晶体检波率校准与驻波比.doc

1中国石油大学中国石油大学 近代物理近代物理 实验报告实验报告班级：班级：材料物理材料物理 11-111-1 姓名：姓名：仲星屹仲星屹同组者：同组者：张新伟张新伟 教师：教师： 晶体检波率校准与驻波比晶体检波率校准与驻波比【【实验目的实验目的】】1．了解波导驻波测量线的基本结构和原理，并学会正确使用测量线2．掌握晶体检波律校准及波导波长测量的基本原理和方法3．掌握测量驻波比的基本实验方法与技术实验原理实验原理】】1.晶体检波律的测定晶体检波律的测定1.1 测量检波电流与相对场强关系曲线法测量检波电流与相对场强关系曲线法若忽略波导的损耗（一般波导管损耗很小）和探针负载的影响，则当终端短路时波导中驻波场的分布可表示为（1）2sin()m gdEE 式中 Em为波腹处的场强，d 是离开驻波波节的距离，λg为波导波长在近似条件下，晶体二极管的端电压 U 正比于探针所在位置的电场强度 E，所以12[sin()]nngdIKUK （2）2lglglg[sin()]gdIKn （3）实际上也可作出与sin(2/)gKd的关系曲线，由 I 便可查出相应的电场强度 E。

计算驻波比时，即直接用两个 E 值相除，I而不必求出 n，使用更为方便1.2 测量半高点法测量半高点法校正晶体检波器的另一种方法是，利用半高点之间的距离确定晶体检波律如图 3 所示，检波律为（4）lg0.50.3010lgcos()lgcos()ggndd  图 1 检波电流与相对场强的关系曲线图 3 半高点法确定晶体检波律2式中 Δd 为驻波曲线上 I=Im/2 两点的距离，Im为波腹的检波电流2. 波导波长的测量波导波长的测量“交叉读数法”确定驻波波节点的位置如图 2 示，测量波节点附近两边指示器读数同为某一电平 M 的两点探针位置，再取这两点位置坐标的平均值作为波节点的坐标，则相邻两波节点的位置分别为3412 minmin, '22dddddd从而，测量线中的波导波长为minmin34122( ')()()gmdddddd（6）（7）223( 1+)8g gmgxa b无槽波导中的波导波长 λg也可直接测量在测量线的输出端接精密可调短路器（可变电抗器） ，用测量线确定某一驻波节点位置，探针置于该位置上不变；然后向信号源方向或其反方向移动可调短路活塞，使探针检测到相邻的另一个驻波节点。

这时，短路活塞移动的距离便等于半个波导波长实验中，通过测出波导波长 λg，可计算出自由空间波长 λ、频率 f、相速度和群速gv度 u，他们之间关系为（8）21 ()2gg a（9）cf（10）2 gv uc（11）ggvf3. 驻波比的测量驻波比的测量微波驻波比 S 是指在传输线中所形成的驻波电场极大值与极小值之比，即maxEminE（12）maxminESE3.1 直接法测量驻波比直接法测量驻波比直接法测量的适用范围是驻波比 Sλg， 两种方法测出的波导波长大致相同，但是因为有槽时测量的时候用的是游标卡尺，而无槽时用的是螺旋测微器，因此无槽测量的精度比有槽时的精度高，还可能由于仪器的经常使 用，仪器的测量精度下降了很多，另外寻找波节点的时候由于变化比较缓慢，有时候难免 会引入回程误差 1.3 计算频率、相速和群速所以自由空间波长 mmmmmmmmagg923.2986.222577.391577.392122     频率 f=c/λ= 10025.733Mhz相速度=396788434.9 m/sggvf群速度 u=c2/vg=226821127.6 m/s。

