諧振式波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量方法的探討

王靖　顧曉明

摘 要：文章對(duì)諧振式波長(zhǎng)計(jì)的測(cè)量方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并探討了一種新的測(cè)量方法，與傳統(tǒng)方法比較，新型測(cè)量方法在不影響測(cè)量精度的前提下更快捷更方便。

關(guān)鍵詞：波長(zhǎng)計(jì)；頻率；頻譜儀

中圖分類號(hào)：TN61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）23-0078-02

波長(zhǎng)計(jì)是利用諧振現(xiàn)象測(cè)量無線電波波長(zhǎng)的儀器。微波波長(zhǎng)計(jì)通常用波導(dǎo)或同軸的可調(diào)諧振腔做成。諧振頻率（或波長(zhǎng)）與調(diào)諧活塞的位置之間的關(guān)系預(yù)先用已知頻率標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)，根據(jù)活塞的位置可確定波的波長(zhǎng)。

按照腔諧振時(shí)對(duì)外電路反應(yīng)情況，可分為通過式（或稱為傳輸式）和吸收式（或稱為反應(yīng)式）兩種波長(zhǎng)計(jì)。前者腔體有輸入和輸出兩個(gè)耦合裝置，諧振時(shí)腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，通過輸出耦合使外電路指示最大；而吸收式波長(zhǎng)計(jì)的腔體僅有一個(gè)輸入耦合裝置，諧振時(shí)通過耦合；腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，使外電路輸出指示最小。微波波長(zhǎng)計(jì)示意圖如圖1（a）和（b）所示。

使用吸收式空腔波長(zhǎng)計(jì)能測(cè)出微波的波長(zhǎng)，進(jìn)而可換算出微波的頻率。它是在矩形波導(dǎo)寬邊的中央開有一個(gè)長(zhǎng)方形的小孔，通過小孔再連接一個(gè)圓柱形的諧振腔，并使讀數(shù)裝置（螺旋測(cè)微計(jì)）與諧振腔內(nèi)的活塞同步。如果調(diào)節(jié)活塞的位置，則諧振腔的幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化。腔的體積被調(diào)節(jié)在某個(gè)被測(cè)頻率點(diǎn)時(shí)，諧振腔即能吸收一部分波導(dǎo)管內(nèi)傳輸?shù)哪芰浚⑾脑谇槐谏?。吸收式空腔波長(zhǎng)計(jì)的讀數(shù)是以微波系統(tǒng)輸出指示值明顯減小為判斷依據(jù)的。螺旋測(cè)微計(jì)上的讀數(shù)D與被測(cè)頻率f已事先測(cè)量好，只要根據(jù)諧振時(shí)的D值，再查找D～F曲線，即可獲得待測(cè)頻率。

1 傳統(tǒng)式測(cè)量方法

所用的測(cè)量設(shè)備有：標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)的頻率準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于被檢波長(zhǎng)計(jì)一個(gè)數(shù)量級(jí)），相應(yīng)頻段的信號(hào)源，相應(yīng)頻段的隔離器或衰減器，微安表，相應(yīng)頻段的晶體檢波器，相應(yīng)頻段的匹配負(fù)載，系統(tǒng)連接用的T型接頭（同軸和波導(dǎo)型）、波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換器等器材。

1.1 吸收式波長(zhǎng)計(jì)頻率準(zhǔn)確度的測(cè)量

①測(cè)試系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。

②對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中所用儀器設(shè)備按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱。

③將信號(hào)源的工作頻率調(diào)到待測(cè)頻率點(diǎn)上，工作選擇開關(guān)置于“等幅波”位置。

④調(diào)節(jié)被測(cè)波長(zhǎng)計(jì)，使其處于諧振狀態(tài)，記下頻率刻度值（非直讀式波長(zhǎng)計(jì)先記下機(jī)械刻度值fx，然后可根據(jù)曲線表查出頻率值），與此同時(shí)記下標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)的讀數(shù)f0。

⑤按公式（1）計(jì)算被測(cè)波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量頻率時(shí)的絕對(duì)誤差Δ

Δ=fx-f0（1）

按公式（2）計(jì)算被測(cè)波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量頻率時(shí)的相對(duì)誤差δ

δ=■×100%（2）

⑥根據(jù)需要在波長(zhǎng)計(jì)實(shí)際使用頻段范圍內(nèi)選取n點(diǎn)，逐次改變信號(hào)源的工作頻率，重復(fù)④⑤步驟。

1.2 通過式波長(zhǎng)計(jì)頻率準(zhǔn)確度的測(cè)量

測(cè)量系統(tǒng)連接如圖3所示。

2 波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量新方法的概述

現(xiàn)實(shí)使用中的很多波長(zhǎng)計(jì)都不帶有微安表，針對(duì)這類波長(zhǎng)計(jì)，本文作者想給大家介紹一種快捷的測(cè)量波長(zhǎng)計(jì)頻率準(zhǔn)確度的方法，就是用頻譜儀來測(cè)量（主要針對(duì)無指示器的波長(zhǎng)計(jì)），我們還可以在頻譜儀上清楚的看到通過式波長(zhǎng)計(jì)和吸收式波長(zhǎng)計(jì)的區(qū)別。

