CN101004390A - 微波多参数测量装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

微波多参数测量装置及其检测方法，涉及一种微波测量装置。设有微波测量系统和微波网络分析仪，微波测量系统设有压控振荡器VCO微波源、隔离器、可变衰减器、吸收式频率计、波导测量线、步进电机和晶体检波器；微波网络分析仪设有直流分挡放大器、步进电机驱动电路、锯齿波发生器、基准电压电路、两个分压电路、加法电路、隔直电路、滤波电路、锯齿波峰值检测电路、带USB接口数据采集卡、电源电路、内嵌式微机、液晶显示器、光驱以及手动/自动选择开关、宽带/窄带选择开关、第1点频/扫频选择开关、第2点频/扫频选择开关、电压转换开关、指针式电流表和数字式电压表。

Description

微波多参数测量装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种微波测量装置，尤其是涉及一种在手动和自动状态下，实现点频与扫频条件下的微波多种参数测量装置及其检测方法。

背景技术

现有的微波测量装置多为一些应用于工业领域的设备，例如航天工业部第二研究院二十五所、石油工业部和石油勘探开发科学研究院油层物性测试中心在申请号为86100707的发明专利申请中提供一种用于石油开发研究的岩芯物理模型含水饱和度微波测量装置，为解决岩芯物理模型含水饱和度的瞬时分布问题，该发明采用多元单行收发天线阵列组成多路测量，由数据采集与控制系统经单刀多掷微波开关实现微波讯号的分时发射和接收；同时，由天线控制单元和移动执行机构带动，使收发天线阵列在与其相垂直的方向上作机械扫描，构成大面积块状岩芯物理模型的快速机电扫描.操作灵活、简便，并具有自动化、数字化和电脑化等特点。该装置由微波系统、低频放大系统、扫描系统和记录装置等组成，

特鲁菲舍尔股份有限公司及两合公司在公开号为CN1542437的发明专利申请中提供一种使用具有一个第一微波谐振器的微波测量装置，在操作中，微波从所述第一微波谐振器进入生产区域，以及一种对环境影响和扰动变量、尤其是温度，在测量信号上进行补偿的装置，其中，所述补偿装置包含一个第二微波谐振器，它朝向与微波辐射有关的生产区域被屏蔽，用于测量除布置在生产区域内的产品的含水量外的材料特性，尤其是密度或其它介电性能。

普罗梅康过程和测量技术康拉德斯有限责任公司在公开号为CN1618012的发明专利申请中提供一种微波测量装置，用于确定具有包含小的和微小的固体微粒和/或液体微粒的一气体载体介质的一两相流体的载荷，以及用于确定包含在一流体流中的气体，设置有一传输和接收天线，在导通所述两相混合物的由导电性材料构成的一给料管道系统的纵向上，布置成彼此隔开一距离以形成一测量路径，在测量路径的前面和后面与之对准的纵向方向上，由导电性材料构成的场杆设置到所述给料管道的内部，使得所述场杆和在给料管道的纵向设置在它们之间的由导电性材料构成的给料管道区段作为一注入微波的一谐振器。

至于应用于微波教学实验的微波测量一般为手动方式，不仅过程缓慢，而且精度难以提高。这些微波测量装置通常设有微波源、隔离器、可变衰减器、波导测量线、精密衰减器和晶体检波器。目前国内几所高校采用的微机辅助测量是20世纪80年代开发的，其微波源多采用耿氏二极管和速测管，普遍存在扫频范围窄、测量范围有限和频率稳定度差等缺点。同时检波信号的放大及接口板的设计为点频、扫频各自一套，实际应用时必须随时拔插接口板，改变不同仪器的连线，在软件设计上采用DOS用户界面，不够形象直观，给试验带来不便。

