微波传输特性和基本测量

嘉应学院物理系普通物理实验学生实验报告实验项目：微波传输特性和基本测量实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日成绩评定教师签名实验预习部分2一、实验目的：1．学会使用基本微波器件。2．了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。掌握频率、功率以及驻波比等基本量的测量。二、实验仪器和用具：YM123标准信号发生器，GX2C小功率计，YM3892选频放大器，TC26波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD20三厘米波导系统，探头若干。三、实验原理：1．微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管为微波传输线，并用TE10波型。波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。2．微波频率的测量用吸收式频率计PX16（直读式），测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误差≤±0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ左右，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。3．微波功率的测量用GX2C小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平均功率。GX2C属于热电偶型，热电偶膜片既是传输线终端负载电阻，又见电磁场能→热能→直流电动势的转换器件。4．波导波长λg的测量λg在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍，常采用测定驻波极小点的位置来求出λg。（1）用平均值法。找出两个相邻最小点的位置D1和D2，移动探针在驻波最小点D1左右找出两个具有相同幅度（由选放读出）的位置d1和d2，同样找出D2点左右的d3和d4，则2211ddD实验预习部分32432ddD)()(2214312ddddDDgD1、D2的位置在测量线上通过标尺读出。（2）用可变短路器。首先找出第一点最大点D1时，将选放增益放大，来回转动可变短路器，记下最小点时可变短路器上的刻度位置X1，然后改变可变短路器，找出另一个相邻最小点D2，再记下可变短路器上刻度位置X2，则1212XXg，通过测出λg,可计算出频率和自由空间波长，有一一对应的关系。5．驻波比的测量由于终端负载不同，驻波比ρ有大、中、小之分。先粗略估计驻波比minmaxminmaxminmaxVVIIEE，再按照驻波比的三种情况精确测定ρ值。（1）大驻波比（ρ6）的测量采用“二倍极小功率法”：利用驻波测量线测量极小点两旁功率为其二倍的点坐标，进而求出d，则dg（ρ1）（2）中驻波比（1.5≤ρ≤6）的测量.minmaxminmaxminmaxVVIIEE(3)小驻波比(1.005≤ρ≤1.5)的测量驻波极大值点与极小值点的检波电流相差细微，故用测量多个相邻波腹与波节点的检波电流值，进而取平均的方法。nnnnVVVVVVEEEEEEmin2min1minmax2max1maxmin2min1minmax2max1max实验预习部分4四、实验步骤：1．熟悉有关仪器的基本原理和使用方法，连接好仪器。2．打开标准信号发生器的电源，电流调零，输出功率调到中档，输出频率调到10GHZ。信号工作方式置于“内方波”，重复频率用“X10档”1KHZ左右。3．将选频放大器衰减档置于40dB档位，输入阻抗置200Ω，通频带置于32HZ。4．将选频放大器接到晶体检波器输出端，缓慢旋转频率计在10GHZ左右，当输出幅度降低到最低时候的频率，就测得信号源的输出频率。5．将选频放大器接到TC26测量线上，测量端口接上可变短路器，缓慢移动测量探针，测出两个相邻极小点附近辐度相等的两点坐标，用平均值方法，计算波导波长)()(2143ddddg（也可用可变短路器直接测），测二组。6．线路同步骤5。用短路器测驻波比，测三组，（一般在1.5≤ρ≤6）。7．用匹配负载换下短路器，测小驻波比，测三组。8．标准信号源仍开机不动。将功率计开机调整，并将校准因子调节好（例信号源为10。0GHZ时，标准因子调95%），再接上32TGX探头。然后把GX2-T3功率探头与信号源和功率计连接，慢慢增大信号源的输出功率，当输出最大时记录所测功率。测量完毕，一定要先拆下功率探头，再关功率计和信号源。微波实验注意事项：1．旋动频率计要缓慢，否则塑料红指针易卡断。在起始端和终了端要切忌不能使劲转动。2．移动测量线探针的同时，要适当调整选频放大器的放大倍数，避免在输出最大位置时选放指针打表。3．合适调节信号源的输出功率。（衰减约37dB）。4．每次改变信号源频率时，都须重新调整E—H面阻抗调配器、晶体检波器、测量线，使之处于谐振输出最大状态。5．测驻波比时，调节测量线的调谐活塞（一般探针置1.5mm深度），使之处于小信号输入。调节E—H面阻抗调配器，使得系统中驻波比最小。对匹配负载一般均在≤1.04。6．测量功率时须保证被测系统中各连接头接触可靠，并保证信号源和功率计外壳等电位。测试过程中切不可大范围调节被测功率源的频率。每次换档时，要重新调零（功率计）。在装拆连接同轴探头时一定要小心，要先将信号源和功率计开机并调试好，再接上功率探头；测好后先功率探头拆下再关机。切不可在接上功率探头的情况下，开、关被测功率源的开关（易烧毁膜片）。五、实验数据记录：实验数据处理六、实验数据处理：实验总结部分七、实验结论与分析及思考题解答1、对实验进行总结及误差分析：2、思考题解答：