谐振式波长计测量方法的探讨

王靖　顾晓明

摘 要：文章对谐振式波长计的测量方法进行了详细的阐述，并探讨了一种新的测量方法，与传统方法比较，新型测量方法在不影响测量精度的前提下更快捷更方便。

关键词：波长计；频率；频谱仪

中图分类号：TN61 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0078-02

波长计是利用谐振现象测量无线电波波长的仪器。微波波长计通常用波导或同轴的可调谐振腔做成。谐振频率（或波长）与调谐活塞的位置之间的关系预先用已知频率标准定标，根据活塞的位置可确定波的波长。

按照腔谐振时对外电路反应情况，可分为通过式（或称为传输式）和吸收式（或称为反应式）两种波长计。前者腔体有输入和输出两个耦合装置，谐振时腔内建立起较强的振荡，通过输出耦合使外电路指示最大；而吸收式波长计的腔体仅有一个输入耦合装置，谐振时通过耦合；腔内建立起较强的振荡，使外电路输出指示最小。微波波长计示意图如图1（a）和（b）所示。

使用吸收式空腔波长计能测出微波的波长，进而可换算出微波的频率。它是在矩形波导宽边的中央开有一个长方形的小孔，通过小孔再连接一个圆柱形的谐振腔，并使读数装置（螺旋测微计）与谐振腔内的活塞同步。如果调节活塞的位置，则谐振腔的几何尺寸会发生变化。腔的体积被调节在某个被测频率点时，谐振腔即能吸收一部分波导管内传输的能量，并消耗在腔壁上。吸收式空腔波长计的读数是以微波系统输出指示值明显减小为判断依据的。螺旋测微计上的读数D与被测频率f已事先测量好，只要根据谐振时的D值，再查找D～F曲线，即可获得待测频率。

1 传统式测量方法

所用的测量设备有：标准频率计（标准频率计的频率准确度应优于被检波长计一个数量级），相应频段的信号源，相应频段的隔离器或衰减器，微安表，相应频段的晶体检波器，相应频段的匹配负载，系统连接用的T型接头（同轴和波导型）、波导-同轴转换器等器材。

1.1 吸收式波长计频率准确度的测量

①测试系统连接示意图如图2所示。

②对测量系统中所用仪器设备按规定进行预热。

③将信号源的工作频率调到待测频率点上，工作选择开关置于“等幅波”位置。

④调节被测波长计，使其处于谐振状态，记下频率刻度值（非直读式波长计先记下机械刻度值fx，然后可根据曲线表查出频率值），与此同时记下标准频率计的读数f0。

⑤按公式（1）计算被测波长计测量频率时的绝对误差Δ

Δ=fx-f0（1）

按公式（2）计算被测波长计测量频率时的相对误差δ

δ=■×100%（2）

⑥根据需要在波长计实际使用频段范围内选取n点，逐次改变信号源的工作频率，重复④⑤步骤。

1.2 通过式波长计频率准确度的测量

测量系统连接如图3所示。

2 波长计测量新方法的概述

现实使用中的很多波长计都不带有微安表，针对这类波长计，本文作者想给大家介绍一种快捷的测量波長计频率准确度的方法，就是用频谱仪来测量（主要针对无指示器的波长计），我们还可以在频谱仪上清楚的看到通过式波长计和吸收式波长计的区别。

例如测一个BD-1型（吸收式）波长计，它的准确度指标要求是0.05%。测试连接图如图4所示。

波长计两端用波导-同轴转换器和两根电缆连接，一根电缆接至信号源E8257C，一根经过衰减器接至频谱仪E4440A。根据波长计的曲线表把刻度设置在某一处（如10.015，查频率为

9 310.0 MHz）。信号源设置：2 dBm左右，频率：9 310 MHz。在频谱仪上也设置此频率为中心频率，span=2 MHz，1 dB/格。可根据波长计以往准确度设置频谱仪，准确度不太好的需把span放大，否则在频谱仪上无法看到峰值信号。找到信号后，打开频谱仪计数器功能，设置频谱仪为频率跟踪，微调节信号源的频率（0.1 MHz或0.01 MHz），可在频谱仪上看到峰值变化轨迹，峰值最低点即为实测值，因为前面提到的吸收式空腔波长计的读数是以微波系统输出指示值明显减小为判断依据的，所以在找到相应的频率刚好是信号幅度最小（而如果是通过式波长计，我们要找的就是峰值最高点）。注意测量时不要碰触连接电缆。

表1、表2是这一波长计传统测量数据与用频谱仪测量数据，为了便于对比，我们稍稍改变了一下传统测试的取值方式，我们是把波长计刻度固定，微调信号源的频率，使波长计达到谐振点，这样所得到两组数据的前两行是一致的。

从上面两组数据我们可以看出，两次测量的结果是非常接近的，且都达到了指标要求。

其中的误差还应考虑人为、环境条件的不同以及测试系统的误差。

3 结 语

两种测量方式最大的不同：传统方式用的是频率计测定频率，而新方法用的是频谱仪。然而用频率计测定频率也不一定就是最好的方法，因为随着电子科技发展，计量也得到了很大的受益，检测手段得到了提高，频谱仪现在已经是很常用的测试仪器了。

下面我们再把频谱仪的测频功能与频率计作一比较，如图5所示。

①设置信号源频率为9 370.000 MHz。

频率计MF2412B读数：9 369.999588 MHz。

频谱仪E4440A（span=5 MHz时）读数：9 369.999773 MHz。

频谱仪E4440A（span=2 MHz时）读数：9 369.999773 MHz。

频谱仪E4440A（span=200 kHz时）读数：9 369.999773 MHz。

②若信号源输出变为：9 370.010 MHz。

频率计读数：9 370.009591 MHz。

频谱仪E4440A（span=5 MHz时）读数：9 370.009775 MHz。

频谱仪E4440A（span=2 MHz时）读数：9 370.009775 MHz。

频谱仪E4440A（span=200 kHz时）读数：9 370.009775 MHz。

从以上数据我们可以看出，频谱仪的测频准确度已经达到“高于被检波长计一个数量级”这一要求，而且新方法中我们省去了频率计与微安表这两台主要仪器，所以采用频谱仪测试为我们节省了资源与时间。本文可以得出这样的结论：采用频谱仪测试谐振式波长计方便、快捷、直观。

参考文献：

[1] JJG 348-84，谐振式波长计试行检定规程[S].