本申请人在公开号为CN1405568的发明专利申请中提供一种微波自动测量装置，设有微波装置，微波装置包括微波源、隔离器、可变衰减器、波导测量线、衰减器和晶体检波器，所述的波导测量线带步进电机，用于带动微波装置的探针沿开槽波导移动；设有微波标量网络分析装置，微波标量网络分析装置包括直流放大器、步进电机驱动电路、点频与扫频控制信号电路和电源电路，直流放大器的输入端分别接微波装置、带步进电机的波导测量线上的探针检波信号输出端和晶体检波器的输出端，步进电机驱动电路的输出端接微波装置的步进电机，点频与扫频控制信号电路的输出端接微波源，用于控制微波源提供点频和不同频带的扫频信号；设有微机装置，微机装置设有PC机和接口卡，接口卡插于PC机扩展槽，接口卡的D/A转换器输出端接点频与扫频控制信号电路的输入端，接口卡的A/D转换器的输入端接直流放大电路的输出端，接口卡的DI/DO输出端口接步进电机驱动电路的输入端。

该装置存在的缺点主要是：1、所需配备的设备较多，费用高，搬动困难，操作步骤烦琐。2、原有微波网络分析仪配备的数据采集卡无法在任何微机下通用，不易于插拔。3、原有的直流放大器无法满足直接读取驻波比值的要求。4、原有的数字式电流表和数字式电压表缺少对被检测电流、驻波比、阻抗圆图、衰减曲线等的数据指示及图形显示。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述微波自动测量装置所存在的功能单一、使用不便等缺点，提供一种能够在手动和自动状态下，实现点频和扫频测量，对数据进行采集、运算、显示、误差分析与处理，测量精确度与性价比高，特别适用于微波实验教学中要求先手动后自动的微波多参数测量装置和微波多参数检测方法。

本发明的技术方案是在上述微波自动测量装置的基础上改进原有的微波标量网络分析仪，将数字式电流表改为指针式电流表，结合分档放大电路可直接读出驻波比值；在数字电压表上增设三相双刀开关，增加驻波、基准和锯齿的电压指示，扩展检测范围；增加4个双相双刀工作状态转换开关，便于操作，并加入内嵌微机和带USB接口数据采集卡等。

本发明所述的微波多参数测量装置设有：

1.微波测量系统：微波测量系统设有压控振荡器VCO微波源、隔离器、可变衰减器、吸收式频率计、波导测量线、步进电机和晶体检波器，隔离器输入端接压控振荡器微波源输出端，隔离器输出端接可变衰减器输入端，可变衰减器输出端接吸收式频率计输入端，吸收式频率计输出端接波导测量线输入端，波导测量线输出端和晶体检波器输入端分别接被测元件，波导测量线带步进电机，用于带动微波测量线的探针沿开槽波导移动；

2.微波网络分析仪：微波网络分析仪设有直流分挡放大器、步进电机驱动电路、锯齿波发生器、基准电压电路、两个分压电路、加法电路、隔直电路、滤波电路、锯齿波峰值检测电路、带USB接口数据采集卡、电源电路、内嵌式微机、液晶显示器、光驱以及手动/自动选择开关、宽带/窄带选择开关、第1点频/扫频选择开关、第2点频/扫频选择开关、电压转换开关、指针式电流表和数字式电压表，直流分挡放大器输入端接微波测量系统波导测量线的检波信号输出端或晶体检波器输出端，直流分挡放大器输出端接USB接口数据采集卡的A/D输入端口及电压转换开关的驻波端；步进电机驱动电路输入端接带USB接口数据采集卡的DI/DO输出端口，步进电机驱动电路输出端接波导测量线上的步进电机，用于控制电机带动测量线上的探针座沿波导开槽线移动；锯齿波发生器输出端接第1点频/扫频选择开关的扫频端及自动/手动选择开关的手动端，第1分压电路输入端接第1点频/扫频选择开关固定端，第1分压电路输出端接隔直电路输入端及加法电路输入端，隔直电路输出端接锯齿波峰值检测电路输入端，锯齿波峰值检测电路输出端接电压转换开关的锯齿波端；基准电压电路输出端接第2分压电路输入端，第2分压电路输出端接第2点频/扫频选择开关的点频端、加法电路及滤波电路的输入端，滤波电路输出端接电压转换开关的基准端；加法电路输出端接宽带/窄带选择开关的窄带端；带USB接口数据采集卡的D/A口输出端接自动/手动选择开关的自动端，自动/手动选择开关的固定端接宽带/窄带选择开关的宽带端，宽带/窄带选择开关的固定端接第2点频/扫频选择开关的扫频端，第2点频/扫频选择开关的固定端接压控振荡源的输入端，在手动/自动选择开关、宽带/窄带选择开关和第2点频/扫频选择开关的共同控制下，实现为微波压控振荡源提供点频电压和不同频带的扫频电压；电源电路提供各电路合适的工作电压；指针式电流表、数字式电压表和液晶显示器设于微波网络分析仪的面板上，指针式电流表接直流分挡放大器输出端，指针式电流表用于指示点频状态下放大后的检波电流值，指针式电流表表头标刻驻波比，以显示点频状态下驻波比值；数字式电压表接电压转换开关固定端，数字式电压表设3档，分别为“驻波”、“基准”和“锯齿”，“驻波”档显示直流放大器放大后的检波信号电压值，“基准”档显示点频与扫频时的直流偏置电压值，“锯齿”档显示锯齿波电压峰值电压；液晶显示器与内嵌的微机连接，点频时显示测量线上驻波分布及阻抗圆图，扫频时显示谐振曲线波形等。

