内容发布更新时间 : 2024/11/20 15:21:15星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验一微波测量系统的调试与功率测量

一、实验目的

（1）了解微波测量系统的组成及各部件的作用，正确使用实验仪器； （2）了解各种常用微波元器件； （3）掌握微波功率的测量方法。

二、实验原理及内容

1.基本微波测量仪器

微波测量技术是通信系统测试的重要分支，也是射频/微波工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。

微波信号特性参量主要包括：微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量（如反射系数、驻波比）和传输参量（如[S]参数）。

测量的方法有：点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量；扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性，如加上自动网络分析仪，则可实现微波参数的自动测量与分析；时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量，从而得到瞬态电磁特性。

图 1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、频率计、衰减器（隔离器）、测量线、检波器、选频放大器及小功率计、矩形波导、终端负载等组成。

图1-1微波测量系统

YS1124 信号源：单频 9.37GHz，输出功率≥50mW，有连续波信号和1kHz 方波调制信号两种工作方式。该信号源输出端口为 FD-100 标准波导法兰。

PX16 频率计：是利用微波圆柱谐振腔体制作而成的一种谐振吸收式波长表。当吸收式波长表与信号源产生的微波信号频率共振时，将从电路中吸收最大的能量，系统中选频放大器的指示达最小，此时在频率计上圆柱谐振腔的固有频率与系统的工作频率相同，从频率计上直接读出频率 f0值即为信号源的工作频率。该频率计测量频率范围为8.2~12.4GHz、测量精度可达≤0.3% 。

SHK-4 可变衰减器：用作信号源输出功率的控制、调节。

TC26 测量线：该波导型测量线，是利用波导宽边正中间壁电流分布的特点沿纵向开槽外加探针通过开槽插入波导中提取能量，从而进行各种测量。在测量线上有确定探针位置的刻度尺。进行测量时，旋动旋钮，移动探针座，探针从波导中提取的能量通过微波检波器进行检波，从而可用选频放大器进行检测与指示。

通常测量线探针深度及调谐装置均已调好，不宜轻易变动！

晶体检波器：为了提高对微弱信号检测的灵敏度，需对微波等幅信号或方波调制信号进行检波。未经调制的微波信号经检波后变成直流电流，此时可用直流仪表(如微安表、检流计等)直接指示；经方波调制的微波信号经检波后变成检波电流，在检波电流中，除了直流分量还有方波分量，此时可用选频放大器进行检测与指示。

选频放大器：选频放大器是用来放大和测量微弱低频交流信号的低噪声精密测量仪器，一般接收来自检波器检波后的 1kHz 方波信号。可对电流(或电压)进行直读测量，一般取表针最上面读数，单位为μA。另外还具有分贝读数，如 1-4(或 3.2-10)驻波刻度线，可以方便地直读小反射器件的驻波比(此时需配合衰减器使用)。通常将输入量程衰减器置于 50dB(或 60dB)档，用以确保检波器工作于平方律检波(n=2)。该仪器的频率微调旋钮是用于调节仪器

内选放电路的谐振频率，以使其与信号源调制频率相同，此时可获得输出最大并利用显示。

功率计：用来测量连续波或调制微波信号的平均功率。 短路板：在微波测量系统中用于实现终端短路的微波标准器件。 匹配负载：在微波测量系统中用于实现与系统匹配的微波终端标准器件。

2.常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多，下面主要介绍实验室里常见的几种元器件：

(1) E-T 接头 (2) H-T 接头 (3)双 T 接头 (4)波导弯曲 (5)波导开关 (6)可变短路器 (7)吸收式衰减器 (8)向耦合器 (9)隔离器

三、实验内容和步骤

按图 1-1 所示连接微波测量系统，在终端处接上微波小功率计探头，接通电源开关，调整衰减器，观察微波功率计指示并作相应记录，可记入表 1-1。

四、实验结果及数据处理

表1-1 衰减器指示与功率指示测量值

衰减器位置（mm） 功率计读数 （mW） 0 3 4 5 6 7 8 9 10 4.53 3.81 2.55 1.44 0.665

0.264 0.0832 0.0335 0.0213 图1-1 衰减器指示与功率指示关系曲线

Matlab程序：

x = [0 3 4 5 6 7 8 9 10];

y = [4.53 3.81 2.55 1.44 0.665 0.264 0.0832 0.0335 0.0213]; curv_plotting( x,y )

title('衰减器指示与功率指示关系曲线'); fontt=10;

xlabel('探针位置（mm）','FontName','Times New Roman'); ylabel('电表指示值（mW）','FontName','Times New Roman');

其中curv_plotting为平滑曲线程序，具体代码如下：

function curv_plotting( x,y ) xi = min(x):0.3:max(x); yi=interp1(x,y,xi,'pchip'); plot(x,y,'o',xi,yi); grid on; End

五、思考及体会：

（1）微波小功率计探头的工作原理简述。

微波小功率计功率探头的主体是一个铋、锑热电堆，这是将金属铋和锑用真空喷镀法镀在介质片上（介质基片可用云母、涤纶、聚烯亚胺等材料）形成热电堆后，放在波导或同轴电场最强处，它即是终端吸收负载，又是热电转换元件。所以作为终端负载，它的阻值必须与传输线的等效阻抗相匹配。当微波功率输出时，热电耦吸收微波功率使热电堆的热节点温度升高，这就与冷节点产生温差而形成温差电动势，它产生的直流电动势与输入微波功率是成正比的。热电堆输出的直流讯号是很薄弱的，指示器经直流放大后再作功率指示。

（2） 微波频率计的工作原理。

微波频率计是由传输波导与圆柱形谐振腔和直读显示机构构成。它利用长方形孔磁耦合来激励，谐振腔的活塞为抗流形式。此频率计是吸收直读式频率计。当被测信号在特定时间