2024年5月21日发(作者：示木)
实验
B1
微波测量系统调试与频率测量
【实验目的】
1
．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。
2
．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。
3
．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。
4
．学会用谐振腔波长表测量微波频率。
【实验原理】
一．微波测量系统
微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。微波等效电源部分即微波发
送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。测量装置部分也称测量
电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测
器（如晶体检波架、功率插头等）。测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测
量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
二．反射速调管微波信号源
微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管
信号源
1
．反射速调管的工作原理
反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电
极，结构原理如图
2
所示。阴极发射电子；阳极利用耦合环和
同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。由阴极发出电子
束，受直流电场加速后，进入谐振腔。电子以不同的速度从谐
振腔飞出来而进入反射极空间。在谐振腔和反射极间的直流排
斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。
2
．反射式速调管的工作特性和工作状态
在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图
3
所示。
（
1
）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。有振荡输出功率的区域叫做速调
管的振荡模，用
n
表示震荡模的序号。
（
2
）对于振荡模，当反射极电压
V
R
变化时，速调管的输出功率
P
和振荡频率
f
都随之变化。
（
3
）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图
3
中
n
＝
3
的振荡模）。
（
4
）各个振荡模的中心频率
f
0
相同通常称为速调管的工作频率。
通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。可利用反射极电压的变化无惯性
的进行频率调节，这种方法称为“电子调谐”。如果要在比较大的范围内改变速调管的振荡频率，
采用“机械调谐”的方法，改变腔体的固有谐振频率。
反射式速调管的工作状态一般有三种：连续振荡状态、方波调幅状态、锯齿波调频状态。
1
图2 反射式速调管的结构原理
（
1
）连续振荡工作状态在反射极上不加任何调制电压使反射式速调管处在最佳工作状态。
（
2
）方波（或矩形脉冲）调幅工作状态。使速调管处在连续振荡最佳位置，从连续状态变到调
幅状态时，调节方波幅度使输出功率为连续状态的一半，此时幅度合适。
（
3
）锯齿波调频工作状态速调管反射极电压的直流工作点选择在某一振荡模的功率最大点，当
锯齿波的幅度比振荡模的宽度小得多时，可以得到近似直线性的调频信号输出，而附加的调幅很小。
图
3
三．谐振腔的基本参数
1
．谐振频率
描述电磁能量在谐振腔中运动规律的物理量，指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率。
2
．品质因数
描述谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度的一个物理量。包括谐振腔品质因数、有
载品质因数、外界品质因数。
3
．耦合系数
谐振腔与外界耦合的强弱，引入的概念，定义为外界电路中的耗能与谐振腔中的耗能之比。
四．谐振腔
Q
值的测量
测量微波谐振腔
Q
值的常用方法有功率传输法、功率反射法、示波器法等。
五．微波频率的测量
谐振腔波长表可用两种不同方法与微波系统连接：传输型方法和吸收型方法。吸收式波长表的
谐振腔只有一个输入端与能量传输线相接，调谐是从能量传输线路接收端的指示器的读数的降低而
看出的，如图
7
（
b
）所示。
图
7
谐振腔波长表与测量系统的连接及相应的谐振曲线
2
2024年5月21日发(作者：示木)
实验
B1
微波测量系统调试与频率测量
【实验目的】
1
．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。
2
．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。
3
．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。
4
．学会用谐振腔波长表测量微波频率。
【实验原理】
一．微波测量系统
微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。微波等效电源部分即微波发
送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。测量装置部分也称测量
电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测
器（如晶体检波架、功率插头等）。测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测
量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
二．反射速调管微波信号源
微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管
信号源
1
．反射速调管的工作原理
反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电
极，结构原理如图
2
所示。阴极发射电子；阳极利用耦合环和
同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。由阴极发出电子
束，受直流电场加速后，进入谐振腔。电子以不同的速度从谐
振腔飞出来而进入反射极空间。在谐振腔和反射极间的直流排
斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。
2
．反射式速调管的工作特性和工作状态
在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图
3
所示。
（
1
）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。有振荡输出功率的区域叫做速调
管的振荡模，用
n
表示震荡模的序号。
（
2
）对于振荡模，当反射极电压
V
R
变化时，速调管的输出功率
P
和振荡频率
f
都随之变化。
（
3
）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图
3
中
n
＝
3
的振荡模）。
（
4
）各个振荡模的中心频率
f
0
相同通常称为速调管的工作频率。
通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。可利用反射极电压的变化无惯性
的进行频率调节，这种方法称为“电子调谐”。如果要在比较大的范围内改变速调管的振荡频率，
采用“机械调谐”的方法，改变腔体的固有谐振频率。
反射式速调管的工作状态一般有三种：连续振荡状态、方波调幅状态、锯齿波调频状态。
1
图2 反射式速调管的结构原理
（
1
）连续振荡工作状态在反射极上不加任何调制电压使反射式速调管处在最佳工作状态。
（
2
）方波（或矩形脉冲）调幅工作状态。使速调管处在连续振荡最佳位置，从连续状态变到调
幅状态时，调节方波幅度使输出功率为连续状态的一半，此时幅度合适。
（
3
）锯齿波调频工作状态速调管反射极电压的直流工作点选择在某一振荡模的功率最大点，当
锯齿波的幅度比振荡模的宽度小得多时，可以得到近似直线性的调频信号输出，而附加的调幅很小。
图
3
三．谐振腔的基本参数
1
．谐振频率
描述电磁能量在谐振腔中运动规律的物理量，指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率。
2
．品质因数
描述谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度的一个物理量。包括谐振腔品质因数、有
载品质因数、外界品质因数。
3
．耦合系数
谐振腔与外界耦合的强弱，引入的概念，定义为外界电路中的耗能与谐振腔中的耗能之比。
四．谐振腔
Q
值的测量
测量微波谐振腔
Q
值的常用方法有功率传输法、功率反射法、示波器法等。
五．微波频率的测量
谐振腔波长表可用两种不同方法与微波系统连接：传输型方法和吸收型方法。吸收式波长表的
谐振腔只有一个输入端与能量传输线相接，调谐是从能量传输线路接收端的指示器的读数的降低而
看出的，如图
7
（
b
）所示。
图
7
谐振腔波长表与测量系统的连接及相应的谐振曲线
2