本发明所述的微波多参数检测方法包括以下步骤：

1)驻波状态参数测量：首先按照系统提示进行短路校正，再进行驻波状态下的参数测量，点击主界面中“驻波测量”，同时在提示框内输入探头初始位置，输入完毕后，步进电机开始运行，并实时显示测量线内驻波波形，待步进电机返回时，即可得到驻波状态下的波导波长、光速和平均检波律。

2)晶体二极管检波律校正：首先点击“晶体检波律校正”进入测量界面，默认情况下对整个过程进行定标，若想改变定标的段数，可以旋转右边的旋钮改变，其分段定标的检波律会在右侧显示出来，由已知的幅度拖动光标确定对应的检波律。

3)负载阻抗测量：测量线终端接膜片和匹配负载，将探头移动到“驻波测量”状态下同样的位置，按下主界面中的“行驻波测量”，步进电机开始运行，并显示测量线内驻波和行驻波波形，行进完后返回，程序自动算出反射系数和负载阻抗，并可让阻抗在Smith圆图上显示出来。

4)谐振腔Q值测量：点击进入“Q值测量”，首先进入粗扫，在此状态下反复调节晶体检波器的短路活塞直至出现理想波形，然后调节网络分析仪的增益使最大值不超过10V。粗扫调整完毕，按下“精细扫描”，此时左右两边的旋钮被激活，可以通过调节它们改变扫频范围，另外还可同时调节检波器上的销钉直至波形对称，此状态下即为所测谐振腔Q值。

5)普通衰减器校准：点击进入“普通衰减器校准”，进入测试时左右两端的旋钮已被激活，将精密衰减器调到所要校准的值，通过改变旋钮的值改变扫频的频率范围，调节旋钮和晶体检波器的短路活塞，直至界面中出现频响曲线稳定。按下“进入校准”后普通衰减器校准开始，将精密衰减器的衰减值归0，调节普通衰减器衰减值，使红色频响曲线与黄色参考线重合，此时普通衰减器的衰减值即为校准值。

6)传输系数测量：首先按照谐振腔Q值测量方法得到谐振腔谐振曲线，点击“精细扫描”界面中将显示扫频所在频段内各点的传输衰减，然后进入“分析”，界面光标被激活，通过拖动光标可以看到光标所在点的频率、幅度以及传输系数，另外通过光标还可以得到3dB衰减时的频率和幅度，由填入的值也可以得到谐振腔的Q值。

与原有的测量装置相比，本发明的突出优点是：

1.将手动测量时所需配备选频放大器、示波器、速调菅电源以及自动测量时所需配备的微波网络分析仪、微机、显示器等6台仪器全部检测及显示功能综合在微波网络分析仪一台仪器内，在四个双向双刀开关的控制下，方便的选择工作状态，保证了正确快速的检测步骤，且一机多用性价比高，所需造价比原装置节省一半以上。

2.采用带USB接口数据采集卡，支持热拔插，可在多种平台下使用。

3.采用0～70db的直流分档放大器替代原有选频放大器功能，指示点频状态下检波电流值及驻波比值。

4.采用模块化设计，在微波网络分析仪内上机箱底板5个接线槽分别插入直流分挡放大器板、步进电机驱动电路板、点频与扫频控制电路板、电源电路板、带USB接口数据采集卡，下机箱内嵌微机，为调试、维修、检测和更新改进等带来方便。

