实验六 微波测试系统调试与微波基本测量实验
微波实验的基本目的是：（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。即包含“学微波”和“用微波”两个方面。本实验重点要求掌握体效应振荡器的使用方法，了解微波测试系统的组成及调试方法，学会驻波比、波导波长、微波功率、频率的测量，通过实验了解微波的产生和微波的波导传输知识。
【预习提要】
预习本实验之前，必须阅读附录通过预习初步了解下列问题：
1.微波测试系统应由那几部分组成？
2.什么是阈值电压UT？什么是负阻效应？
3.简述体效应振荡器的基本工作原理。
4.体效应振荡器有那几种工作方式？
5.怎样调节体效应振荡器的振荡频率？
6.简述用吸收式频率计测量微波频率的原理和方法。
7.简述晶体检波器的功用和使用方法。
8.简述可变衰减器的功用和使用方法。
内容一 微波测试系统调试及微波源的使用
【实验原理】
1.微波测试系统
常用的微波测试系统有同轴和波导两种。波导系统损耗低、功率容量大，在较高频段（厘米波直至毫米波段）被广泛使用。本实验用的就是波导系统。波导微波测试系统通常由三部分组成：
1) 等效电源部分（即发送器）
包括微波信号源、隔离器，有的还附加功率、频率监视单元和输出功率调节装置（即可变衰减器）。
2）测量装置部分
包括频率计、驻波测量线（可用定向耦合器代替）、调配元件、辅助元件（如短路器、匹配负载等），以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率计等）。
3）指示器部分（即测量接收器）
指示器是显示测量信号特性的仪表，如μA表、选频放大器、示波器等。
当对微波信号的功率和频率稳定度要求不太高时，测量系统可大大简化。简化前后的微波系统分别如图6-1和6-2所示。
2.微波信号源
关于微波信号源的知识请参阅附录“微波基本知识中微波振荡器部分。
【实验装置】
实验装置如图6-3所示。整个微波测量线路由
【实验内容】
一、了解微波测试系统
1）观看按图6—3装置的微波测试系统，观看各元件的形状、结构，并了解其作用、主要特性及使用方法。
2）接通电源和测试仪器的有关开关，调节衰减器、检波器，观察μA表有无输出指示，若有，当改变衰减量时，μA表的指示会有起伏的变化，这说明系统已在工作。否则应检查原因，使之正常工作。系统正常工作后，适当调节可变衰减器的衰减量（衰减量不能为零，否则会烧坏晶体二极管），使指示器的指示便于读数。
2.微波源特性观测与使用
1）观测负阻特性曲线。通过改变加在体效应管上的电压VG，观察、记录体效应管中对应的电流值，绘制电流——电压关系曲线，找出阈值电压和负阻区对应的外加电压范围。
2）观察体效应振荡器输出功率与外加电压的关系。选择“等幅”工作方式，逐渐增大体效应管两端的电压VG，用晶体检波器作功率变化的相对检测（也可用小功率计作直接测量）。观察功率——电压关系，找出输出功率最大时对应的VG值，确定振荡器的工作电压。
3）观察方波调制的输出信号。选择“调幅”工作方式，用示波器观察输出信号波形，也可用选频放大器作输出指示。比较采用“调幅”和“等幅”两种工作方式时输出信号的区别。
4）观测调频特性。选择“调频”工作方式，分别调节机械调谐杆插入腔中的深度和加于变容管两端的偏压VC的大小，分析其对应的微波频率的变化规律。
5）观测“扫频”特性。选择“扫频”工作方式，用示波器观察吸收式频率计的吸收谷波形，并估测扫频范围。
6）观察通过式谐振腔的谐振曲线。利用图6—3的装置，在频率计和检波器之间接入谐振腔，微波源选择“扫频”方式，调节机械调谐杆，用示波器观察谐振曲线，测量谐振频率。
内容二 微波衰减测量
衰减是微波网络的重要参量之一，也是非电参量的电检测技术中经常测量的一个参量。因此衰减测量是微波基本测量的一项重要内容。本实验通过测量隔离器和定向耦合器两种器件的特性参量来体会衰减测量的意义和方法。之所以选择这两种器件，是因为：隔离器是微波测试系统的必备元件，是保证系统的工作稳定和微波源的工作安全不可缺少的微波元件；定向耦合器是微波测量和其它微波系统中的常用元件，更是近代扫频反射计的核心部件。因此，熟悉它们的特性、掌握其测量方法很重要。本实验的目的是：了解网络衰减的定义；熟悉与掌握微波衰减测量的基本方法；了解隔离器和定向耦合器的性能，学习测量其性能指标的方法。
【实验原理】
1.衰减的定义
在微波传输系统中，插入某些微波元件或器件，如波导、衰减器、隔离器、滤波器等，由于它们本身的反射和损耗，使回路所传输的功率电平发生变化。衰减量就是用以衡量插入元件对传输功率电平影响程度的一项重要技术指标。
根据微波网络理论，每一个二端口微波器件（如波导、隔离器等）都可看成二端口网络，二端口器件以分贝表示的衰减A定义如下：在一个对电源和负载方向都匹配
（│Гg│=0，│ГL│=0）的无反射系统中，若插入指定元件前负载上吸收的净功率为P0,
插入器件后负载上吸收的净功率为P2，则定义衰减A为
在实际测量中往往不能保证│Гg│=│ГL│=0，由于传输线失配（│Гg│≠0或│ГL│≠0）引起的误差称为失配误差。