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在线微波水分测定仪的设计方案和原理(7)

当微波振荡源偏鹭电压为lo~15v直流电压时就能产生振荡,工作电流为32肛500ll认。在实验中,一般使用12V直流供电,振荡源的工作电流为400mA左右。不的体效应管输出的微波频率略有变化,在微波测湿中选用功率为70mw,频率为10GHz的体效应管,因该波段微波对物料成分不敏感而应用。谐振电路选用BJ.100标准矩形波导,其传输的中心频率为lOGHz。
为了抑止噪声影响,有效地取出所含信息,对微波振荡源供电时,给直流电源加了一个lkHz的调制方波,这样,在处理检波二管输出时,只要电路中加一个带通滤波电路就能有效地抑止噪声。
(2)隔离器
隔离器实际上是一种具有方向性的衰减器(非互易衰减器),当微波信号按正向传输时几乎没有衰减,而沿反向传输时,就受到很大的衰减。隔离器主要用于微波振荡器与负载之间作去耦元件,隔离掉由于负载不匹配而产生的反射波,微波信号源输出频率与功率的稳定性【31.33】。隔离器按工作原理分,可分为谐振式和场移式两种。谐振式隔离器用于1瓦以上的大功率传输系统。微波测湿为小功率传输,使用场移式隔离器。
场移式隔离器是利用铁氧体在外加恒定磁场作用下所具有的非互易性而构成的一种微波元件。在矩形波导中的圆化波位置,受合适的横向磁化good度的铁氧体,会使原有矩形波导中的场结构发生位移,即产生场移效应。这必须具备三个条件:①铁氧体片必须放在
圆化波位置;②铁氧体必须横向磁化,即恒定磁场方向为母方向;③恒定磁场H0要较小,这可矿<o,使正圆化波离开铁氧体片;又可∥>o,使负圆化波靠近铁氧体片。如果将电阻片紧贴在铁氧体片上,则电阻片将good烈吸收负圆化波,即反向传输
的电磁波,而对正向传输的正圆化波,因远离电阻片,故几乎可以无损耗地通过。
(3)可变衰减器
在某种意义上,衰减器相当于低频电阻器件,用来调节传输系统中功率电平的大小。
在波导中放上涂有微波吸收材料的衰减片,便可构成波导型结构的吸收式衰减器,微波测湿中使用这种衰减器较多【嘲。其很大衰减量通常不比较3叫OdB,吸收片可用玻璃、陶瓷或其他介质材料作衬底,上面涂敷石墨粉或蒸镀一薄层镍铬合金,很外层涂上一层氧化硅或氟化镁的使用层,使性能稳定可靠,一般在衰减器标出移动距离刻度,微波测湿实验中采用精密衰减器,标有测微螺旋刻度,以满足测量精度要求。
(4)喇叭天线
为了使发射的微波具有很good的方向性,起天线作用的微波传感器要具有结构。常用的是喇叭形天线,结构简单、制造方便,它可以看作是波导管的延续,并在波导管与敞开的空间之间起匹配作用,以获得很大能量输出。喇叭形天线与波导管直接相连,使用时应注意边缘效应对测量的影响。
(5)检波器
检波器是用来检测微弱微波信号相对功率的指示器,其主要作用是交流变直流和功率匹配。它由检波晶体管和检波接头组成。检波晶体管大都属于点接触式的硅或锗晶体管(如肖特基二管),在微波测湿中作为低电平检波器,主要的参数为检波律、动态阻抗
和灵敏度【l6】。
检波律是指当信号电压足够小(一般不比较10uw)时,大都满足平方检波律,即检波电流与信号电压的平方成比例。检波律也受它所接的负载电阻的影响,一般当负载阻抗在200帖3000Q附近时,晶体管的检波律偏离平方律很小。动态内阻是把晶体管看作一个等效直流时的动态内阻。在低电平时,其接近于一个常数,约为几千欧;高电平时,随功率的增大而下降甚速。灵敏度定义为晶体管输出端短路时检波电流与所吸收功率之比,或为输出端开路时的输出检波电压与微波功率之比。灵敏度的高低一般随着频率的增高而降低,一般晶体管在适用的频率范围内的电流灵敏度约为1洲uw,电压灵敏度约在1mV,uW数量。
如果输入信号很小,输出信号也很弱,通常环境存在的电磁波干扰电平以及放大器本身的噪音电平都已经比较了这样微弱的电平信号,为了能从这些干扰信号中识别出有效的测量信号,并只放大这种信号,很简单的方法就是让微波信号源输出一种具有方波调制的
微波信号,这样得到的测量信号是已经调制的信号,而干扰信号却不含有调制信息,只要在放大器中加入选频电路,就能只让加了调制的有用信号通过并对之放大,从而识别有用的测量信号。
适用于三厘米波段的是一种调谐式波导检波接头,检波晶体管横向地插入波导中,好象一根探针。在晶体管前面设有一个双螺钉调配器,同时在晶体管后面放了一个可调的抗流式短路活塞,以便在波导的整个工作频段内调到很小的驻波比,得到很高的灵敏度,在
调配螺钉及同轴输出插口的基座上均有防止高频泄露的抗流装置。另外,微波系统的设计,不管是无源电路还是有源电路,都必须考虑阻抗匹配的问题,不匹配会引起严重的反射,无法进行正常测量。先,需要确认微波信号源是否正常工作,这是很主要的。在跟接收天线连接的功率指示计有示数就说明振荡器已正常工作,接上隔离器、衰减器之后再检测,仍然能够得到能量指示,调节振荡器腔体底部小孔前的螺杆,能够得到很good耦合,这时就表示微波发射部分已经匹配。

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