2.晶体检波率的测量晶体检波率的测量2.1 测量检波电流与相对场强关系曲线表 3 晶体检波率测量数据根据表 3 数作 lgI-lg[sin(2πd/λg)]曲线，如图 1 参数 N 12345678910 位置/mm134.6133.6132.6131.6 130.6129.6128.6127.6126.6125.6 检波电流 /μA25.8119.541.66281.5961411581666-0.34 -0.32 -0.30 -0.28 -0.26 -0.24 -0.22 -0.20 -0.18 -0.16 -0.14 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.001.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0lgIlg[sin(2d/g)]图 1. lgI-lg[sin(2πd/λg)]曲线由公式 2lglglg[sin()]gdIKn 知 lg[sin(2πd/λg)]是一个周期函数，而此实验的数据超过一个周期，误差太大，没法进行线性拟合，不能得到晶体检波率2.2 采用半高点法册晶体检波率实验测得 d1=90.1mm,d2=102.7mm检波率为 =1.08lg0.50.3010lgcos()lgcos()ggndd  3.驻波比的测量驻波比的测量3.1 直接法测量驻波比晶体检波率 n=1.08，实验测的电流值分别为 Imax=92.7μA,Imin=92.4μA，则驻波比为00351. 14 .927 .9208. 1minmax    nIIS3.2 等指示度法（单螺钉）测量驻波比实验测得 d1=91.3mm,d2=99.5mm,d=d2-d1=8.2mm驻波比=1.9122cos ()sin()ggdSd   3.3 功率衰减法（单螺钉）测量驻波比7实验测得数据为 Amax=16,Amin=0驻波比=6.31maxmin 2010AA S 3.4 等指示度法（可变电抗器）测量驻波比实验测得数据为 d1=148.2mm,d2=152.5mm ，d=d2-d1=4.3mm 。

驻波比=3.1122cos ()sin()ggdSd   3.5 功率衰减法（可变电抗器）测量驻波比实验测得数据为 Amax=18,Amin=0驻波比=7.94maxmin 2010AA S 从实验得到结果可以看出，本实验得到的结果误差较大，因为直接法测量驻波比适用于S6，功率衰减法测量驻波比适用于 S≥100，而等指示度法（单螺钉）测量驻波比 S=1.91<6, 功率衰减法（单螺钉）测量驻波比 S=6.31<100，等指示度法（可变电抗器）测量驻波比 S=3.11<6，功率衰减法（可变电抗器）测量驻波比S<100，只有直接法测量驻波比 S=1.00351<6 适用于条件思考与讨论思考与讨论】】1．驻波测量线的调节应注意哪些问题？答：驻波测量线的调节一般包括选择合适的探针穿深度、调谐探头和测定晶体检波性探针电路的调谐方法：先使探针的穿深度适当，然后在测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间位置，调节探头活塞，直至输出指示最大 “调节匹配”是微波测量中必不可少的概念和步骤采用驻波测量线调节微波系统达到匹配状态的基本方法：测量线的探针放在驻波极小点或极大点处，采用调大｜E｜min 或调小 ｜E｜max的方法进行调配。

2．为什么要测量晶体检波器的检波律？若检波器的检波律为平方律，检波器指示电表的读数与微波场强的关系如何？能否作为相对功率的指示？答：检波率与晶体检波器的特性几工作状态有关，在精密测量中必须先测定检波器的晶体检波率，对晶体检波器进行校准检波器指示电表的读数与微波电场在全对数坐标系中是一个线形关系，在直角坐标系中是一个二次关系，可以作为功率指示器实验总结实验总结】】本实验由于内容较多，只做了其中一部分，主要熟悉仪器的操作波导波长的测量、晶体8检波律的测、驻波比的测量驻波测量线是微波实验不可缺少的基本仪器，可用来进行多 种微波参量的测量 测量线一般由一段开槽传输线、探头、传动装置三部分组成， 测量线 的调整一般包括选择合适的探针穿伸度、调谐探头和测定晶体检波性 “调节匹配”是微波 测量中必不可少的概念和步骤实验的部分数据误差较大，测量检波电流与相对场强关系 曲线 的数据超过一个周期，误差太大，没法进行线性拟合，不能得到晶体检波率。