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微波基本参数测量实验

微波基本参数测量实验. 微波与微波测量技术简介 微波基本参数测量实验的基本目的 常用微波器件 实验 B1 微波测量系统调试与频率测量. 微波基本参数测量实验. 微波： 一种波长较短的电磁波，频率范围约为 300MHz － 300GHz ，波长范围约为 1m － 1mm 。 在电磁波波谱表中微波波长介于无线电波与光波之间。. 微波基本参数测量实验. 细分微波波段： 分米波，波长为 1m 至 10cm 厘米波，波长 10cm 至 1cm 毫米波，波长为 1cm 至 1mm 波长 较长的分米波和无线电波的性能 相近 波长 较短的 毫米波与 光波的性质 相似.

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微波基本参数测量实验

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  1. 微波基本参数测量实验 • 微波与微波测量技术简介 • 微波基本参数测量实验的基本目的 • 常用微波器件 • 实验B1 微波测量系统调试与频率测量

  2. 微波基本参数测量实验 • 微波：一种波长较短的电磁波，频率范围约为300MHz－300GHz，波长范围约为1m－1mm。 • 在电磁波波谱表中微波波长介于无线电波与光波之间。

  3. 微波基本参数测量实验 • 细分微波波段： • 分米波，波长为1m至10cm • 厘米波，波长10cm至1cm • 毫米波，波长为1cm至1mm • 波长较长的分米波和无线电波的性能相近 • 波长较短的毫米波与光波的性质相似

  4. 微波基本参数测量实验 • 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，重要标志是雷达的发明与使用。 • 微波技术在国防、通讯、工农业生产的各个方面有着广泛的应用，在高能加速器、受控热核反应、射电天文与气象观测、分子生物学研究、等离子体参量测量、遥感技术等当代尖端科学研究中也是一种重要手段。 • 微波测量技术是一门基本的实验技术。

  5. 微波基本参数测量实验 • 微波基本参数测量实验的基本目的包含“学微波”和“用微波”两个方面： • （1）学习微波基础知识和掌握微波基本测量技术； • （2）学习用微波作为观测手段来研究物理现象的基本原理和实验方法。

  6. 微波基本参数测量实验 • 微波基本参数测量实验的基本目的： • 了解微波的产生特点、工作状态及传输特性 • 了解所采用微波器件的基本性能和使用方法 • 了解微波传输与测量系统的基本组成和调试技术 • 掌握频率、波长、功率及驻波比等基本参量的测量技术 • 学会微波介质材料的介电常数和损耗角正切值的测量

  7. 常用微波器件 • 半导体器件——微波固态源 • Gunn Diode • Solid State Microwave Emitter • Drives a cavity using negative resistance 1、微波振荡器 微波振荡器（信号源）主要有两大类： 半导体器件 电真空器件

  8. 常用微波器件 1、微波振荡器 • 电真空器件——电子管信号源 • Magnetron • Oldest, still used in microwave ovens • Accelerates charges in a magnetic field

  9. 常用微波器件 1、微波振荡器 • 反射式速调管振荡器 • 普通速调管振荡器一般包括三个主要部分： • 反射式速调管 • 稳压电源 • 高频结构

  10. 常用微波器件 1、微波振荡器 • 反射式速调管 • 阴极：发射电子； • 阳极（谐振腔）：相对于阴极处在正电位，利用耦合环和同轴线输出微波功率； • 反射极：相对阴极处在负电位，用以反射电子。

  11. 常用微波器件 2、微波波导 • 常用的微波传输线之一 • 一种空心金属管 • 常见的波导有： • 矩形波导 • 圆柱形波导

  12. 常用微波器件 3、微波谐振腔 • 由导电（磁）壁围成的封闭的、且有一定几何形状的区域作为微波频段的谐振回路。 • 用途广泛的微波元件，具有储能和选频特性。 传输式谐振腔

  13. 常用微波器件 3、微波谐振腔 • 由导电（磁）壁围成的封闭的、且有一定几何形状的区域作为微波频段的谐振回路。 • 用途广泛的微波元件，具有储能和选频特性。 反射式谐振腔

  14. 常用微波器件 4、微波隔离器与环行器 • 隔离器：一种不可逆的衰减器，在正方向（需要传输的方向上）衰减量很小，反方向的衰减量则很大。 • 环行器：一种非互易器件。利用环行器控制功率的流向。

  15. 常用微波器件 5、微波衰减器 • 衰减器是一种用来衰减微波功率的微波器件，也可作为负载与信号源间的去耦元件。 • 衰减器分固定衰减器和可变衰减器两种。前者衰减量固定，后者衰减量在一定范围内连续可调。固定衰减器常用于微波源的退耦或用作等效负载，而可变衰减器常用作功率控制。

  16. 常用微波器件 6、微波定向耦合器 一种有方向性的耦合功率的微波器件。 主波导中入射行波或反射行波的部分功率可通过定向耦合器耦合至辅波导，用作功率监视或频率监视等。

  17. 常用微波器件 7、微波调配器 • 调配器是用来调节其后面的微波部件达到匹配的一种微波器件。 • 匹配就是使微波完全进入而一点也不反射回来。 • 常用调配器有单螺调配器和三螺调配器，这两种调配器仅用于功率不太大情况。

  18. 常用微波器件 8、微波晶体检波器 • 在微波各波段，因频率太高需用特制的微波晶体二极管作为检波元件。 • 晶体检波器由一段波导和装在其中的微波二极管组成，可实现对微波信号的检波功能。

