实验一 系统设备简介、频率测量一、 实验目的：1通过实验使得学生熟悉、了解实验所用设备及附件的性能、用途等。

2 掌握用频率计测量频率的方法。

二、 实验所用设备及方框图（设备详细介绍见附录2）本实验所用设备及附件为YM1123信号发生器；YM3892选频放大器；波导/同轴转换器；PX16频率计；晶体检波器，其连接方框图如下：图 1三、频率测量的实验步骤：1按方框图连接好实验系统。

2 检查实验系统准确无误后，打开选频放大器，将增益开关置于40~60分贝档。

3 打开信号发生器，圆盘刻度置于100档，重复频率量程置于100处，设备右上角←、→置于档，这时即有了输出，输出功率的大小用衰减旋纽调节。

4 观察选频放大器，若指示太小，调节晶体检波器和选频放大器增益调节，原则上使选频放大器指针指示在满刻度的4/5上，调节频率计，找到频率计的吸收峰值，观察这时频率计的刻度值，此值即为所测的频率值。

5 关闭设备，整理好附件。

6 数据整理，写出实验报告。

实验二 波导波长的测量一、 实验目的1 掌握使用“中值法”测量最小值的方法。

2 掌握波导波长的测量方法。

3 熟练掌握微波成套设备的使用。

二、 实验原理波导波长是用驻波测量线进行测量的，驻波测量线可测出波导中心电场纵轴的分布情况，在矩形波导中：g λ=（1）其中c λ为截止波长，0λ为自由空间波长。

'''2222(()/2g D D D λ==+cλ=对截止波长：m=1,n=0; 2c a λ=我们知道相邻两个电场的最小点（或最大点）间的距离为半个波长。

如图所示：EE 121221E图 2测量波导波长时，利用测量线决定相邻两个电场的最小点（或最大点），就可以计算出波导波长g λ。

测量波导波长时，由于电场的最小值的变化比最大值尖锐，因此往往采用测量两个电场最小值的位置来计算，即：212()g D D λ=- （2）为了测量电场最小值的位置，常常采用中值读数法，具体方法为在最小值附近找出极小值，例如找到'1D 和''1D 来确定1D 的位置，找到''2D 和'2D 来确定2D 的位置，公式为 '''111()/2D D D =+ （3）'''222()/2D D D =+ （4） 三、 实验原理框图图 3四、 实验步骤：1 按方框图连接设备极其附件。

2 经检查连接无误后，打开信号发生器和选频放大器。

3 测量线终端接短路板。

4 将信号发生器←、→键置于档。

5 缓慢移动测量线，观察选频放大器，若指针满偏即顺时针调节信号发生器饿衰减旋纽和增益开关，若信号太小，则反之旋转。

6 移动测量线，找出最小值，在最小值附近确定极小值，代入公式，。

最后确定出g7 关闭设备，整理附件。

8 根据实验结果，写出实验报告。

实验三电压驻波系数测量一、实验目的1 掌握大、中、小电压驻波系数的测量。

2 熟悉各种测量附件在测量中所起的作用。

二、所用成套设备及方框图短路片匹配负载片+匹配负载图4三、实验原理驻波系数测量是微波测量中最基本的测量，通过驻波测量，不仅可以了解传输线上的场分布，而且可以测量阻抗、波长、相位线、衰减、Q值等其他参量，传输线上存在驻波时，能量不能有效地传到负载，这就增加了损耗；大功率传输时，由于驻波的存在，驻波电场的最大点初就可能击穿打火，因而驻波的测量以及调配是十分重要的。

根据驻波系数的定义，可知ρ的取值范围为1ρ≤<∞，通常按ρ的大小可以分为3类，ρ<3为小驻波比，310ρ≤≤为中驻波比，10ρ>为大驻波比。

驻波系数的测量方法很多，有测量线法、反射计法、电桥法和谐振法等，用测量线进行驻波系数测量的主要方法有直接法、等指示度法、功率衰减法等等。

（1）直接法：测量方框图4所示。

将测量线探头沿线移动，测出相应各点的驻波场强分布，找到驻波电场的最大点与最小点，直接法代入如下公式就可以得到驻波比，如测量线上的晶体检波律为n ，则a 为输出电压表指示。

1max min()na a ρ= （5）通常在实验室条件下检波功率电平比较小，可以认为检波特性为平方律，即n=2,有ρ= （6）为了提高精确度，必须尽量使电表指针偏在满刻度的1/2以上。

当被检测器件的驻波系数较大时，测量放大器电表不可能在同一量程中同时准确的读出max a 和min a ，这时就必须利用放大器输入电路中的分级衰减器。

计算时，必须见衰减器数值计入，当驻波系数在1.05 1.5ρ<<时，由于驻波场的最大值和最小值相差不大，且变化不尖锐，不易准确。

为了提高测量准确度，可移动探针到几个波腹与波节点，记录数据，然后取其平均值。

直接法的测试范围受限于晶体的噪声电平及平方律检波范围。

（2）等指示度法（二倍最小法）：当被测器件的驻波系数大于10时，由于驻波最大与最小处的电压相差很大，若在驻波最小点处使晶体输出的指示电表上得到明显的偏转，那么在驻波最大点时由于电压较大，往往使晶体的检波特性偏离平方律，这样用直接法测量就会引入较大的误差。

