实验四 驻波比的测量
【实验目的】
掌握测量驻波比的原理和常用方法。
【实验内容】
在测量线系统中，选用合适的方法测量给定器件的电压驻波系数。
【实验框图与仪器】
网络分析仪
被测件信号源
被测件
频谱仪
b. c.
图1 驻波比测量系统图 【实验原理】
测试微波传输系统内电磁场的驻波分布情况，包括场强的最大点、最小点的幅度及
其位置，从而得到驻波比（或反射系数）和波导波长。
由于驻波比（或反射系数）能表
征电磁场的分布规律，所以它们时微波设备和元器件的一项重要指标，因此驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一，通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q 值等其它参量。
产生驻波的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值与最小值之比：
min
max E E =
ρ （1－14）
其中，max E 和min E 分别是微波传输系统电场的最大值和最小值。
一固定长度的探针感应的电动势正比于场强，因此对平方律检波，有
式中，m ax I 和m in I 分别是电场为最大和最小时指示器的读数。
对于直线律检波有
m in
m ax
I I =
ρ （1－16） 如果不知道检波律，必须用晶体检波特性曲线求出场强和指示器读数的关系再求得
)
151(min
max min max
-==
I I E E ρ
min
max min max
I I E E ==
ρ （1－2）
一般都是在小信号状态下进行测量，为此检波晶体二极管都是工作在平方律检波区域（检波电流I ∝E 2），故应有：
min
max
I I =
ρ
当电压驻波系数在1.05<ρ<1.5时，驻波的最大值和最小值相差不大，且不尖锐，不易测准，为了提高测量准确度，可采用节点偏移法。
节点偏移法测量驻波比的测试系统如图5示。
测量方法：逐点改变短路活塞的位置（读数S ），在测量线上用交叉读数法跟踪测得某一波节点的位置（读数为D ），作出S 和（D+S ）+KS 的关系曲线，其中12
1
-=
λλK ,1λ是取下待测元件，固定短路活塞位置，移动测量线探针测得的测量线中的波长；2λ是固定测量探针，移动短路活塞，用交叉读数法在短路活塞上测得的波长。
由所得实验曲线求得最大偏移量∆，按下式求出驻波比
)
sin(1)sin(
11
1
λπλπρ∆-∆+= （1－18）
当∆很小时，可近似为
1
21λπρ∆
+
≈ （1－19）
当测量线标尺从左到右读数时，应以（D-S ）－KS 为纵坐标，以S 为横坐标曲线，驻波比仍用式（1－18）或（1－19）计算。
注：节点偏移法是测量驻波比的重要方法，它适合于测量任意大小的驻波比。
中等驻波比测量（6≤ρ），可采用直接测量沿线驻波最大点和最小点场强的直接法来测量。
为了提高精确度，可以测量多个最大点和最小点，然后按下式求得驻波比
n
n
I I I I I I min 2min 1min max 2max 1max ......++++++=ρ
（1－20）
或
或
其中m ax I 和m in I 为指示器上对应的最大值和最小值（直线律检波）或其方根值（平方律检波）。
k 22k
图4沿线驻波场分布图
图6 波节点附近场的分布
2、 等指示度法（大驻波比 5>ρ）
当被测器件的驻波系数大于5时，驻波腹点和节点的电平相差很大，如果在最小点检波晶体的输出能使仪表有足够的指示读数，则在最大点上检波晶体的特性从平方律转向直线律，因而无法在同一情况下测得最大点和最小点，按直接法求取大驻波系数会带来较大的误差，因此采用等指示度法，也就是通过测量驻波图形中波节点附近场的分布规律的间接方法，求出驻波系数，如图6。
图5 节点偏移法测量驻波比的测试系统
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪⎪⎭⎫
⎝⎛-=
g g
n
W W