5.微波网络分析仪的面板安装指针式电流表、数字式电压表和液晶显示器，指针式电流表接直流分挡放大器输出端，指示点频状态下放大后的检波电流值，该电流表表头同时刻着驻波比值，以显示点频状态下驻波比值，测量时波幅调至满标1，波节所指就是驻波比值；数字式电压表设三档，分别为“驻波”、“基准”和“锯齿”，“驻波”档显示直流放大器放大后的检波信号电压值，“基准”档显示点频与扫频时的直流偏置电压值，“锯齿”档显示锯齿波电压峰值电压。液晶显示器与内嵌式微机连接，替代示波器，点频时显示阻抗圆图，扫频时显示谐振曲线波形等。

6.与现代化测量仪器所需的外形面板材料一致，面板控制功能布局合理。

7.采用新一代图形化软件，不仅有自动化的一面，更重要的是自动测量系统软件部分利用了虚拟仪器技术，以软件代替传统仪器的部分硬件功能，以软件处理的方法弥补了硬件的部分不足，使其精度更高。

综上所述，本发明可实现微波多参数的测量，方便地测出点频状态下的波导波长、频率、驻波比、复反射系数、负载阻抗、扫频状态下的谐振腔Q值、中心频率及带宽等。本发明既可以手动又可以自动测量，在自动测量时以微机为主体，微机按照预定编制的程序，模拟手动测量线的方法和步骤进行采集、运算，误差分析与处理等测量，除了实现手动状态下的测量功能，自动状态下还能进行普通衰减器的定标、校准以及负载的传输系数测量。该自动测量系统将单调枯燥的手工操作变为由微机自动采集、计算机处理数据，并生动形象的实时显示点频时的驻波分布和扫频时的频响曲线。其功能满足了常规微波测量的要求，且界面简单易于操作，实现一机多用，增加了测试的灵活性与全面性，另外该装置性价比高，手动为教学实验所备，自动为科研测量所需，尤其适合于微波教学实验设备的升级换代。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成框图。

图2为本发明实施例的直流放大器电路原理图。在图2中，R₁＝20k，R₂＝100k，R₃＝R₄＝6.8k，R₅＝R₆＝50k，R₇＝30k，R₈＝33k，R₉＝R₁₀＝100k，R₁₁＝R₁₂＝15k，R₁₃＝30，R₁₄＝100，R₁₅＝330，R₁₆＝1k，R₁₇＝3.3k，R₁₈＝10k，R₁₉＝46k，R₂₀＝6k，R_w1＝50k，R_w2＝20 k；C₁＝C₂＝C₃＝10000pF。输入端为In，输出端分别为Out1和Out2。

图3为本发明实施例的步进电机驱动电路原理图。在图3中，R1～R4＝1K，R5～R8＝10K。

图4为本发明实施例的锯齿波发生器的原理图。在图4中，R₁＝R₂＝10k，R₃＝120k，R₄＝50k，R₅＝100，R₆＝R₇＝39k，R₈＝6k，R₉＝R₁₀＝7.5k，R₁₁＝2.2k，R₁₂＝R₁₄＝5k，R₁₃＝1k，R₁₅＝50k，R₁₆＝3k，R₁₇＝10k，R₁₈＝5k，R₁₉＝4.7k，R₂₀＝33k；VR1＝10k，VR2＝50k，VR3＝500；C₁＝0.22pF，C₂＝3300pF/25V，C₃＝103pF。

图5为本发明实施例的加法电路及检波输出电路原理图。在图5中，R₂₂＝R₂₃＝R₂₅＝R₂₆＝R₂₉＝100k，R₂₁＝R₂₄＝R₂₇＝R₂₈＝20k，R₃₀＝50k；C₄＝1μF；L₁＝10mH。

图6为本发明实施例的稳压电源局部电路原理图。

图7为本发明实施例的微波网络分析仪的外观结构图。

具体实施方式

如图1所示，微波多参数测量装置由微波测量系统I和微波网络分析仪II组成。

微波测量系统I设有VCO压控振荡器1、隔离器2、可变衰减器3、吸收式频率计4、带步进电机的波导测量线5、被测元件6和晶体检波器7。采用VCO压控振荡器1为微波源，该源产生频率可调的微波功率，其微波频率由微机控制，控制电压由第2点频/扫频选择开关K4固定端输入，既可以得到某一固定电压，也可以得到不同幅度任意形状的电压，特别是锯齿波电压，因此可以方便地提供点频和不同频带的扫频信号。指针式电流表头21可连接液晶显示器22和打印机23。为实现自动测量，将开槽测量线(TC26型)5加以改造，用步进电机代替手动旋纽，添装弹性连接器及限位微动开关，使微机控制电机转动就能带动探针座沿开槽线移动。