等指示度法是通过测量驻波图形在最小点附近场强的分布规律，从而计算出驻波系数，如图5示：aD1D 2DminI min2I图5若在最小点处的电表指示为min a ，在最小点两边取等指示点1a ，两等指示点之间的距离为W ，有1min a Ka =，设晶体检波律为n ，有驻波场的分布公式可以推出：ρ=（7）通常K=2（最小二倍法），且设n=2,有ρ= （8）当10ρ>时，上式可以简化为gwλρπ≈（9） 只要测出波导波长几相应于两倍最小点读数的两点1D 、2D 之间的距离W ，代入式子（8）就可以求出驻波比ρ。

可以看到，驻波系数ρ越大，g wλ的值就越小，因而，宽度W 和波导波长的测量精度对测量结果的影响很大，特别是在大驻波时，须要用高精度的位置指示装置如千分表，测量线探针移动时应尽可能朝一个方向，不要来回晃动，以免测量线齿轮间隙的回差影响精度，在测量驻波最小点位置时，为减小误差，必须采用“交叉读数法”。

对很大驻波系数，由于测量仪器的限制，有时min a 不易测出，可以使用以下方法扩大驻波系数的测量范围；（1）加深探针穿伸度：在一般的测量中，为了减小探针插入对驻波场分布的影响，探针穿伸度应限制在波导窄边的（10~15）%之内，然而有理论分析可以知道，探针对波节出的影响是较小的，而等指示度法所测量的正是最小点附近场的特性，因而可用增加探针穿伸度的方法提高测量最小点的灵敏度，所带来的误差是很小的。

（2）两次节点宽度法：在最小点两边测出两组不同的等指示值1a 、2a 所对应节点宽度1W 、2W 。

从驻波场公式可推出：ρ=（10）式中12a K a =；平方律n=2. （3）功率衰减法：一种简便准确的驻波测量方法，其测量精度与晶体检波律、测量放大器的线性无关，而主要取决于衰减器校准精度和测量电路的匹配情况，在测量精度要求高时，应先对电源方向进行匹配，并选用高精度衰减器。

具体方法为：在驻波最小点处记下指示读数min a ，及此时可变衰减器的读数min ()A dB ，移动探针至驻波最大点，改变衰减器的衰减量使电表指示重新回到min a ，这时衰减器的衰减量为min ()A dB ，则有maxmax min min20lg 10lg E A A A E ρ∆=-== （11）所以2010A ρ∆=。

四、实验内容1 直接法（1.53ρ<<时）在测量线终端加匹配负载，移动测量线，找到max I 及min I ，代入公式即可。

公式为max minEE ρ== （12） 2 等指示度法（1）在测量线终端接短路片，将百分表装在测量线上。

（2）调节衰减旋纽，移动测量线，观察选频放大器，找出min I 的值。

（3）继续移动测量线，找出2min I 的值。

（4）利用百分表测出2min I 的值为D 。

（5）继续移动测量线，是选频放大器读数从2minI 到minI 再到2min I ，记住这些百分表的值即为2D 。

（6）由以上得出21D D D =-，代入公式求得ρ。

3 功率衰减法（1）将膜片和匹配负载同时加在测量线的终端。

（2）移动测量线，观察选频放大器找出min I （并且记住此位置）。

读取可变衰减器的读数并且查表得到min A 。

（3）移动测量线，观察选频放大器找出max I ，顺时针旋转衰减器，观察选频放大器，使max I 到前面所读取的min I 的位置，读取这时可变衰减器的读数，查表即得max A 。

（4）将查表结果代入公式，得到ρ。

（5）关闭设备，整理附件。

（6）根据实验结果，写出实验报告。

实验四 阻抗测量一、实验目的：1 掌握测量阻抗的原理与方法2 掌握史密斯圆图，求出负载的归一化阻抗二、实验原理阻抗测量实际上就是驻波系数ρ和D 的测量，即阻抗测量1()()j tg D Zjtg D ρβρβ-=- 。

由于测量结构的限制，直接测量终端负载L Z 端面到第一个驻波节点的距离D 比较困难，因此在实际测量中常用“等效截面法”。

下面介绍此方法的应用。

首先在测量线终端接短路板，此时测量线的驻波分布如图示： 。

短路块ZTD TD AD图 6这时测量某节点位置T D ，此位置即为终端负载的等效位置T D ，然后再去掉短路板，换上被测负载，系统的驻波分布图如图示，这时用测量线测量T D 左边的第一个波节点位置A D ，，即T A D D D =-。

三、实用电路及方框图+匹配负载图 7四、操作步骤1 按方框图连接设备。

2 检查设备连接无误后，打开选频放大器。

3 在测量线终端+短路片，测出T D 点。

4 将短路片换为容性+匹配负载，测出A D 点，并计算出C D 。

5 利用归一化负载阻抗L Z ，使用史密斯算出。

6 在测量线终端换为感性膜片加匹配负载，测量出A D ，并计算出L D 。

7 关闭设备，取下所用测量线终端附件。

8 整理数据，写出实验数据。

附录1 测量设备介绍(一)YM1123标准信号发生器一、概述YM1123为3cm 波段信号发生器，本仪器适用于实验室及生产车间条件下，供接收机、测量线及其它无线电微波工程设备作为信号源用。

本仪器采用集成电路，故具有体积小、重量轻、耗电小、携带和使用方便等特点。

二、 技术参数1、频率范围：7.5GHz~12.4GHz（1） 显示误差： 1.5%1±±个字（输出功率不大于5mW 时）。

（2） 频率稳定度：4510/15-±⨯分钟（在等幅状态下，仪器预热30分钟后）。

2、输出功率：（1） 毫瓦输出：在电压驻波比不大于1.7的50Ω负载时不小于5mW 。