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第八章 微波测量

§8.1概述

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    微波测量是研究微波理论和技术的定量实验方法。微波理论是否正确，只有通过生产实践和科学实验才能加以检

验。各种微波设备和微波元件、器件的设计、生产过程、以及成品、半成品的检验。都需要利用微波测量获得必要的

数据，检验其质量。微波测量技术还作为一种常用的实验项目列入实验物理的内容。

§8.5 定向耦合器方向性的测量

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实验目的：

1.研究定向耦合器的特性及应用。

2.掌握定向耦合器主要特性参量的测量。

一、实验原理

    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，熟悉定向耦合器

的特性，掌握其测量方法是很重要的。定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状

线及微带等几种类型。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙等耦合元件，将

一部分功率耦合到副线中去，由于波的干涉和迭加，使功率仅沿副线的一个方向传输（称“正方向”），而在另一方

向几乎没有（或极少）功率（称“反方向”）。图示出两种波导定向耦合器。

1.定向耦合器的特性参量

定向耦合器的特性参量主要是1)耦合度,2)方向性,3)输入驻波比,4)带宽范围。

（1）耦合度（过渡衰减）

输入至主线的功率与副线中正向传输的功率之比称为定向耦合器的耦合度C，也称过渡衰减。

      (9-1)

式中分别为主线输入端的功率及电压，分别为副线正方向传输的功率及电压。

（2）方向性

副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率之比称为定向耦合器的方向性D。

      (9-2)

式中分别为耦合至副线正方向传输的功率及电压；分别为耦合至副线反方向传输的功率及电压。有时，

反映定向程度的指标也用隔离度来表示。隔离度表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比，即

      (9-3)

根据以上定义可知:

      (9-4)

故定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差。

一个理想的定向耦合器，方向性为无穷大，即功率由主线“1”输入，则副线端仅“3”有输出，而端“4”无输出；反

之，若功率由主线端“2”输入，副线端仅“4”有输出，端“3”无输出。然而实际情况并非如此。

（3）输入驻波比

在匹配的传输线中插入定向耦合器时产生的驻波比即为输入驻波比。

（4）带宽范围

满足上述参量的一定要求的工作频率范围即为带宽范围。

2.定向耦合器测量电压驻波比的原理
根据公式,可知,测量一个元件的驻波比,只需分别测量入射波和反射波的电场幅度。而利用定向耦合器即

能将入射波和反射波分离出来。测量时，把定向耦合器反向接入测量系统，先在其主线输出端接待测微波元件，则副波导输出端指示器读数即为反射波参考电平；再以全反射短路器代替待测元件，副波导指示器读书即为入射波参

考电平，因而反射系数

      （9-5）

式中n为晶体检波律。由于必须知道晶体检波律，这就给测量带来麻烦。通常可改测“回波损失”，再加以换算。这种

方法可采用精密衰减器，分别测定向耦合器主线输出端接待测元件和短路时，副线输出端有相同指示读数的精密衰减器读数及，则待测元件的“回波损失”，而反射系数与“回波损失”具有下列关系：

      （9-6）

二、实验装置

三、实验内容及测量步骤

内容

1.测量十字形定向耦合器的耦合度及方向性。

2.用定向耦合器测量电压驻波比。

步骤

1.耦合度的测量

    测量时,首先测量主波导输入端的功率电平,然后将耦合器正向接入测量系统,如下图所示,测出波导正向输出端的

功率电平,则耦合度C可根据公式(9-1)计算;也可以改变精密衰减器的衰减量,使两种情况下的检测指示器读数相等,则

衰减器的读数即为耦合度C。

2.方向性的测量

    测量定向耦合器的方向性可根据不同的精度要求选用不同的方法,本实验采用直接衰减法测量。反向连接定向耦合

器，主波导输出端接匹配负载，使副波导端“3”输出指示读数在满度的三分之二以上，读取精密衰减器的衰减量。然

后正向连接定向耦合器，加大精密可变衰减器的衰减量，直至端“3”输出指示恢复到原来的偏转读数，读取此时精密

衰减器的衰减量，两次衰减量之差即为待测定向耦合器的方向性。

3.测量滑动单螺钉的驻波比

滑动单螺钉置于正中位置,螺钉穿伸度置于5-6mm处:

（1）用驻波测量线测量滑动单螺钉的驻波比。

（2）用被测的定向耦合器测量滑动单螺钉的驻波比。首先用精密可变衰减器测出“回波损失”，然后用式（9-6）计

算出反射系数，再求出驻波比。