k λπλπρsin cos
2/2
（1.2.4）
式中
min min I kI k 最小点读数测量点读数=
n 为晶体检波律，一般n=2
'
h h l l W -=＝2d
g λ为测量线上的波长即波导波长
当k=2时，称为“二倍最小值”法，此时的驻波系数为：
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+
=g W λπρ2sin
1
1 （1.2.5）
当ρ较大时（ρ≥10），由于W 很小，g W
λπsin 较小，g
g W W λπλπ≅sin ，故公式进一步简
化为
W
g
πλρ≈
(1-27) 由此可见，只需测定波导波长g λ和二倍于最小点场强平方的等指示点之间的距离W ，即可求出驻波比。
必须指出：W 与g λ的测量精度对测量结果影响很大，因此必须用高精度的探针位置测量装置（如千分测微计）进行读数。
3、 功率衰减法
当ρ>50时，用直接法和等指示度法测量驻波系数的误差都很大，且受检波二极管性能的影响，因而采用一种比较简便而准确的测量驻波系数的方法——功率衰减法。
它应用可变衰减器测量驻波腹点和节点两个位置上的电平差，使得测量精度主要决定于衰减
器精度和系统的匹配情况，而与晶体检波律无关。
方法是：改变测量电路中可变衰减器的衰减量，使探针位于驻波腹点和节点时指示电
表的读数相同，则驻波系数：
20
min
max 10
A A -=ρ （1.2.6）
式中max A 和min A 分别是探针位于驻波腹点和节点时可变衰减器的衰减量，单位为dB 。
4、 用网络分析仪测量电压驻波系数（略）。
总之，当驻波系数1.5<ρ<5时直接读出m ax I ，m in I 即可。
当被测器件的驻波比较大时，直接法测量误差较大，可采用其它方法测量，如等指示度法、功率衰减法等。
如果被测器件的驻波比比较大
，驻波腹点和节点电平相差悬殊，则在测量最大点和最小点
电平时，使晶体二极管工作在不同的检波律，用直接法测量误差较大。
此时可用二倍最小值法。
【实验步骤】
1、 按图1连接好测量系统。
2、 开启电源，预热仪器，并按操作规程调整信号频率、功率及调制频率。
3、 调整测量线，调谐测量线探针电路，使测量放大器指示最大。
（1）测量线的探针沿纵向移动由测量放大器读出对应 的检波电流
和对应的 。
因为 所以 。
（ n 由对晶体检波器校准得到）在检波功率电平很小条件下n=2， （2）测出测量线中驻波场的分布 在整段测量线范围内，使用选频放大器作出驻波分布曲线，并绘制成图。
为保证驻波曲线精度，请自行选择“步长”。
同时还应注意测量线的空程。
（3） 驻波比的测量 按下微波源“方波”按钮。
（a ）在系统终端分别接短路板和匹配负载，观察驻波场。
(b)在终端分别接失配负载A 和B ，选择合适的方法测出ρ。
max E m ax I min E m in I n kE I =n I I ⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=min max
ρmin
max I I =
ρ
(4)接上被测件，采用直接法测量驻波波腹点和波节点处的选频放大器读数m ax I 和
② 将测量线终端换接调配器+晶体检波器，并将探针置于驻波节点位置，提高测试系统灵敏度，读驻波最小点值min I ；
③ 移动探针到驻波节点两边，直到指示器读数为min 2I ，读两个等指示度的探针位置
（用千分测微计读）2l 和'2
l 。
'
22l l W -=，算出驻波系数。
【实验前准备】
1、 认真阅读和驻波系数相关的内容。
2、 考虑好实验步骤及记录格式。
【实验报告内容】
1、 整理实验数据，计算出实验内容中要求的被测件的电压驻波系数。
2、 简单讨论大、中、小电压驻波系数测量方法的特点。
3、 实验现象及存在问题的讨论。
【思考问题】
1、开口波导的ρ≠∞，为什么？
2、用功率衰减法测大驻波比时，可否用低频衰减器代替微波衰减器（如能否用测量
放大器输入衰减器代替微波衰减器）？为什么？。