微波实验报告
微波技术及线路实验指导书
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实验一微波测量系统的了解与使用
实验性质：验证性实验级别：选做
开课单位：信息与通信工程学院学时：2学时
一、实验目的：
1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。
2．学会测量设备的使用。
二、实验器材：
1．3厘米固态信号源
2．隔离器
3．可变衰减器
4．测量线
5．选频放大器
6．各种微波器件
三、实验内容：
1．了解微波测试系统
2．学习使用测量线
四、基本原理：
图1。1 微波测试系统组成
1．信号源
信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。
本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。
2．选频放大器
当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。
3．测量线
3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。
4．可变衰减器
为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。
五、实验步骤：
1．了解微波测试系统
1．1观看如图装置的的微波测试系统。
1．2观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如：铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。2．了解测量线结构，掌握各部分功能及使用方法。
2．1按图检查本实验仪器及装置。
2．2将微波衰减器置于衰减量较大的位置（约20至30dB），指示器灵敏度置于较低位置，以防止指示电表偶然过载而损坏。
2．3调节信号源频率，观察指示器的变化。
2．4调节衰减器，观察指示器的变化。
2．5调节滑动架，观察指示器的变化。
六、预习与思考：
总体复习微波系统的知识，熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。
实验二 驻波系数的测量
实验性质：综合性 实验级别：必做 开课单位：信息与通信工程学院 学时：2学时 一、实验目的：
1．理解测量大、中电压驻波比的原理和常用方法。 2．掌握用直接法测量小驻波比的方法。 二、实验器材：
1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容：
测量无耗小驻波比微波元件的电压驻波比。 四、基本原理：
图2.1 直接法测电压驻波比方框图
微波元件的电压驻波比是传输线中电场最大值与最小值之比，表示为
max min
E E ρ= （2.1）
1． 直接法
该方法适用于测量中小电压驻波比。当驻波系数不大于6时，可直接沿测量线测量驻波最大点
min
max
/U
U =ρ和最小点的场强得到，故称为直接法。直接法测电压驻波比方框图如图2.1所示。被测器件接在测量线的终端，这时测量线中电场的纵向分布如图2.2所示。
图2.2 测量线电场分布图
当测量线的探针沿纵向移动时，波腹点和节点指示电表读数分别为Umax 和Umin 。 晶体二极管为平方律检波时，则有：
（2．2） 当驻波比1.05<ρ<1.5时，Umax 和Umin 相差不大，且波腹和波节平坦，难以准确测定。为了提高测量精度，可移动探针测出几个波腹和波节的数据，然后取平均值。
n
n
U U U U U U min 2min 1min max 2max 1max ++++++=
ρ （2.3）
当驻波比1.5 <ρ<6时可直接读出场强最大值和最小值。
表2。1 波腹波节处的电压值
匹配负载
1 2
3
4
5
Umax Umin
是失配负载
1 2
3
4
5
Umax Umin
短路板
1 2 3 4 5
Umax
Umin
纯阻抗
1 2 3 4 5
Umax
Umin
单螺匹配器
1 2 3 4 5
Umax
Umin
五、预习与思考：
1．复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况
2．熟悉各实验步骤，以加快测量速度。
3．驻波的节点与腹点如何选取？
实验三 阻抗的测量
实验性质：综合性 实验级别：必做 开课单位：信息与通信工程学院 学时：2学时 一、实验目的：
1．掌握用测量线测量阻抗的原理和方法。 2．进一步掌握阻抗圆图的用法。 二、实验器材：
1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容：
1．调整微波测试系统 2．测量阻抗 四、基本原理：
微波元器件或天线系统的输入阻抗是微波工程中的重要参数，因而阻抗测量也是重要内容之一，本实验学习用测量线测量单端口微波元件输入阻抗的方法。 根据传输理论，传输系统中驻波分布与终端负载阻抗直接有关，表征驻波特性的两个参量，驻波比ρ及相位min l β与负载阻抗的关系：
