摘 要

本文主要研究并设计出一套用于微波传输线特性参数即微波波长测量的设备，首先使用压控振荡器产生高频电磁波，然后采用平行双导线作为电磁波的传输载体，利用步进电机搭载电压信号的采集系统，获取平行双线上的电压信号值，通过单片机对于电压信号进行处理并与电脑相连接，最后在电脑上编写Labview程序，通过简单易懂的可视化界面，控制信号的采集过程和处理过程，并将分析结果和实验波形图直观的展现出来。该系统的测量结果显示双线传输线的波长测量误差在1%以下，输出的电压信号波形也符合驻波的要求，因此本系统初步达到预期设计目标。

本测量系统的特色在于具有实时控制、人机交互界面友好、功能实现较为优秀的特点，能够满足一定频率范围内的微波波长测量，是一套不可多得的微波测量系统。

关键词：微波测量；传输线；信号采集系统；Labview

Abstract

In this paper, we mainly study and design a set of microwave wavelength measurement for the microwave transmission characteristics of the device, the first use of voltage-controlled oscillator to produce high-frequency electromagnetic waves, and then use parallel double wire as the transmission carrier of electromagnetic waves. In order to obtain the parallel voltage signal on the transimission lines,we use the stepper motor to carry voltage signal Acquisition system,use the microcontroller for the voltage signal processing and connect it with the computer, and finally written on the computer Labview program, through a simple and easy to understand the visual interface, control signal acquisition process and process . And the analysis of the results and experimental waveforms show an intuitive.The measurement results of the system show that the wavelength measurement error of the two-wire transmission line is less than 1%, and the output voltage signal waveform also meets the requirements of the standing wave. Therefore, the system has achieved the expected design goal.    

The measurement system is characterized by a real-time control, friendly and user-friendly interface, the function to achieve more excellent features, to meet a certain frequency range of microwave wavelength measurement, is a rare microwave measurement system.

Key Words：Microwave measurement; transmission line; signal acquisition system;Labview

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 2

第2章 传输线基本理论 4

2.1传输线的定义及分类 4

2.2长线理论 4

2.2.1传输线方程与特性参数 4

2.2.2传输线反射系数与工作状态 6

2.2.3长线的阻抗匹配 8

第3章 数据采集系统 10

3.1信号采集方案的比较 10

3.2有效值检测与运放模块 11

3.2.1 检测要求与芯片简介 11

3.2.2有效值检测电路设计 12

3.2.3 轨对轨运放模块电路设计 13

3.3模数转换模块 14

3.4单片机控制与串口通信模块 16

3.5采集系统完整电路图 18

第4章 软件设计与结果分析 21

4.1 软件要求与开发平台选择 21

4.2 程序开发 21

4.2.1配置、写入与读取、关闭串口 21

4.2.2 位置、电压信号的分离与滤波 23

4.2.3公式节点的运用 24

4.2.4测量结果的显示部分 25

第5章 测试结果及结论 27

5.1测试结果 27

5.2结论 28

第6章 总结与展望 30

参考文献 31

附录 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1研究的背景及意义

第二次世界大战至今是微波技术发展的黄金时期，在此之前，军事上的迫切需要使得世界各国对微波技术方面的研究格外重视，由于对于应用的严格要求，使得理论研究跟不上实际应用的步伐^[1]。而二战之后，微波技术的发展空前绝后，不仅仅有对于微波传输基础理论的深入研究，还衍生出多个学科分支^[2]。并一直处于不断的进步与发展之中，微波测量技术在这样的学术环境下应运而生。

微波测量技术是一门微波技术中的独立学科，它是用于测量高频微波信号及其电路的一项或多项技术^[3]。它并不是一项新生事物，人们在最初应用微波时可以说就已经有意无意的应用了该技术，只是在最近才从微波技术中分离出来形成一门独立的学科，这也更加清楚地显现出了它的重要性，它的研究对于微波理论与应用的进一步发展有着不可替代的作用，只有对于微波器件以及微波信号的测量能够走在研究的前列，微波技术的发展才有充分的保障与推动力。

本论文使用到的微波测量技术涵盖的理论范围相当广泛，不仅涉及了微波技术基础中的有关传输线的知识，在信号的采集部分还用到了数字电路和模拟电路的所学知识，而在控制部分则需要单片机理论的支撑，在数据的可视化方面用到了LABVIEW软件的基于数据流的编程方法。这样一个系统的建立对于本科生的毕业设计是很有挑战性的，需要结合几乎本科所学的所有内容才能完成。

我设计的该微波传输线特性参数的测量系统具有测量过程快速化、测量结果直观形象、人机交互界面友好等特点。通过对系统信号采集电路的不断改进和软件算法的逐步优化,减少了硬件及测量方法带来的误差,系统测量的精确度得到了较大的提高，能够满足对于高频电磁波的波长测量要求，通过测量微波传输线上的电压有效值来测高频电磁波的波长，该设计因而还具有一定的创新性。

1.2国内外研究现状

微波测量技术在当前社会的诸多领域得到了广泛的应用，使得我们的日常生活方便了不少，当然也正是在这方面需求的旺盛，反过来刺激并推动了微波测量技术的日新月异的发展。