微波网络分析仪II设有直流分挡放大电路19、步进电机驱动电路18、锯齿波发生器9、基准电压电路11、两个分压电路10和12、加法电路13、隔直电路14、锯齿波峰值检测电路15、滤波电路16、数字式电压表17、带USB接口数据采集卡8、电源电路20、指针式电流表21、内嵌式微机22、光驱23和液晶显示器24。直流分挡放大电路19输入端接测量线5的检波信号输出端或晶体检波器7输出端，直流分挡放大电路19输出端接USB接口数据采集卡8的A/D输入端口及电压转换开关K5的驻波端；步进电机驱动电路18输入端接带USB接口数据采集卡8的DI/DO输出端口，步进电机驱动电路18输出端接波导测量线5上的步进电机，用于控制电机带动测量线上的探针座沿波导开槽线移动；锯齿波发生电路9输出端接第1点频/扫频选择开关K₁的扫频端及自动/手动选择开关K₂的手动端，第1点频/扫频选择开关K1的固定端经第1分压电路10输出分别接至加法电路13及隔直电路14输入端，经隔直送往锯齿波峰值检测电路15输入端，锯齿波峰值检测电路15输出端接电压转换开关K₅的锯齿端；基准电压电路11输出端接第2分压电路12输入端，第2分压电路12输出端接第2点频/扫频选择开关K₄的点频端、加法电路13及滤波电路16的输入端，滤波电路16输出端接电压转换开关K5的基准端；加法电路13输出端接宽带/窄带选择开关K₃的窄带端；带USB接口数据采集卡8的D/A口输出端接自动/手动选择开关K₂的自动端，自动/手动选择开关K2的固定端接宽带/窄带选择开关K₃的宽带端，宽带/窄带选择开关K3的固定端接第2点频/扫频选择开关K₄的扫频端，第2点频/扫频选择开关K₄的固定端接压控振荡源1的Vc输入端，在自动/手动选择开关K₂、宽带/窄带选择开关K₃和第2点频/扫频选择开关K₄的共同控制下，实现为微波压控振荡源1提供点频电压和不同频带的扫频电压；电源电路20产生-12V、+12V、+5V和±15V四路稳压电源，其中-12V提供VCO压控振荡微波源1所需的电压，+12V提供电机驱动电路18所需的电压，+5V给数字电压表17提供工作电压，而±15V为分档放大电路中放大电路19提供所需的电压。带USB接口的数据采集卡8的USB端与内嵌式微机22的USB端连接，内嵌式微机22接液晶显示器24及光驱23，内嵌式微机22中处理器选择PIII以上。微波网络分析仪的面板安装指针式电流表21、数字式电压表17和液晶显示器24。指针式电流表21接直流分挡放大电路19输出端，指示点频状态下放大后的检波电流值，该电流表表头标刻驻波比，以显示点频状态下驻波比值，测量时波幅调至满标1，从波节处所指就可直读驻波比值。数字式电压表17设3档，分别为“驻波”、“基准”和“锯齿”，“驻波”档显示直流放大电路19放大后的检波信号电压值，“基准”档显示点频与扫频时的直流偏置电压值，“锯齿”档显示锯齿波电压峰值电压。液晶显示器24与内嵌微机22连接，替代示波器，点频时显示测量线上驻波分布及阻抗圆图，扫频时显示谐振曲线波形等。

图2给出A/D直流放大电路的原理图，在微波测量系统中，晶体检波信号通常为100～5mV，故检波信号必须经直流放大后输入接口板进行A/D转换。该直流放大电路由3级运算放大器组成，可实现从0dB到70dB的分档放大，集成运放采用高精度低漂移的OP07型管，电阻采用金属膜电阻，电位器选用精密多圈电位器。为了实现从0dB到70dB的分档放大，以及在高放大倍数时的电压输出保持稳定，本电路采用了一系列独特的设计方案。

