微波基础实验

微波实验项目基础实验 （12 节课时）实验一 、系统调整，频率检查实验二、入g （波导波长）测量及入0 （空气波长）的比较验证实验三 、驻波比测量实验四 、调配技术实验五 、衰减测量应用实验 （16 节课时）实验六 、定向耦合器性能测量实验七、魔 T 特征测量实验八 、阻抗测量实验九 、检波器特性校准实验十 、喇叭天线演示（水平波及垂直波指向图）辅助实验 （4 节课时）实验十一 、 S 曲线小驻波测量（节点位移法）实验十二 、功率测量应用（功率比对法）YS30000系统实验指导1#微波测试系统基本连接图#r：频率计F面弯波导晶体 检波器选频放大器信号源波导/同轴调配器或定向可变测量线信号源转换器波导隔离器耦合器衰减器测量线测量面匹配负载功率计3厘米波导测试系统#实验一、系统调整，频率检查一、实验目的1. 了解测试系统的组成及正确使用方法2. 了解微波信号源的工作方式和信号检测3. 对覆盖3cm频段的频率用频率计测量二、测试方法1. 检查仪器是否连接正确，参照基本系统连接方框图2. 开机检查YS1123,频率是否显示正常，并调到 9.37GHz,工作状态须选择在“等幅”或“方波”处，方波频率是否在1000Hz处（系统若使用YS1124信号发生器时，只要打开YS1124电源后，并按动“选 择”键，面板方波灯亮起即可）。功率调节至“ 1dB”处。工作状态锁定在“方波”处。3. 将YS3892选频放大器增益放大选择位置调至 50dB处，频率微调使表针最大，并调谐TC26的探头，能在YS3892表头读数最大。若表 针超过刻度可调节增益电位器减小指示，或将放大选择调至40dB处。4. 移动TC26探针平台，可观察到从大到小及从小到大的周期变化系统 即处于正常状态。5此时调节增益电位器使表针处于满刻度处，旋转PX16上的黑盖，在9.39.4处放慢旋转动作，会有一个明显表针跌落，该跌落处即是实 际频率点。观察二条红色滑标与竖红线的交叉点“工”处，正确读 出刻度值。6.为巩固知识，可选择在 9GHz、10 GHz、11 GHz、12 GHz再重复上述步骤，读取各实际频率并作记录。f (GHz)9 GHz10 GHz11 GHz12 GHzY S1123显示值PX16实际值7.完成上述测试及记录后，再恢复到9.37 GHz处，以便进行其他实验实验二、入g （波导波长）测量及与入o （空气波长）的关系3系统连接图:4#一、实验目的:1. 了解测量线的调整及使用方法2. 比较在波导中波传输及空气中传输的不同，深化微波特征、测试方法:1. 在TC26上连接短路板，使系统处于全反射状态。2. 找出一个波节点(将YS3892的“放大选择”逐步调至60dB处)；使节 点特征相当明显，该波节点的读数为Dmini记下刻度值，再移动TC26探 针座找出另一个波节点Dmin2 (此时可关小YS3892 “放大选择”开关调 至50或40dB,以便寻找Dmin2)同样在标尺上读出刻度值。3. Dmin2 Dmin1为二个波节点的距离长度，根据原理确认为半波长。4. 则入 g= 2(D min2 Dmini )即：，。入0空气波长G _ _(2a)a22.86mm假设：f = 10 GHz贝卩。二; 入 o = 3cm而实际入g = 3.9735cm约为4cm5.为强化概念，可进行下列测量及计算f (GHz)9.37 GHz10 GHz11 GHz12 GHz入 o (cm)#入 g (cm)实验三、驻波测量一、实验目的：1. 了解系统不匹配状态下，驻波量值测试（用测量线）2. 掌握等指示度法（交叉读数法）技巧二、测试方法：1. 大驻波比测试系统连接图：TC26 + 短路板测试方法（1） 在TC26上连接短路板，架上百分表附件，信号源频率调至9.37GHz,或 10 GHz 处。（2）调整系统并找出波节点，此时尽可能开大YS3892增益至60dB处，在接近波 节点时，找出最靠近波节点的一个读数，例如在YS3892表头刻度100处，将百分表顶上动作，转动百分表外圈调节至“ 0” 刻度，再慢慢移动TC26探针座过了真正的节点（最小指示）后再重新回到YS3892表头刻度100处，此时记录百分表读数，此读数注：以上方法有二种称谓:a. 