例如測(cè)一個(gè)BD-1型（吸收式）波長(zhǎng)計(jì)，它的準(zhǔn)確度指標(biāo)要求是0.05%。測(cè)試連接圖如圖4所示。

波長(zhǎng)計(jì)兩端用波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換器和兩根電纜連接，一根電纜接至信號(hào)源E8257C，一根經(jīng)過衰減器接至頻譜儀E4440A。根據(jù)波長(zhǎng)計(jì)的曲線表把刻度設(shè)置在某一處（如10.015，查頻率為

9 310.0 MHz）。信號(hào)源設(shè)置：2 dBm左右，頻率：9 310 MHz。在頻譜儀上也設(shè)置此頻率為中心頻率，span=2 MHz，1 dB/格。可根據(jù)波長(zhǎng)計(jì)以往準(zhǔn)確度設(shè)置頻譜儀，準(zhǔn)確度不太好的需把span放大，否則在頻譜儀上無法看到峰值信號(hào)。找到信號(hào)后，打開頻譜儀計(jì)數(shù)器功能，設(shè)置頻譜儀為頻率跟蹤，微調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率（0.1 MHz或0.01 MHz），可在頻譜儀上看到峰值變化軌跡，峰值最低點(diǎn)即為實(shí)測(cè)值，因?yàn)榍懊嫣岬降奈帐娇涨徊ㄩL(zhǎng)計(jì)的讀數(shù)是以微波系統(tǒng)輸出指示值明顯減小為判斷依據(jù)的，所以在找到相應(yīng)的頻率剛好是信號(hào)幅度最小（而如果是通過式波長(zhǎng)計(jì)，我們要找的就是峰值最高點(diǎn)）。注意測(cè)量時(shí)不要碰觸連接電纜。

表1、表2是這一波長(zhǎng)計(jì)傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與用頻譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)，為了便于對(duì)比，我們稍稍改變了一下傳統(tǒng)測(cè)試的取值方式，我們是把波長(zhǎng)計(jì)刻度固定，微調(diào)信號(hào)源的頻率，使波長(zhǎng)計(jì)達(dá)到諧振點(diǎn)，這樣所得到兩組數(shù)據(jù)的前兩行是一致的。

從上面兩組數(shù)據(jù)我們可以看出，兩次測(cè)量的結(jié)果是非常接近的，且都達(dá)到了指標(biāo)要求。

其中的誤差還應(yīng)考慮人為、環(huán)境條件的不同以及測(cè)試系統(tǒng)的誤差。

3 結(jié) 語(yǔ)

兩種測(cè)量方式最大的不同：傳統(tǒng)方式用的是頻率計(jì)測(cè)定頻率，而新方法用的是頻譜儀。然而用頻率計(jì)測(cè)定頻率也不一定就是最好的方法，因?yàn)殡S著電子科技發(fā)展，計(jì)量也得到了很大的受益，檢測(cè)手段得到了提高，頻譜儀現(xiàn)在已經(jīng)是很常用的測(cè)試儀器了。

下面我們?cè)侔杨l譜儀的測(cè)頻功能與頻率計(jì)作一比較，如圖5所示。

①設(shè)置信號(hào)源頻率為9 370.000 MHz。

頻率計(jì)MF2412B讀數(shù)：9 369.999588 MHz。

頻譜儀E4440A（span=5 MHz時(shí)）讀數(shù)：9 369.999773 MHz。

頻譜儀E4440A（span=2 MHz時(shí)）讀數(shù)：9 369.999773 MHz。

頻譜儀E4440A（span=200 kHz時(shí)）讀數(shù)：9 369.999773 MHz。

②若信號(hào)源輸出變?yōu)椋? 370.010 MHz。

頻率計(jì)讀數(shù)：9 370.009591 MHz。

頻譜儀E4440A（span=5 MHz時(shí)）讀數(shù)：9 370.009775 MHz。

頻譜儀E4440A（span=2 MHz時(shí)）讀數(shù)：9 370.009775 MHz。

頻譜儀E4440A（span=200 kHz時(shí)）讀數(shù)：9 370.009775 MHz。

從以上數(shù)據(jù)我們可以看出，頻譜儀的測(cè)頻準(zhǔn)確度已經(jīng)達(dá)到“高于被檢波長(zhǎng)計(jì)一個(gè)數(shù)量級(jí)”這一要求，而且新方法中我們省去了頻率計(jì)與微安表這兩臺(tái)主要儀器，所以采用頻譜儀測(cè)試為我們節(jié)省了資源與時(shí)間。本文可以得出這樣的結(jié)論：采用頻譜儀測(cè)試諧振式波長(zhǎng)計(jì)方便、快捷、直觀。

參考文獻(xiàn)：

[1] JJG 348-84，諧振式波長(zhǎng)計(jì)試行檢定規(guī)程[S].