首先是3级放大电路。第一级为同相比例放大器，为电压串联负反馈，使得电路具有输入阻抗高的优势，其电路增益为A_v1＝1+R₂/R_x。此设计的特别之处在于反相端通过7组电阻与开关串联的电路与地端相连。当全部开关都断开时，反相输入电阻相当于无限大，则A_v1＝1，放大的分贝数为0dB。当开关依次从第一档拨到第七档时，由于R₂与反相输入电阻阻值之间特殊的关系，可实现从10dB到70dB的放大。为了实现正相输入和反相输入电阻的平衡，取正相输入电阻为20k。

第二级为反相比例放大电路，A_v2＝-(R₄+Rw₂)/R₃。第二级的放大倍数可以由滑动变阻器来调节，当电位器由0旋到20k时，则可以在第一级放大的分贝的基础上再增加0到10dB。这样设计的好处是可以防止将增益增大一档时，由于电流过大电流表的指针满偏而损坏电流表。

由于检波晶体架中检波管为反相输出，测量线上探针检波信号却是正相检波信号，因此增加了第三级单位倒相器。工作时，采用同相放大或反相放大，应根据检波信号极性正确地选择面板上的开关。在实际应用中，由于集成运放管制造工艺的限制，电路内的差分对管等不可能制作得完全对称，这样便产生了输入失调电压及失调电流。当检波信号输入为零时，输出电压不为零，因此，在第二级同相端加入了外调零电路。其外调零电路部分的等效阻值为[(R₉//R₁₁)+Rw₁′]//[(R₁₀//R₁₂)+Rw₁″]+R₇。为了使第二级的正相和反相输入平衡，在正相端接入R₂₅使正反相输入电阻阻值基本相等。由于增益在不同的档时，其输入失调电压和电流是不同的，因此本电路特别在第一级放大的OP07的1、5、8脚间接入一个电位器，将输入失调电流调到最小。

同时考虑到电源±15V的波动，将直接影响补偿电压，使静态调零不稳定，故采用调零电位器中点接地方式，极大减少了电源电压波动及干扰的影响。为了将输出电压控制在10V里，在反相输出端接入正负相对的9.1V的稳压管，则无论是正相还是反相输出电压都嵌制在10V以内。此A/D直流放大电路通过这些独特的设计，不但实现了分档放大的功能，且具有在高增益时输出稳定，实际输出与理论计算值误差小的优点。

图3给出步进电机驱动电路原理图，步进电机由微机控制，微机将驱动信号由接口卡的数据锁存器输出(利用数据采集卡的数字量输出功能)，通过光电耦合经功率放大(参见复合三极管Q1～Q4)后加入电机M的各个绕组。考虑到所需的驱动电流较大，增加限流电阻，并采用大功率的达林顿管D1861，同时增加了反向泄流开关管IN4148。

图4给出锯齿波发生器电路原理图，从图4中可以看出，当运放U_1A的1端输出为高电平的时候，二极管D₁导通，于是，通过三极管Q₁开始对电容C₁进行充电。此时2端电压逐渐升高，当2端电压超过3端时，此时1端输出为低电平。二极管D₁截止，D₂开始导通。于是，电容C₁通过D₂，电阻R₅放电。如此一直循环下去，就产生了锯齿波。其中，U_1B为跟随器。

运放U_2A所在的电路是个稳定电压产生电路，它能够产生10V的稳定电压。由于该测量系统需要锯齿波从0V开始产生，而U_1A产生的锯齿波下端并非在0V之上，因此，通过U_2A1端输出的电压与U_1B输出的锯齿波在U_1C叠加后，能使锯齿波的波形抬高，然后再通过U_1D的放大电路，最终形成了可在0～10V之间调节的锯齿波。在图4中，D₃为稳压二极管。

图5给出加法电路及峰值采集输出电路。由于在微波窄带测量中，需要锯齿波的起点可调及振幅可调，因此必须要有一个加法电路电路。将调节的直流电压和锯齿波进行叠加，从图上可以看出，U_2A产生的10V的直流电压通过一个电位器后，使直流电压可以在0～10V之间调节，调节后的直流电压后通过一个跟随器U_2B分成两路输出，一路经电感L₁滤除交流连接到数字电压表显示，另一路通过R₂₂进入加法电路电路中，与R₂₃进入的调节后锯齿波相叠加，从运放U_2C的8端输出窄带扫频电压。调节后的锯齿波另一路进入峰值采集电路U_2D，连接到数字电压表显示。