等指示读法b. 两倍最小法c. 交叉读数法2. 中驻波比测试系统连接图：(1) 当驻波小于5时可直接在YS3892选频放大器上测出量值，表头 上有一个经过换算的驻波比刻度。(2) 按上述方法连接后，找出波腹点，调节 YS3892增益电位器使表 头满刻度，即驻波为“ 1”时，移动探针座至波节点，即读数最 小时，即可直接在表头驻波比刻度中读出驻波比量值。若驻波节点指示已超过“ 4”范围，可将“放大选择”增益增加 10dB，可 直读Sv 10范围内的量值。3. 小驻波比测试系统连接图： I TC26 匹配负载(1)方法同上，实际上上述方法是在完全匹配状况下， 有意串接上容性膜片、感性膜片，破坏传输场结构，增大驻波比，因此当这些因素排除后，驻波就变得非常小(2)测量时因波腹、波节不敏感，所以需要仔细认定波腹位置，然后正确读出波节处的驻波刻度(小驻波比测试最好用节点位移法， 将另 作介绍)。实验四、调配技术系统连接图:方法一、TC26单螺调配器或E-HT调配器匹配负载容性膜片Lo Co感性膜片TC26 入波导检波器方法二一、实验目的:1. 掌握调匹配的基本原理和方法2. 提高调匹配的操作技巧二、测试方法：1利用单螺调配器或双路（ EHT ）调配器（方法 1）将已破坏的匹配状态，例如串接Lo （感性膜片）的合成驻波S 1.9或串接Co （容性膜 片）的合成驻波S 1.3通过调节滑座位置（改变相移）及调节指针深度（改变导纳），使驻波比Sv 1.1即可。方法为一边调节，一边观察YS3892 选频放大器的表头指针在处于波节点位置时，不断向指示大的方向移 动，原则上相移变化较为明显，导纳变化作为辅助修正，在此过程中也 要移动 TC26 探头滑座在节点位置附近反复观察。有时效果相反，则不 断修正原先调配器的动作，直到满足 Sv1.1 甚至 Sv1.05。2 检波器本身就带有短路活塞及调谐螺钉的单端口元件，方法 2 该器件 调配的难度大大超过第一种方法，只有熟练掌握第一种方法的基础上才 能开展第二种方法操作。 （提示：波导检波器 Q9 输出孔相反方向的那个 调谐螺钉最为敏感，与短路活塞连动，将波幅、波节间的摆动越调越窄 最终达到Sv 1.1甚至Sv 1.05，即达到实验目的）。实验五、衰减测量一、实验目的：1. 掌握用平方律检波法测量衰减量2. 熟练应用调配技术，将检波器驻波比 S小于1.1二、测试方法连接方框图:（1）用已调配好（Sv 1.1）的波导检波器接在TC26测量端，输出信号 连接在YS3892上。（2）将波导可变衰减器刻度置于零位（逆时针方向退到“ 0”刻度）（3）调节丫S3892增益电位器使表头指针置于分贝刻度 0dB处，“放大 选择”置于30 dB或40 dB档，若信号偏小可调节YS1123功率输 出，满足测试要求。（4）根据波导可变衰减器的（衰减值/刻度）对照曲线表所列刻度值分 别旋至相应位置，可分别在 YS3892选频放大器的dB值刻度线上 读出相应的衰减量值。若达不到 10dB刻度范围时，可将 YS3892“放大选择”档增大10 dB,（此时表头指示dB值加上增加的dB 值，就是实际衰减量）依次类退可观察 3dB27dB全部量值。（5） 注：尽可能让检波晶体管工作状态处于平方律检波范围内，（即 丫S3892选频放大器的“放大选择”档dB值控制在4060范围内） 这样读数可保持较好线性。实验六、定向偶合器性能测量一、实验目的1. 运用已掌握平方律检波法来测量衰减量。2. 了解定向耦合器的基本参数：耦合度（C）、方向性（D）及主辅线驻10波比、连接方框图：(1)主线驻波测量：S 1.25去 YS38921匹配负载或检波器(已调 S1.10)选频放大器1 k|1111TC261 k=匹配负载测量线111(2)副线驻波测量：S 1.25(3)基础(初始)量测定匹配负载11TC2611一一检波器测量线1(已调 S 37dBTC26测量线检波器（已调 S1.10）去YS3892选频放大器1 1-1_匹配负载Liiu该读数值为耦合度加 上方向性:A=C+D即22dB+15dB匕懈嗣0（微波电子技响限公吋t.