min
min
1tan tan L
j l Z j l βρ-=- (3.1)
图3.1
电压与相位的关系
图3.2 等效截面法
上式左端为归一化负载阻抗，即单端口微波元件的输入阻抗，ρ为驻波比。
min l 是终端负载至相邻驻波节点的距离，参照图3.1。因而只需在测量线的输出端接上待测元件，分别测定驻波比ρ，波导波长g λ及距离min l ，即可用上式或阻抗(或导纳)圆图计算待测元件的输入阻抗(或输入导纳)。
实际测量中常用“等效截面法”。首先让测量线终端短路，沿线驻波分布如图3.2(a)所示，因而移动测量线探针可测得某一驻波节点位置T d ，它与终端距离为半波长的整数倍n λg/2(n=1,2,3…)，此位置即为待测元件输入端面在测量线上的等效位置T 。当测量线终端换接待测负载时，系统的驻波分布如图3.2(b)所示，由测量线测得T d 左边(向波源方向)的相邻驻波节点位置min d 即为终端相邻驻波节点的等效位置。所以
T d d l l -=min min (3.2)
由公式
min
min
tan tan 1l j l j Z L βρβρ--=
(3.3)
可以计算待测元件的输入阻抗Z L ，下图为导纳圆，A 点的读数即为待测元件的归一化导纳，B 点的读数即为归一化阻抗,如图3.3所示。
图3。3 归一化阻抗圆图
图5.3 归一化阻抗圆图
图3。4 实验装置图
五、实验步骤
1． 调整微波测量系统
（1）测量线输出端接匹配负载，调整测量系统。
（2）测量线终端换接短路板，用交叉读数法测量波导波长g λ并确定位于测量线中间的一个波节
点位置T d ，记录测量数据。
2．测量电感(或电容)膜片及晶体检波器输入阻抗
（1）取下短路板，测量线输出端接“电感（或电容）膜片+负载匹配”测出T d ，左边相邻驻波
节点的位置min d ，计算T d d l l -=min min ，记录测量数据。 （2）用微波衰减器调整功率电平，使测量线探头晶体处于平方律检波范围。用直接法测量驻波
比
ρ，记录数据。
（3）根据ρ，min l ，g λ，应用导纳圆图计算“电感(或电容)膜片+负载匹配”的归一化导
纳。
表3.1 数据记录表
六、预习与思考：
1、复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况。
2、了解传输线不同终端负载的接入情况。
3、如果终端负载是感性的，则滑动螺钉与负载的距离必须满足什么条件？为什么？
ρ
min d
T d
min l
g λ
实验四 波长和频率的测量
实验性质：综合性 实验级别：必做 开课单位：信息与通信工程学院 学时：2学时 一、实验目的：
1．了解几种常用的测量频率和波长的仪器。 2．掌握测量频率和波长的基本原理和方法。 二、实验器材：
1．3厘米固态信号源 2．隔离器 3．可变衰减器 4．测量线 5．选频放大器 6．各种微波器件 三、实验内容：
1．测量微波信号的频率 2．测量微波信号的波长 四、基本原理：
图4.1 实验装置图
频率是微波测量的基本参量之一。从原理上说，波长的测量与频率的测量是有区别的，前者归结为长度的测量，后者归结为时间的测量。根据谐振腔的谐振选频原理可知，单模谐振腔的谐振频率决定于腔体尺寸，得用调谐机构的位置对谐振腔进行调谐，使之与待测微波信号发生谐振，就可
微波信号
选频放大
频率计
可变衰减测量线 可变电抗
隔离器
以根据谐振时调谐机构的位置，判断腔内谐振的电磁波的频率。这就是谐振式频率计的基本原理。本实验将频率计采用吸收式接法。当产生谐振时，谐振腔最大程度的获取功率，使得输出几乎为0，这样从指示器上可以观察其谐振或失谐的情况，从而读出频率计上指示的读数。
根据传输线原理，邻近两个腹点或两个节点之间的距离为半波长，这样可根据选频放大器上显示的相邻腹点，从测量线上直接读出波长。 五、实验步骤：
1．微波频率的测量
（1）按图4.1所示的框图连接实验系统。 （2）将检波器及检波指示器接到被测件位置上。
（3）用频率计测出微波信号源的频率。旋转频率计的测微头，当频率计与被测频率谐振时，将出现吸收峰。反映在检波指示器上的指示是一跌落点(参见图4.2），此时，读出频率计测微头的读数，再从频率计频率与刻度曲线上查出对应的频率。
检波指示器指示I
谐振点 频率计测微头刻度
图4.2频率计的谐振点曲线 2． 波导波长的测量：
（1）接开路阻抗，其可变电抗的反射系数接近1，在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形，如图4.3所示，只要测得驻波相邻节点的位置L 1、L 2，由
L L g 1
2
2
1
-=λ，即可求得波导波长λg 。
表4.1 相邻节点位置数据表
L1 L2 λg
（2）接短路阻抗。测量驻波相邻腹点的位置L 1、L 2，由
L L g 1
2
2
1
-=λ，即可求得波导波长λg 。
表4.2 相邻腹点位置数据表短路板
L1
L2
λg
匹配负载
L1
L2
λg
失配负载
L1
L2
λg
纯阻抗
L1
L2
λg
单螺匹配器
L1
L2
λg
六、预习与思考：
1．复习均匀传输线理论，了解传输线上电压电流的分布情况。
2．用传输线理论分析测量波长与频率的原理。