图6给出稳压电源的局部电路原理图，根据装置中各部分功能块所需要的直流电压各不相同，同时也为了防止相互干扰，设计了±15V、±12V、+5V五路电源电路。在图6中，首先将220V的交流市电经过滤波器之后输入变压器，经过变压、整流、滤波和稳压，得到各自所需的直流电压。本发明的测量系统软件采用图形化软件编写，实现点频状态下波导波长，频率，驻波比，反射系数，负载阻抗以及扫频状态下器件的传输特性，谐振腔Q值，频偏Δf等参量的测量。

自动测量过程分点频和扫频两种状态。

在点频状态下网络分析仪上的双档开关分别置于同相、自动、点频、(窄带、宽带任意)，可测量的项目包括：

一、短路校正：点击“短路校正”进入界面，调节步骤如下。

1.接好线路，终端接短路板，调节直流偏置电压，电压值通过电压表的基准档显示，一般在5～6V。2.调整测量线探针的位置，找到两个检波最小值点。3.将探针移动到两点正中，调整探针深度，调谐旋钮及分析仪的AD放大倍数，使检波值最且略小于10V。4.再次找到两个检波最小值点，调整分析仪的零点调节旋钮，使最小值略大于0V。5.重复3，4直到满意。6.点击短路界面中的“退出”按钮，即返回主界面。

二、驻波测量：此时测量线终端仍接短路片，点击主界面中的“驻波测量”，进入界面，同时出现输入探头初始位置提示框，一般将探头放在测量线80cm的位置，输入完毕后，步进电机开始运行，并实时显示测量线内驻波的波形。当步进电机行进完1200步后即返回，同时自动算出此状态下的相应参量。

三、晶体检波律校正：进行完“驻波测量”，就可以进入晶体检波律的校正，点击“晶体检波律的校正”，进入界面。本发明可以实现对整个驻波幅度范围内的二极管进行分段定标，默认情况下是对整个过程进行定标，若想改变定标的段数，可以旋转右边的旋钮改变，其分段定标的检波律会在程序右边显示出来，另外还可以根据给定的幅度拖动光标可以确定对应的检波律。

四、行驻波(负载阻抗)测量：此时测量线终端接的是膜片和匹配负载。将探头移动到“驻波测量”状态下同样的位置，按下主界面中的“行驻波测量”，进入界面，步进电机开始运行，并同时显示测量线内驻波和行驻波波形，行进完1200步后返回，程序自动算出此状态下的反射系数、负载阻抗并将阻抗在Smith圆图上显示出来。

在扫频状态下网络分析仪上的双档开关分别置于反相、自动、扫频、宽带，此状态下可测量的项目包括：

一.Q值测量：

1.首先进入的是粗扫，在此状态下反复调节晶体检波器的短路活塞直至出现波形，然后调节网络分析仪的增益使最大值不超过10V。2.粗扫调整完毕，按下“精细扫描”，此时左右两边的旋钮被激活，可以通过调节它们改变扫频范围，同时调节检波器上的销钉直至波形对称。3.按“退出”结束Q值测量。

二、衰减器校准：

1.进入测试时左右两端的旋钮已被激活，按照精密衰减器角度—>衰减值对照表将精密衰减器调到所要校准的值，改变旋钮的值可以改变扫频的频率范围，调节旋钮和晶体检波器的短路活塞，直至界面中出现频响曲线波动不大为宜。2.按下“进入校准”，即普通衰减器校准开始。将精密衰减器的衰减值归0，调节普通衰减器衰减值，使红色频响曲线与黄色参考线大致重合，此时普通衰减器的衰减值即为校准值。3.按下“结束校准”，校准结束，出现是否继续对话框，如果还需校准选Yes，退出选Quit。

三、普通衰减器定标：定标的目的是测量待测器件的传输特性，在测量传输特性时检波用的是晶体检波器，由于晶体检波器的短路活塞在不同位置时，检波二极管检波的幅度不一样，因此普通衰减器在定标之前必须先接上待测件调节短路活塞到理想位置，然后卸下待测件，在后来定标的过程中保持短路活塞的位置不变。具体操作如下：