二、测试方法第（1）、（2）项驻波比测量，可按照已学的驻波基础测试方法，用 测量线找出波腹、波节，通过调节选频放大器的增益调节旋钮使波腹点 处于驻波刻度值“ T位置（即正好满刻度），再移动测量线调到波节点， 直读驻波刻度量值，就是所测定向耦合器的主、副线驻波比。第（3）项是寻找基准零电平值，调节功率使选频放大器的放大增益值处于30dB档，表头指针对准OdB刻度（也是满度值，但此时观察第三行的分贝刻 度），保持选频放大器所有调节旋钮不动， 建立基准OdB值，此时可进行 第（4）、（ 5）项测试，请按连接方框图所示正确位置接上被测定向耦合 器，可直接从dB刻度上读出相应量值，验证定向耦合器的二项关键指标，当在表头上观察不到相应刻度， 可调节选频放大器面板上的步进、 放大、增益，依次调到40dB60dB档，直至可读dB值，将此值再加上已放大的值，即为真正的量值。例如：7dB （表头值）+30dB （已放大倍率）=37dB提示：在整个测试过程中，切勿变动已调配的检波器，以免影响测试结果。实验七、“魔T”特征测量魔 T 是一个混合型接头也叫边出口型或者 E-H 型 T 型接头。在图示H臂（臂1）和主波管（臂2和臂3）形成一个H平面T型接头。E臂（臂 4）和主波导形成一个E平面T型接头。故又称双T,是一个互易互损耗 四端口 S矩阵可证明，只要1.4臂同时得到匹配，只2、3臂也自动获得 正配，反之亦然。 E 臂和 H 臂之间固有隔离。 反向臂 2、 3 之间彼此隔离， 即从任一臂输入信号都不能从对臂输出，只能从旁臂输出。信号从 H 臂 输入，同相分给 2、 3 臂， E 臂输入则反相等分给 2、 3 臂，由于互易性 原理，若信号从反向臂 2、 3 同相输入，则 E 臂得到它们的差信号， H 臂 得到它们的和信号。反之 2、 3 臂反相输入，则 E 臂得到和信号， H 臂得 到差信号。当输出的微波信号进入魔 T 的 H 臂（ 1 臂），同相等分给 2、 3 臂， 而不能进入 E 臂（ 4 臂）。一、 实验目的验证魔 T 的 H 臂输入功率后等分 2、 3 臂，而与 E 臂隔离的特征。二、连接方框图：13（1）初始电平校正TC26测量线检波器（已调 S28dB）选频放大器检波器(E)(已调 SW1.10)臂4臂3臂2臂1(H匹1配负载CTC261(J测量线匹配负载连接图为起始电平校正状态二、测试方法:先在YS3892选频放大器寻找基准零电平（方法同上），增益档位调到30dB处，调节增益旋钮使表针满刻度（第三行的分贝刻度“ 0” dB），然后 接上被测魔T的H臂1端，分别测量对称双臂第2端及第3端，可观察到 指针均跌至一半左右（即3dB刻度处），验证魔T的功分功能，然后将第1 端与第4端调换，输出指示很小，开大选频放大器增益档位，约在 50dB 处可观察到表头指针落在刻度范围内，将两者相加即得： D 28dB。提示：当测隔离度时臂2或臂3可能与台面距离过长，可在TC26测量端处连接 上E面弯波导。实验八、阻抗测量（归一化阻抗测试实例）一、实验目的1. 了解微波电磁场的矢量概念2. 掌握Smith园图的使用方法。二、系统连接：测量线的测量端接上短路板。三、测量方法1、先测出g （波导波长）：两节点间距为 半波长（利用二倍最小法，也称为交 叉读数法，也称等指示度法）。众所周知：g =2（ D min2 D minj假设：? : 9.37GHz,测出 g 44.70mm , 即: 2 ( 183.55 161.20) = 44.70mm2、确定参考面的刻度值： 测量线探头座移到中间位置。 测量线输出端仍接上短路板。60dB档处），记下标尺位置161.20mm” 找出波节点（尽可能开大选频放大器增益测量连接图及容性膜片和感性膜片3、测量容性膜片+匹配负载的归一化阻抗: 拆下短路板，连接上容性片+匹配负载（此时起始刻度值：161.20mm） 调节测量线探头座，向负载方向移动，找出波节点（指示最小处），读出 标尺“ 143.00mm”，记下此读数。 测出容性片+匹配负载的驻波比1.3。 按原理标出阻抗园图移位值：=2 =竺:0.41扎 g44.7d= 161.20- 143.00= 18.2mm （节点移位值）1 将阻抗园图标尺逆时针对在 0.41处，在标尺K刻度线上找出S= 1.3处 的交集点，读出实轴值0.88,虚轴值0.2，得出Z = 0.88-j0.2 （归一化阻抗）。