微波驻波自动测量实验系统的设计与实现

作者:曾辉 刊名:韩山师范学院学报 上传者:徐联群

【摘要】为了探索微波教学实验与CAI相结合的创新教学模式,利用单片机控制、计算机接口技术等,研制了一套微波驻波自动测量教学实验系统.该系统由微波测量线、PC机、单片机控制模块、数字微电流检流计、步进电机及其驱动电路等设备组成.在测量过程中,计算机按照用户预先编制的程序,模拟手动测量的方法和步骤控制系统进行自动测量,得到的数据经过电流/电压转换、放大和单片机A/D采集后输入计算机中,并将结果通过LabVIEW软件直观的图形显示出来.

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1己I叫里犷上J.1微波是指波长ITll到1,llm的电磁波,相应的频率为300MHz到300GHz川.微波的驻波测量是微波测量中最为基本、最重要的测量项目之一对驻波的测量一叮以了解微波传输系统是否处于良好的匹配状态,还可以确定波导波长、衰减、阻抗及谐振腔的Q值等{“一“).目前大部分高校使用的微波驻波测量实验系统是基于手动测量线的测试系统,手动测量有助于学生理解测量过程和原理,锻炼实验动手能力.但在实际实验教学过程中发现,手动测量存在测量误差大、实验现象不直观、学生实验收获不明显等问题.2微波驻波自动测量教学实验装置的设计为达到实验、教学功能相统一,既能提供直观的实现现象,减少手动测量误差,又要防止过于自动化带来的学生不懂实验原理和测量过程的问题,设计了微波驻波自动测量教学实验装置.2.1设计框图微波驻波自动测量实验装置的硬件设计框图如图1.该系统在微波源、衰减器、测量线的基础上配以PC机、单片机控制模块、数字微电流检流计、步进电机及其驱动电路等,成为由PC机控制测量过程、数据处理及图形化显示结果的实验教学系统.马拐气叶{-坚匙竺目岑学振荡源隔离器衰减器图1微波驻波自动测量实验装置的设计框图该自动测量教学实验装置主要由二部分组成,下面将各部分的作用予以简要说明.(1)自动测量线:采用PK545一A型步进电机控制的测量线,用于测量测量线中的驻波分布,从而可得到波导中的驻波图,确定波导波长、驻波比等参数.(2)数字微直流检流计:带有通信接口的数字微直流检流计,将来自于测量线检波器的正比于场强的信号进行电流/电压转换并放大,以满足A/D转换的要求在实现检流的基础上,增加单片机控制系统,应用RS232串口与PC机进行通信,将测量结果送给PC机进行处理和显示(3)单片机控制模块:担负着数据的采集、步进电机的控制、与PC机的数据传送等任务.2.2实验装置设计2.2.1自动测量线的设计本设计的自动测量线,是在目前实验室常用的开槽测量线的基础h改造而成的.实现方法是:将开槽测量线中改变探头位置的旋钮拆下,用一支架将步进电机固定在探头座上,用弹性连接器将电机转轴和探头转轴连接起来,控制电机的转动就能带动探头座沿开槽线移动.为防止电机移动到尽头后仍继续向前移动造成齿轮齿条过分受力而损坏,在开槽线两端各装上一只限位接近开关{“一5}.当操作失误.电机转动带动探头座移至极端碰到接近开关,会自动切断电源,从而避免仪器的损坏.2.2.2带有通信接口的数字微电流直流检流计的设计测量线检波器输出的反映开槽线内驻波场分布的直流电流信号,通常在10一gA数量级经电流/电压转换后需要经过育流放大,以满足A/D转换的需要.检流计设计框图见图2被侧电流匕二二井>电流检测电路啄外卧卧栩一拐I,U转换一级放大低通滤波调零放大单片机采集模块图2数字微直流检流计的设计框图2.2.3单片机控制电路的设计单片机控制模块主要实现四大功能:检波器检波电流的数据采集‘A/D模数转换和采集)、步进电机的控制、与Pc机的数据传送及控制液晶显示.本系统采用AVR单片机Atlllega16‘L)同实现以仁功能.3微波驻波自动测量教学实验系统的测试及结果分析3.1数据测量选用SP3382A一l型微波测量仪,其测量范围在功Hz、9GHz之间.调节探针在开槽波导管内的穿伸度,使其具最佳灵敏度.调节速调管反射极电压使处于最佳振荡模的中心反射极电压上,为370V.探头置于初始位置后,进入自动测量状态.由LabV工EW软件得到检流计实时测量图、驻波波形图,见图3.(a)检流计实时测量图(b)驻波波形图图3LabV工EW程序

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