1.按顺序接好仪器，从左到右依次为：VCO源、隔离器、衰减器(控制信号源功率)、波长计、衰减器(已校准的)、晶体检波器。2.适当调节源端的衰减器，使检波输出幅度小于10，然后可以按照0dB，3dB，6dB……18dB这样的衰减定标。定标时，先将后一个衰减器调到需要定标的值，然后按下“存盘”，出现保存文件名对话框，其中所存文件以衰减值为文件名，随后出现提问是否继续对话框。

四、传输系数测量：

1.关于获得谐振腔谐振曲线部分见扫频Q值测量部分，在精细扫描时界面中将显示扫频所在频段内各点的传输衰减。2.点击“分析”，界面光标被激活，通过拖动光标可以看到光标所在点的频率和幅度，另外通过光标可以得到3dB衰减时的频率和幅度，填入左右半功率点的值可以手动算出谐振腔的Q值。

本实施例的微波网络分析仪的外观结构图参见图7，在图7中，在面板上设有数字电压表17、指针式电流表头21和液晶显示屏24，放大器的调节范围为0～70db。

Claims (1)

1.微波多参数测量装置，其特征在于设有：

1)微波测量系统：微波测量系统设有压控振荡器VCO微波源、隔离器、可变衰减器、吸收式频率计、波导测量线、步进电机和晶体检波器，隔离器输入端接压控振荡器微波源输出端，隔离器输出端接可变衰减器输入端，可变衰减器输出端接吸收式频率计输入端，吸收式频率计输出端接波导测量线输入端，波导测量线输出端和晶体检波器输入端分别接被测元件，波导测量线带步进电机，用于带动微波测量线的探针沿开槽波导移动；

2)微波网络分析仪：微波网络分析仪设有直流分挡放大器、步进电机驱动电路、锯齿波发生器、基准电压电路、两个分压电路、加法电路、隔直电路、滤波电路、锯齿波峰值检测电路、带USB接口数据采集卡、电源电路、内嵌式微机、液晶显示器、光驱以及手动/自动选择开关、宽带/窄带选择开关、第1点频/扫频选择开关、第2点频/扫频选择开关、电压转换开关、指针式电流表和数字式电压表，直流分挡放大器输入端接微波测量系统波导测量线的检波信号输出端或晶体检波器输出端，直流分挡放大器输出端接USB接口数据采集卡的A/D输入端口及电压转换开关的驻波端；步进电机驱动电路输入端接带USB接口数据采集卡的DI/DO输出端口，步进电机驱动电路输出端接波导测量线上的步进电机，用于控制电机带动测量线上的探针座沿波导开槽线移动；锯齿波发生器输出端接第1点频/扫频选择开关的扫频端及自动/手动选择开关的手动端，第1分压电路输入端接第1点频/扫频选择开关固定端，第1分压电路输出端接隔直电路输入端及加法电路输入端，隔直电路输出端接锯齿波峰值检测电路输入端，锯齿波峰值检测电路输出端接电压转换开关的锯齿波端；基准电压电路输出端接第2分压电路输入端，第2分压电路输出端接第2点频/扫频选择开关的点频端、加法电路及滤波电路的输入端，滤波电路输出端接电压转换开关的基准端；加法电路输出端接宽带/窄带选择开关的窄带端；带USB接口数据采集卡的D/A口输出端接自动/手动选择开关的自动端，自动/手动选择开关的固定端接宽带/窄带选择开关的宽带端，宽带/窄带选择开关的固定端接第2点频/扫频选择开关的扫频端，第2点频/扫频选择开关的固定端接压控振荡源的输入端；指针式电流表、数字式电压表和液晶显示器设于微波网络分析仪的面板上，指针式电流表接直流分挡放大器输出端；数字式电压表接电压转换开关固定端，数字式电压表设3档，分别为“驻波”、“基准”和“锯齿”，“驻波”档显示直流放大器放大后的检波信号电压值，“基准”档显示点频与扫频时的直流偏置电压值，“锯齿”档显示锯齿波电压峰值电压；液晶显示器与内嵌的微机连接。

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