4、测容（感）性膜片连接匹配负载的归一化阻抗： 在测量线中间的位置找出波节点（此时接上短路板），记下标尺的位置“ 161.20mm”。 拆下短路板，连接上感性片+匹配负载。 调节测量线探头座，向信号源方向移动，找出波节点（指示最小处），读出标尺值“ 156.60mm”。 测出感性片+匹配负载的驻波比1.9 按原理：标出阻抗园图移位值：=亠色0.103丸 g 44.70I.d= 161.20 156.60=4.6mm （节点移位值）1 将阻抗园图标尺顺时针对在0.103处，在标尺K刻度上找出S= 1.9处的 交集点，读出实轴值0.7,虚轴值0.45，得出 = 0.7+ j0.45 （归一化阻抗）。RSr0Ad入gR=coj xR-jXR+jX实验九、检波器特性校准系统连接图:YS3892一、实验目的1. TC26测量线中含的检波器对测量结果影响很大，检波器只有满足n=2 （检波率）时，才符合平方律的线性变化。2. 通过入g/4波长的距离，从波节到波腹过程中检波律测定， 达到 s = Imax目标值。V Im in二、测试方法1. 根据实验二的方法，先测出入g,然后平均分割电场强度 01.0的10个测试点，见表：2. 在TC26中间位置先找出一个波腹点，调整YS3892选频放大器的增益电位器，使表头满刻度，按算出的L位置记录相对应的电流值（满22刻度值为1000）并绘制曲线电场强度12兀|sin |L ( mm)电流电场强度12兀| sin| 扎gL (mm)电流0.00.0=0.6入 g/9.8=0.1入 g/63.0=0.7入 g/8.1 =0.2入 g/31.3=0.8入 g/6.8=0.3入 g/20.6=0.9入 g/5.6=0.4入 g/12.0=1.0入 g/4.0=0.5入 g/9.8=U检波校正曲线*E0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0实验十、喇叭天线演示（天线水平波指向图及垂直波指向图）器件：YS30103角锥天线2只 波导/同轴转换器1只 L16-50JJ高性能电缆（1米）1根 Q9-JJ信号电缆（5米）1根连接方框图:3米I3匝米V.YS30103去YS3892 5米信号电缆选频放大器TJ8-4检波器高度大于1米1米电缆波导/同轴 转换器TC26测量线测试方法:按图示连接好测试系统，两天线的 E面垂直于地面（图示为 H面，可 调整到E面），同一高度不低于1米（理论值大于0.5米），两天线间距为3 米（理论值2.81米），两天线尽可能保持同一轴线上，四周避免大面积金属 反射物，以免影响测试及伤害人身。两天线支架、水平位置刻度及垂直位 置刻度都指示为“ 0”标记保持不变，观察 YS3892选频放大器指示值最大（适当调整天线角度），一般选择为40dB档，调节增益电位器至满刻度， 即“ 0dB”处，因为两天线全对称放置，接收天线保持不变（有检波器的那 端），发射天线左方向移动，每隔2记一档数据，直至超过20为止，接 下来归0后向右转动，每隔2记下数据，直至20。为止。将所记电平变 化记录表格内，将表格数填入坐标图内，得出水平波方向图，依此类推， 固定天线水平标尺的0刻度，将天线上、下角度标尺转动 20,也同样绘出垂直波方向图，由此而建立角锥天线的主辨天线指向图角度-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2接收电平(dB)角度02468101214161820接收电平(dB)20小结：本微波测量系统的实验介绍的内容由基础实验和应用实验 两部分组成，其课时约8 28节，是有关微波课程传输场理论, 也是微波专业必须掌握的基本知识。而第二类实验是测量应用 类实验，可满足不同专业不同学校的需求，随意增减，更符合 高校教学需求。因本公司是制造企业，所编讲义多有不妥之处, 恳请各位专家批评指正。上海亚顺微波电子技术有限公司天线指向示意图(坐标值轨迹)注：若有需要也可以进行 天线增益测试 天线驻波比测试-15dB-12dB9dB-6dB 、丄-3dB-20 、 天线偏移角度(原上海无线电二十六厂)21