如第一章所述，在微波工程领域，有许多应用。因此，在使用不同的应用程序时，我们经常会遇到需要测量不同的值(例如功率，衰减，相移，VSWR，阻抗等)以有效使用的需求。

在本章中，让我们看一下不同的测量技术。

功率测量

测得的微波功率是波导中任何位置的平均功率。功率测量可以分为三种类型。

• 低功率测量(0.01mW至10mW)

  示例-测压技术

• 中功率(10mW至1W)的测量

  示例-热量计技术

• 大功率(> 10W)测量

  示例-热量计

让我们详细了解它们。

低功耗测量

大约0.01mW至10mW的微波功率测量可以理解为低功率的测量。

Bolometer是用于低微波功率测量的设备。辐射热计中使用的元件可以具有正或负温度系数。例如，Barrater具有正温度系数，其电阻随温度的升高而增加。热敏电阻具有负温度系数，其电阻随温度的升高而减小。

它们中的任何一个都可以用在辐射热计中，但是电阻的变化与用于测量的微波功率成正比。该辐射热计作为一个臂桥使用，因此引起的任何不平衡都会影响输出。下图显示了使用辐射热计的电桥电路的典型示例。

毫安表中给出的电流值。电池是可变的，当由于辐射热计的行为引起不平衡时，可以改变电池以获得平衡。直流电池电压的这种调节与微波功率成正比。该电路的功率处理能力受到限制。

中功率的测量

微波功率的测量在10mW到1W左右，可以理解为中等功率的测量。

采用特殊的负载，通常保持一定的比热值。待测功率施加在其输入端，该功率成比例地改变了已经保持的负载的输出温度。温升之差指定了负载的输入微波功率。

这里使用电桥平衡技术来获取输出。传热方法用于功率测量，这是一种量热技术。

大功率测量

微波功率的测量在10W至50KW左右，可以理解为大功率的测量。

高微波功率通常通过量热计测量，该表可以是干式和流动式的。干式被命名为使用同轴电缆，该电缆充满了高磁滞损耗的介电质，而流动式被命名为使用水或油或某些可以很好地吸收微波的液体。

进入负载之前和之后的液体温度变化用于校准值。该方法的局限性如流量确定，校准和热惯性等。

衰减量测

实际上，微波组件和设备通常会提供一定程度的衰减。所提供的衰减量可以通过两种方法进行测量。它们是-功率比法和RF替代法。

衰减是输入功率与输出功率之比，通常以分贝表示。

$$衰减\：in \：dBs = 10 \：log \ frac {P_ {in}} {P_ {out}} $$

其中$ P_ {in} $ =输入功率，$ P_ {out} $ =输出功率

功率比法

在这种方法中，衰减的测量分两个步骤进行。

• 步骤1-完成整个微波工作台的输入和输出功率，而无需计算其衰减的设备。

• 步骤2-整个微波工作台的输入和输出功率由必须计算其衰减的设备完成。

比较这些功率的比率，得出衰减值。

下图是说明此情况的两个设置。

缺点-当输入功率较低且网络衰减较大时，功率和衰减测量结果可能不准确。

射频替代方法

在这种方法中，衰减的测量分三个步骤进行。

• 步骤1-使用必须计算其衰减的网络来测量整个微波工作台的输出功率。

• 步骤2-整个微波工作台的输出功率通过用精密校准的衰减器代替网络来测量。

• 步骤3-现在，调整此衰减器以获得与网络测量的功率相同的功率。

下图是说明此情况的两个设置。

衰减器上的调整值直接给出网络的衰减。这里避免了上述方法的缺点，因此这是测量衰减的更好方法。

相移的测量

在实际工作条件下，信号与实际信号可能会发生相位变化。为了测量这种相移，我们使用一种比较技术，通过该技术可以校准相移。

下图显示了用于计算相移的设置。

在此，微波源产生信号后，信号通过H平面T形结，一个端口连接到要测量相移的网络，另一个端口连接到可调精密移相器。

解调后的输出为1 KHz正弦波，可在连接的CRO中观察到。调整该移相器，使其1 KHz正弦波的输出也与上述相匹配。通过在双模式CRO中进行观察来完成匹配之后，此精密移相器将为我们提供相移的读数。下图清楚地说明了这一点。

该程序是相移测量中最常用的程序。现在，让我们看看如何计算VSWR。

VSWR的测量

在任何微波实际应用中，任何类型的阻抗失配都会导致驻波的形成。这些驻波的强度通过电压驻波比($ VSWR $)来衡量。最大电压与最小电压之比为$ VSWR $，用$ S $表示。

$$ S = \ frac {V_ {max}} {V_ {min}} = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} $$

