諧振式波長計測量方法的探討

王靖　顧曉明

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

關(guān)鍵詞：波長計；頻率；頻譜儀

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

波長計是利用諧振現(xiàn)象測量無線電波波長的儀器。微波波長計通常用波導(dǎo)或同軸的可調(diào)諧振腔做成。諧振頻率（或波長）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。

按照腔諧振時對外電路反應(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）兩種波長計。前者腔體有輸入和輸出兩個耦合裝置，諧振時腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，通過輸出耦合使外電路指示最大；而吸收式波長計的腔體僅有一個輸入耦合裝置，諧振時通過耦合；腔內(nèi)建立起較強(qiáng)的振蕩，使外電路輸出指示最小。微波波長計示意圖如圖1（a）和（b）所示。

使用吸收式空腔波長計能測出微波的波長，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長方形的小孔，通過小孔再連接一個圓柱形的諧振腔，并使讀數(shù)裝置（螺旋測微計）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發(fā)生變化。腔的體積被調(diào)節(jié)在某個被測頻率點(diǎn)時，諧振腔即能吸收一部分波導(dǎo)管內(nèi)傳輸?shù)哪芰浚⑾脑谇槐谏稀Ｎ帐娇涨徊ㄩL計的讀數(shù)是以微波系統(tǒng)輸出指示值明顯減小為判斷依據(jù)的。螺旋測微計上的讀數(shù)D與被測頻率f已事先測量好，只要根據(jù)諧振時的D值，再查找D～F曲線，即可獲得待測頻率。

1 傳統(tǒng)式測量方法

所用的測量設(shè)備有：標(biāo)準(zhǔn)頻率計（標(biāo)準(zhǔn)頻率計的頻率準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于被檢波長計一個數(shù)量級），相應(yīng)頻段的信號源，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 吸收式波長計頻率準(zhǔn)確度的測量

①測試系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。

②對測量系統(tǒng)中所用儀器設(shè)備按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱。

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

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

⑤按公式（1）計算被測波長計測量頻率時的絕對誤差Δ

Δ=fx-f0（1）

按公式（2）計算被測波長計測量頻率時的相對誤差δ

δ=■×100%（2）

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

1.2 通過式波長計頻率準(zhǔn)確度的測量

測量系統(tǒng)連接如圖3所示。

2 波長計測量新方法的概述

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

例如測一個BD-1型（吸收式）波長計，它的準(zhǔn)確度指標(biāo)要求是0.05%。測試連接圖如圖4所示。

波長計兩端用波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換器和兩根電纜連接，一根電纜接至信號源E8257C，一根經(jīng)過衰減器接至頻譜儀E4440A。根據(jù)波長計的曲線表把刻度設(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)波長計以往準(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。找到信號后，打開頻譜儀計數(shù)器功能，設(shè)置頻譜儀為頻率跟蹤，微調(diào)節(jié)信號源的頻率（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)測值，因為前面提到的吸收式空腔波長計的讀數(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)的頻率剛好是信號幅度最小（而如果是通過式波長計，我們要找的就是峰值最高點(diǎn)）。注意測量時不要碰觸連接電纜。

表1、表2是這一波長計傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)與用頻譜儀測量數(shù)據(jù)，為了便于對比，我們稍稍改變了一下傳統(tǒng)測試的取值方式，我們是把波長計刻度固定，微調(diào)信號源的頻率，使波長計達(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試系統(tǒng)的誤差。

3 結(jié) 語

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

下面我們再把頻譜儀的測頻功能與頻率計作一比較，如圖5所示。

①設(shè)置信號源頻率為9 370.000 MHz。

頻率計MF2412B讀數(shù)：9 369.999588 MHz。

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

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

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

②若信號源輸出變?yōu)椋? 370.010 MHz。

頻率計讀數(shù)：9 370.009591 MHz。

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

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

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

從以上數(shù)據(jù)我們可以看出，頻譜儀的測頻準(zhǔn)確度已經(jīng)達(dá)到“高于被檢波長計一個數(shù)量級”這一要求，而且新方法中我們省去了頻率計與微安表這兩臺主要儀器，所以采用頻譜儀測試為我們節(jié)省了資源與時間。本文可以得出這樣的結(jié)論：采用頻譜儀測試諧振式波長計方便、快捷、直觀。

參考文獻(xiàn)：

[1] JJG 348-84，諧振式波長計試行檢定規(guī)程[S].