微波测量系统的认识和调整

一、实验目的

1、进一步了解波导测量系统，熟悉基本微波测量元件正确的使用。

2、掌握用频率计校准频率的方法。

3、掌握用驻波测量线测量矩形波导波长λg 的方法。

二、实验原理

1、测量系统的连接与调整

进行微波测量，正确连接与调整图1~2 所示微波测量系统。信号源在左侧，待测
元件接在右侧，便于操作，连接系统要平稳，各元件接头要对准，晶体检波器输出引
线应远离电源和输入电路，以免干扰。如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生
误差。系统调整主要包括信号源和测量线调整，以及晶体检波器的校准。

图1-2 微波测量装置方框图

2、驻波测量线的调整

图2－1 所示是三厘米波导测量线。它由开槽传输线，探针和传动装置三部分组

成，当探针经过窄槽插入波导内并与电场平行，其感应一个电动势经同轴探针座送到

晶体检波器，被检波后从测量放大器电表读出。

当探针座沿波导移动时，放大器读数就间接地表示了波导内电场大小的分布，找
出电场的最大值与最小值及其位置，就能求出驻波大小及相位。

图2-1 Tc-26 波导测量线剖面结构原理图

当探针插入波导时，在波导中的等效导纳会引起不均匀性，相当在线上并联一个
导纳，如图2－2 所示。当终端接在任意阻抗时，由于Gu 的分流作用，驻波腹点和电
场强度都要比真实值要小，而Bu 的存在将是驻波腹点和节点的位置发生偏移。
当测量线终端短路时，驻波节点处的输入导纳Yin——>∞，驻波最大A 及最小
点B 位于Gin≈0 的圆上，如探针放在驻波的波节上B 上，由于此点处于输入导纳
Yin——>∞，故Yu 的影响很小，驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻波
的波腹点，由于此点的输入导纳Yin——>0，故Yu 对驻波腹点的影响就特别明显，
探针里容性电纳将使驻波向负载方向偏移，如图2－3 所示。

图2－3 探针电纳对驻波分布图形的影响

所以探针引入的不均匀性，将导致场的图形畸变，使测得驻波波腹值下降而波节
点略有增高，造成测量误差，欲使探针导纳影响变小，探针愈浅愈好，但这时在探针
上感应电动势也变小。通常是在指示仪表上有足够指示下，尽量减少探针深度。
调节方法是将探针深入适当深度，测量系统终端短路，将探针移至二波节点之正
中位置，调节晶体座的调谐活塞，直至输出指示最大。
当信号源频率或探针深度改变时，由于将探针等效导纳也随之改变，所以必须重
新对探针进行调整。

3、 频率计

实验中常采用吸收式频率计，当失谐，能量通过波导管，负载指示有一个固定值，
当调到谐振点时，能量被反射，指示器读数下降到最小，根据频率计谐振装置的刻度，
即可直接读出相应的频率，见图2－4。

自由波长λ o 和波导波长λg 的换算方法：
λ o=C/F
式中C 为自由空间波传播速度，约3×1010cm/s
矩形波导中的H10 波满足公式：
λ g=λ o/√（1-（λo/2a）^2）
式中，a 为矩形波导宽边尺寸，对三厘米波导a=22.86mm.。

4、交叉读数法确定波节的位置

测量波节点附近两边指示电表读数相等的两点d11 和d12，d21 和d22，然后取平
均值确定波节d01 和d02 的位置，如图2－5 所示。
d01=1/2（d11+d12） d02=1/2（d21+d22）
波导波长：λ g=2*│d01—d02│
为了提高测量精度，多测几个波节点，求得多个波导波长，然后求平均值。

图2—5 交叉读数法测量节点位置

三 、实验装置

图2-6 测试装置图

四、实验内容

1、观察了解频率计，驻波测量线的结构形式。

2、用频率计测信号源的震荡频率。

3、用驻波测量线测量场的分布图形。

4、用驻波测量线测量波导的波长。

五、实验步骤

1、观察了解频率计，测量线的结构形式，读数方法。

2、按图2~6 检查整个系统。

3、按信号源调整方法进行调整，先选取信号源工作频率，调整波形类型、功率，然
后开启电源预热。

① 功率计：选择合适的探头和量程，把探头连到功率计上。开启电源预热五分钟
探头连到信号源上，输出功率。

② 信号源输出功率满足要求，经同轴连到测量系统上。

③ 用频率计校准频率，晶体检波器输出接到放大器输入，调谐晶体检波器，使电
表输出最大。缓慢调节频率计，使电表指示变小，当指示最小点时，这时频率
计指示频率，就是信号源输出信号频率，校准后频率不符合实验要求，改变信
号源输出，重新进行校准，直到达到实验要求频率。

④ 调整测量线，将测量线探针插入深度适当（约1.0mm）调节调谐回路，使测量
放大器指示最大。

⑤ 把探针座移到右边，用交叉读数法，确定波接点的位置，然后计算波导波长λ
g。画出相应表格

六、实验前的准备

1、熟悉测量线、频率计的工作原理和使用方法。

2、复习信号发生器，测量放大器正确使用，考虑好实验步骤及画好以下记录表格。
七、实验报告

1、由频率计测得信号频率，计算波导波长，并与实测的波导波长λ g 相比较，计算
相对误差。

2、如何正确调谐探针电路？注意什么事项。

八、思考题

1、当具有导纳的探针，插入波导系统中。在终端短路的情况下，波导中真正驻波图
形如何改变？为什么？

2、微波测量系统调整主要包括哪几部分的调整？