其中，$ \ rho =反射\：co-效率= \ frac {P_ {reflected}} {P_ {incident}} $

$ VSWR $的测量可以通过两种方式完成，低$ VSWR $和高$ VSWR $。

低VSWR(S <10)的测量

低$ VSWR $的测量可以通过调节衰减器以在VSWR表的直流毫伏表上获得读数来完成。可以通过调整缝线和衰减器来获取读数，以使直流毫伏表显示满量程读数和最小读数。

现在，计算这两个读数以找出网络的$ VSWR $。

高驻波比(S> 10)的测量

值大于10的高$ VSWR $的测量可以通过一种称为double minimum method的方法进行测量。在该方法中，获取最小值的读数，并且还获取峰顶之前和之后的峰顶的最小值的一半处的读数。下图可以理解这一点。

现在，可以通过一个关系来计算$ VSWR $，表示为-

$$ VSWR = \ frac {\ lambda_ {g}} {\ pi(d_2-d_1)} $$

其中，$ \ lambda_g \：是\：\：导向\：波长$

$$ \ lambda_g = \ frac {\ lambda_0} {\ sqrt {1-(\ frac {\ lambda_0} {\ lambda_c})^ 2}} \ quad其中\：\ lambda_0 \：= {c} / {f} $$

由于此处考虑了两个最小点，因此称为双最小方法。现在，让我们了解阻抗的测量。

阻抗测量

除了Magic Tee，我们还有两种不同的方法，一种是使用开槽线，另一种是使用反射计。

缝线阻抗

在这种方法中，使用开槽线和负载$ Z_L $来测量阻抗，并由此确定$ V_ {max} $和$ V_ {min} $。在这种方法中，阻抗的测量分两个步骤进行。

• 步骤1-使用负载$ Z_L $确定Vmin。

• 步骤2-通过短路负载确定Vmin。

如下图所示。

当我们尝试使用负载获取$ V_ {max} $和$ V_ {min} $的值时，我们得到了某些值。但是，如果通过使负载短路来实现相同目的，则最小值将向右或向左移动。如果此偏移向左移动，则表示负载为电感性负载；如果此偏移向右移动，则表示负载本质上为电容性负载。下图对此进行了解释。

通过记录数据，可以计算出未知阻抗。阻抗和反射系数可以在幅度和相位上获得。

使用反射计的阻抗

与缝线不同，反射计仅有助于查找阻抗的大小，而不是相位角。在这种方法中，采用两个相同但方向不同的定向耦合器。

这两个耦合器用于采样负载的入射功率$ P_i $和反射功率$ P_r $。反射仪的连接如下图所示。它用于获得反射系数的大小，由此可以得到阻抗。

从反射计的读数，我们有

$$ \ rho = \ sqrt {\ frac {P_r} {P_i}} $$

根据$ \ rho $的值，可以计算出$ VSWR $(即$ S $)和阻抗

$$ S = \ frac {1+ \ rho} {1- \ rho} \ quad和\ quad \ frac {z-z_g} {z + z_g} = \ rho $$

其中，$ z_g $是已知波阻抗，$ z $是未知阻抗。

尽管此处观察到了正向和反向波参数，但不会由于耦合器的方向性而产生干扰。衰减器有助于保持低输入功率。

腔谐振器Q的测量

尽管可以使用三种方法来测量腔谐振器的Q ，例如：传输法，阻抗法和瞬态衰减法或瞬态衰减法，但最简单，最常用的方法是传输法。因此，让我们看一下它的测量设置。

在这种方法中，腔谐振器充当传输设备。输出信号作为频率的函数绘制，从而产生谐振曲线，如下图所示。

通过以上设置，可以改变微波源的信号频率，保持信号电平恒定，然后测量输出功率。腔谐振器被调谐到该频率，并且再次记下信号电平和输出功率以注意到差异。

绘制输出时，将获得谐振曲线，从中我们可以注意到Half Power Bandwidth(HPBW)$(2 \ Delta)$值。

$$ 2 \ Delta = \ pm \ frac {1} {Q_L} $$

其中，$ Q_L $是加载值

$$ or \ quad Q_L = \ pm \ frac {1} {2 \ Delta} = \ pm \ frac {w} {2(w-w_0)} $$

如果忽略了微波源与腔之间的耦合以及检测器与腔之间的耦合，则

$$ Q_L = Q_0 \：(未加载\：Q)$$

退税

该系统的主要缺点是，由于工作频带窄，因此在非常高Q的系统中，精度有些差。

我们已经介绍了许多类型的不同参数的测量技术。现在，让我们尝试解决一些有关这些问题的示例。