEE2(21)Lnmin(1)iEE11S22Ln实验原理•驻波系数的测量（反射系数，驻波比）𝐸=𝐸𝑖𝑒+𝑖β𝐿+𝐸𝑟𝑒−𝑖β𝐿=𝐸𝑖𝑒+𝑖β𝐿1+Γ𝑒−𝑖(2β𝐿−Φ)实验原理•测量驻波比的方法•直接法：直接测量沿测量线驻波的最大和最小场强，该方法适用于测量中小驻波比。•等指示度法：等指示度法适用于大驻波比的测量。该方法使用平方律的检波晶体管，利用测量线的探针测量极小点两旁功率为极小点二倍的两点间的距离W以及波导波长，按下式即可求得驻波比WSggmaxminISI9•微波功率测量与指示绝对值用微波热效应测量。热敏电阻吸收微波功率后阻值发生改变，用适当电桥电路测出阻值变化即得微波功率。相对值用晶体检波器指示功率I=KP•介质介电常数电介质特性常用复介电常数*00(''')rj*0'(1tan)rj实验原理反射性谐振腔的品质系数与它的中心频率f0和半功率带宽关系为如谐振腔的品质因素较高，由微扰理论012fQff000'12ssffVfV1001()''4LsQVV''tan'f0和fs分别为腔中放入样品前后谐振频率，V0、Vs分别为腔和样品的体积。实验原理11实验内容•波导波长的测量1.按图连接并调整微波测试系统。信号源隔离器可变衰减器波长表测量线短路板选频放大器直流微安表调制波法连续波法实验内容•波导波长的测量调整微波测试系统：主要是指对信号源、测量线的调整，以及对晶体检波器的校准。信号源的调整主要包括对振荡频率、输出功率及调制方式的调整。测量线的调整一般包括选择合适的探针穿深度（通常取1.0~1.5mm）、调谐探针电路使检波输出指示最大。2.分别用驻波法和谐振法测量波导波长和自由空间波长3.验证测量结果。200)2(1ag13•晶体检波律的测定1.按图连接实验系统，并对系统进行调整。2.选择驻波电场某一节点作为参考点，把此节点与相邻腹点间的长度等分为9分，得到10个等分点3.测出上述10个等分点处所对应的检波电流4.描绘出检波晶体的I~U定标曲线。5.描绘出关系曲线。4/g1021,...,,ddd1021,...,,IIIdIg2sinlg~lg实验内容实验内容•驻波比的测量1．按图连接微波测试系统。调整信号源使其工作在方波调制状态并获最佳输出，调整测量线，使其工作在最佳状态。调整衰减器的衰减量，使晶体工作在平方律检波范围。2．直接法测量单螺调配器的电压驻波比。测量线终端接单螺调配器和全匹配负载。单螺钉的穿深度约2.5mm。移动探针至驻波腹点，调整指示器灵敏度，使电表指示近满度，然后分别测量驻波腹点和节点的Imin和Imax。即可求得驻波比。15•驻波比的测量3．用等指示度法测单螺钉的电压驻波比调节单螺钉穿深度约为7mm。将测量线探针移至波节点，调整可变衰减器、指示器灵敏度，使指示电表指针接近满度的一半，读取波节点值。移动探针，在波节点两旁，找到电表指示为的两个等指示度点，读取这两个等指示度点所对应的探针位置值d1和d2，这两个等指示度点之间的距离W就是d1和d2之差。多重复几次，然后取其平均值，按下式计算驻波比实验内容minImin2I实验内容•微波功率的测量1．按图连接测试系统，调整系统使其处于最佳工作状态。调整可变衰减器衰减量，使检波晶体处于平方律检波状态。2．相对功率的测量将波导开关旋至检波器通路，在小功率情况下，检波晶体管可以比较准确地认为是平方律检波。这时测得的检波电流I与系统中的传输的微波功率成正比，即IP。电流表的示数大小就表示微波相对功率的大小。3．微波绝对功率测量将波导开关旋至功率计通路，用功率计可直接读取绝对功率数值。实验内容•介质特性测量1．按图连接测试系统。2．用示波器观测反射式谐振腔的工作特性。3．用波长表测谐振腔的中心谐振频率f0。4．将精密衰减器衰减3分贝，记下谐振曲线在示波器上的高度。然后把精密衰减器恢复，此时与谐振曲线上与此高度相对应的两点，即为谐振曲线的两个半功率点。调整波长计使其吸收峰分别移到谐振曲线的两个半功率点上，分别读取波长表的两个刻度数，查出所对应的频率f1和f2。5．在反射式谐振腔中插入样品，重复3，4步骤。6．代入公式