晶体检波率校准与驻波比

中国石油大学 近代物理 实验报告

班级：材料物理11-1姓名：仲星屹同组者：张新伟 教师：

晶体检波率校准与驻波比

【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】

1.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

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

E?Emsin(2?d?g) （1）

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

I?K1U?K[sin(n2?d?g)]n

（2）

lgI?lgK?nlg[sin(2?d?g)]

（3）

图1 检波电流与相对场强的关系曲线

实际上也可作出Ksin(2?d/?g)与I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，而不必求出n，使用更为方便。 1.2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

图3 半高点法确定晶体检波律

1

n?lg0.50.3010????d??d （4） lgcos()lgcos()?g?g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

“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

dmin?d?d4d1?d2 , d'min?3 22

从而，测量线中的波导波长为

?gm?2( d'min?dmin)?(d3?d4)?(d1?d2) （6） ?gm??g( 1+2?x2?g图2 用“交叉读数法”确定驻波节点位置

8?ab3) （7）

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vg和群速度u，他们之间关系为

???g1?(?g2a)2 （8）

c??f （9）

vgu?c2 （10） vg??gf （11）

3. 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Emax与极小值Emin之比，即

2

S?3.1直接法测量驻波比

Emax （12） Emin直接法测量的适用范围是驻波比S<6的中小驻波比，若晶体检波律为n，则驻波比为

?I?S??max??Imin?值和极小值，则计算驻波比的公式为

1/n （13）

若检波晶体工作在平方检波律情况下，式中n＝2。为测量准确起见，可多测几个驻波极大

?I?S??max??Imin?当驻波比大于6时，

1/n?I?I?I?????max1max2max3?I?I?I???min1min2min3?1/n （14）

3.2等指示度法测量驻波比

S?3.3功率衰减法测量驻波比 驻波比S很大时，如S≥100，

?g （23） ?dS?10【实验器材】

Amax?Amin （25） 20反射式速调管微波信号源（反射式速调管电源和速调管座）、隔离器、谐振腔波长表、可变衰减器、波导测量线、环形器、谐振腔、单螺钉调配器、匹配负载、短路片、晶体检波器、检波指示器，双踪示波器、选频放大器、数字万用表等。

【基础性实验内容】

1. 波导波长的测量

1.1测量线的输出端口接可变电抗器，采用“交叉读数法”测量波导测量线中的波导波长。

1.2使用可变电抗器采用“交叉读数法”直接测量波导波长。

1.3比较分析上述两种方法测出的波导波长的差别，解释产生差别的可能原因。

2. 晶体检波律的测定

2.1测量线的输出端口接短路片或可变电抗器，在波节和波腹点之间合理取10个点左右，从波节开始，依次移动探针位置，记录位置读数和相应的检波电流读数，做出检波电流与相对场强的关系曲线，计算晶体检波律。为了减小因探针影响驻波分布而产生的误差，可

3

采用以波节点为中心的对称测量法。

2.2采用半高点法测定晶体检波律。

2.3根据晶体检波律的测量值，分析讨论晶体检波律是否符合平方律。

3. 驻波比的测量

3.1测量线的输出端口接匹配负载，用直接法测量驻波比。

3.2测量线的输出端口接单螺钉调配器和匹配负载，调节单螺钉插入伸度和沿槽位置使驻波比在10左右，采用等指示度法（二倍最小功率法）测量驻波比。在不改变测量线终端待测负载状态的条件下，再用功率衰减法测量驻波比。

3.3测量线的输出端口接短路片或可变电抗器，分别采用功率衰减法和等指示度法测量驻波比。

3.4分析讨论上述驻波比的测量结果。

【注意事项】

1．微波信号源的工作方式选择 “等幅”时，测量线的晶体检波器输出应用检流计作为指示器；若工作方式选择“方波”时，应用选频放大器作为指示器。

2．为了提高测量精确度，须用“交叉读数法”测量驻波节点的位置。

3．测量过程中，移动测量线探针和可变电抗器短路活塞的位置时，应注意避免空程误差。

4．校准晶体二极管的检波律时，测量线终端接短路片，调节衰减器，要使在驻波腹点时探针检波输出指示读数接近满度。

5．为了提高测量的精确度，同时又能满足灵敏度的要求，测量线的探针深度一般调节在 1～2mm左右。

6．单螺钉调配器，改变螺钉的插入深度及沿槽的位置，就相当于可调至任何所需的电抗。当插入深度大约为波导波长的1/4时发生串联型谐振，波导成为短路。实际应用时，螺钉的插入深度不要超过谐振位置。

7．测量线与被测负载之间的连接要仔细，应尽量避免连接欠佳带来的测量误差。 8．一般驻波测量时，应先将测量线探针置于波腹点，调整微波衰减器和指示器灵敏度，使电表指示接近满度。 【数据记录及处理】 1. 波导波长的测量

1.1 交叉读数法测量波导波长

表1.测量线中测量波导波长数据

d1/mm 100.6

d2/mm 116.7 d3/mm 120.6 d4/mm 136.6 4

由公式

?gm?2( d'min?dmin)?(d3?d4)?(d1?d2)=（136.6+120.6）-(100.6+116.7）=39.9mm

1.2量波导波长

表2可变电抗器测量波导波长数据

d1/mm 2.670 由公式

d2/mm 18.461 d3/mm 22.383 d4/mm 38.425 2?x2?gλg= (8.425+22.383)-(2.670+18.461)=39.577mm。?gm??g( 1+8?ab3)

从测量的结果可以看出，用可变电抗器直接测量的结果比用测量线测量的数据小。由直接测量法测的是λg，而第一种交叉读数法测得的是λgm，λgm>λg，

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

?g??g?1???2a????2?39.577mm?39.577mm?1????2?22.86mm?2?29.923mm

频率f=c/λ= 10025.733Mhz 相速度vg??gf=396788434.9 m/s

2

群速度u=c/vg=226821127.6 m/s。

2.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

参数 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 位置/mm 134.6 133.6 132.6 131.6 130.6 129.6 128.6 127.6 126.6 125.6 检波电流/μA 2 5.81 19.5 41.6 62 81.5 96 141 158 166

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