  19. 常用微波器件 9、微波谐振腔波长表（频率计） 谐振腔波长表是用来测量微波频率的。 按其与微波系统连接方式可分“传输式”（最大读数法）和“吸收式”（最小读数法）两种。

  20. 常用微波器件 10、微波驻波测量线 测量波导中驻波分布规律的仪器。 驻波测量线可分为两类：一类是电场测量，另一类是磁场测量。目前广泛应用的是第一类。 应用电场测量原理设计的驻波测量线主要组成部分包括：一段开槽波导，探头装置（包括探针、检波晶体、调谐活塞），探头移动机构和位置测量装置等。

  21. 指示仪表 指示仪表 微波信号源 晶体检波器 被测元件 驻波测量线 可变衰减器 波长表 隔离器 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 1、微波测量系统的基本组成 • 等效电源： • 微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。 三部分组成： 等效电源、测量装置、指示仪器。

  22. 指示仪表 指示仪表 微波信号源 晶体检波器 被测元件 驻波测量线 可变衰减器 波长表 隔离器 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 1、微波测量系统的基本组成 • 测量装置： • 测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（短路器、匹配负载等）、电磁能量检测器（晶体检波架、功率插头等）。 三部分组成： 等效电源、测量装置、指示仪器。

  23. 指示仪表 指示仪表 微波信号源 晶体检波器 被测元件 驻波测量线 可变衰减器 波长表 隔离器 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 1、微波测量系统的基本组成 • 指示仪器： • 测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。 三部分组成： 等效电源、测量装置、指示仪器。

  24. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 2、反射式速调管的工作特性 • 只有在特定的反射极电压值时才能产生振荡。 • 每一个有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模。 • 每一个振荡模，当反射极电压变化时，速调管的输出功率和振荡频率都随之变化。

  25. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 2、反射式速调管的工作特性 • 在振荡模中心的反射极电压上，输出功率达到极大值。 • 输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模。通常使速调管工作在最佳振荡模的中心。 • 各个振荡模的中心频率相同，通常称为速调管的工作频率。

  26. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 3、反射式速调管的工作状态 • 一般有三种工作状态： • 连续振荡（等幅）状态 • 方波（矩形脉冲）调幅状态 • 锯齿波（正弦波）调频状态 (1)等幅工作状态 • 在反射极上不加任何调制电压使反射式速调管处在最佳工作状态。

  27. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 3、反射式速调管的工作状态 (2) 调幅工作状态 • 在反射极上加上低频方波电压对速调管进行调制。 • 实际测量中常采用方波调制，并用测量放大器作检测指示，这样可大大提高测量灵敏度。

  28. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 3、反射式速调管的工作状态 (3) 调频工作状态 • 在反射极上加上低频锯齿波电压对速调管进行调制。 • 当反射极电压选择在某一振荡模的功率最大点且锯齿波的幅度比振荡模的宽度小得多时，可得到近似直线性的调频信号输出。 • 速调管在调频工作状态时，可用示波器观察微波系统的动态特性。

  29. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 4、基础性实验内容 5、设计性实验内容 • 调整测量系统基本匹配。 • 观测反射式速调管连续振荡工作状态。 • 观测反射式速调管锯齿波调频工作状态。 • 观测反射式速调管方波调幅工作状态。 • 根据现有实验条件，设计实验方案，测量谐振腔的基本参数即谐振频率、品质因数和耦合系数。要求： • 阐述实验基本原理和方法，说明测量系统组成和基本实验步骤，进行实际实验测量，选择合理方法处理实验数据，分析与讨论实验结果。

  30. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 6、实验注意事项 （1）使用反射式速调管电源时，应先打开电源开关，三分钟后再开高压开关；关机时，则应先关高压，后断电源。 （2）反射式速调管电源的谐振腔（阳极）电压不得超过300V；一般反射极电压应小于谐振腔电压且大于5V；谐振腔电流调至20～25mA，一般不得超过25mA。 （3）由于反射式速调管电源未加冷却装置等原因，电源不可使用太久。当不进行测量时，可将电源高压部分关上。 （4）开启微波振荡源前，微波衰减器应有较大的衰减量（约20～30dB）； 测量过程中，若指示器电表超过满刻度或无指示，则可调整微波衰减器的衰减量或指示器的灵敏度。 （5）测量反射式速调管的工作模区时，应先找出最大的工作模区，调好系统的匹配，并使输出指示器的读数接近满度；然后从小到大改变反射极电压，测量反射式速调管的全部工作模区输出功率的相对大小。 （6）用万用表的直流电压档测量谐振腔电压和反射极电压时，注意谐振腔是接地的，谐振腔电压和反射极电压均对阴极而言。

  31. 实验B1 微波测量系统调试与频率测量 7、思考与讨论问题 （4）微波谐振腔波长表测量频率的基本原理是什么？常用的谐振腔波长表有哪几种？各如何使用？ （5）为什么有时晶体检波器在速调管和检波二极管都完好的情况下，会出现输出信号很小的现象，如何调节？ （1）反射式速调管有哪几种工作状态？应分别选用什么仪表作指示器？ （2）调整反射式速调管微波信号源的工作频率有哪几种常用方法？ （3）一个典型的微波测量系统一般包括哪几部分？简要说明各部分的主要元件、仪器、设备及其功用和使用方法。

  32. 微波基本参数测量实验 本讲结束 有些资料和图片来自网络， 在此向原作者致谢！ 谢谢合作！

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