微波速調(diào)管及傳輸特性測量.doc

得分教師簽名批改日期深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告課程名稱： 近代物理實驗 實驗名稱： 微波速調(diào)管及傳輸特性測量 學(xué)院： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 組號 指導(dǎo)教師： 報告人： 學(xué)號： 實驗地點 實驗時間： 實驗報告提交時間： 一、 實驗?zāi)康腶) 要求學(xué)全使用基本微波器件,了解微波振蕩源的基本工作特性和微波的傳輸特性。 b) 掌握頻率、功率以及駐波比等基本量的測量,培養(yǎng)實驗報告規(guī)范與處理能力。c) 作圖作表與數(shù)據(jù)處理能力,基本實驗的測試能力。二、實驗原理1.微波的傳輸特性在微波波段，為了避免導(dǎo)線輻射損耗和趨膚效應(yīng)等的影響，一般采用波導(dǎo)作為微波傳輸線微波在波導(dǎo)種傳輸具有橫電波(TE波)，橫磁波(TM波)和橫電波與橫磁波的混合波三種形式矩形波導(dǎo)是較常用的傳輸線之一,它能傳輸各種波型的橫電波(TE波)，橫磁波(TM波)微波實驗中使用的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管，通常采用的傳輸波型是TE-1o波波尋中存在入射波和反射波，描述波尋管中匹配和反射程度的物理量是駐波比或反射系數(shù)依據(jù)終端負(fù)載的不同波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：(1)當(dāng)終端接“匹配負(fù)載”時反射波不存在，波導(dǎo)中呈行波狀態(tài)；(2)，當(dāng)終端接”短路片”開路或接純電抗性負(fù)載時,終端全反射，波導(dǎo)中呈純駐波狀態(tài);(3)一般情況下，終端是部分反射,波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切胁?，也下是純駐波，而是呈行駐波狀態(tài) 2微波頻率的測量微波的頻率是表征微波倌號的一個重要物理量頻率的測量通常采用數(shù)字式頻率計或吸收式頻率計進(jìn)行測量下面主要介紹較常用的吸收式頻率計計的工作原理當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計，使其目身空腔的固有頻率與微波信號頻率相同時，則產(chǎn)生諧振，此時通過連接在微波通路上的微安表或功率計可觀察到信號幅度明顯減小的現(xiàn)象注意，應(yīng)以減幅最大的位置作為判斷畫頻率測量值的依據(jù) 3微波功率的測量微波功率是表征微波信號強弱的一個物理量通常采用替代或比較的萬法進(jìn)行測量也就是將微波功率借助于能量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成易于測量的低頻或直流物理量來實現(xiàn)微波功率的測量實驗室中通常采用吸收式微瓦功率計(如GX2A)在功率計探頭表面。用兩種不同金屬噴鍍在薄膜基體上形成熱電堆，放在同軸線的電場中間它既是終端吸收的負(fù)載,又是熱電轉(zhuǎn)換元件在未輸入微波功率時熱電堆節(jié)點之間沒有有溫差，因而沒有輸出；當(dāng)輸入微波功率時，熱電元件吸收微波功率使熱電堆的熱節(jié)點溫度升高.這就與冷節(jié)點產(chǎn)生溫差而引起溫差電動勢(微弱的直流電勢)，且該元件產(chǎn)生的直流電勢是與輸入微波功率成正比例的熱電堆輸出的微弱直流訊號再輸入到一只高靈敏度的直流放大器作功翠直讀指示 4 、波導(dǎo)波長和駐波比的測量關(guān)于駐波比，定義為波導(dǎo)中駐波極大值點與駐波極小值點的電場之比即 其中Ema和Emin分別表示波導(dǎo)中駐波極大值點與駐波極小值點的電場強度.實臉中通常采用測量線來測定波導(dǎo)波長和駐波比，其結(jié)構(gòu)如圖8.11所示使用駐波測量線進(jìn)行測量時要考慮探針在開槽波導(dǎo)管內(nèi)有適當(dāng)?shù)拇┥於?，探針穿伸度一般取波?dǎo)窄邊寬度的510實驗前應(yīng)注意駐波測量線的調(diào)諧使其既有最佳靈敏度， 又使探針對微波通路的影響降至最低一股是將測量線終端短接形成純駐波場移動探針置于波腹點調(diào)節(jié)測量線，使得波腹點位置的檢波電流最大,反復(fù)進(jìn)行多次.(1) 駐波比的測量由于終端負(fù)載不同, 駐波比也有大中小之分，因此，駐波比測量的首要問題是，根據(jù)駐波極值點所對應(yīng)的檢波電流0，粗略估計駐波比的大小.在此基礎(chǔ)上,再作進(jìn)一步的精確測定實驗中微波信號比較弱，可認(rèn)為檢波晶體(微波二極管)符合平方律檢波,即IV2若不然，需進(jìn)行修正依據(jù)公式求出P的粗略值后，再按依照駐波比的三種情況,進(jìn)一步精確測定P值a)大駐波比(6)，的測量在大駐波比的三種情況下，檢波電流Imax與Imin相差太大，在波節(jié)點上檢波電流極微，在波腹上二極管檢波特性遠(yuǎn)離平方律，故不能用(81 .2)式計算駐波比,可采用“二倍極小功率法”如圖8.1.2所示,利用駐波測量線測量極小點兩旁功率為其二倍的點坐標(biāo),進(jìn)而求出d,則b)中駐波比(1.5P6)的測量中駐波比的情況可直接根據(jù)式(8.1.2)計算,c)小駐波比(1.0051.5)的測量.在小駐波比情況下,駐波極大值點與極小值點的檢波電流相差細(xì)微,因此采用測量多個相鄰波腹與波節(jié)點的檢波電流值，進(jìn)而取平均的方法(2)波導(dǎo)波長的測量波導(dǎo)波長在數(shù)值上為相鄰兩個駐波極值點(波腹或波節(jié))距離的兩倍由于場強在極大值點附近變化緩慢，峰頂位置不易確定，買際采用測定駐波極小點的位置來求出波導(dǎo)波長考慮到駐波極小點附近變化平緩，因而測量值不夠準(zhǔn)確為此，測量時通常不采取直接測量駐波極小點位置的方式，而是通過平均值間接測量.亦即測極小點附近兩點(此兩點在指示器上的輸出幅度相等)的坐標(biāo),然后取這兩點坐標(biāo)的平均值,即得極小點坐標(biāo).如圖8.1.3所示,兩個相鄰極小點的距離為半個波導(dǎo)波長g,測量計算公式為其中(x1,x1)、(x2,x2)分別為極小值點兩旁輸出幅度相等得兩點坐標(biāo).三、實驗儀器以及實驗內(nèi)容1、微波頻率的測量2、駐波比的測量關(guān)于駐波比，定義為波導(dǎo)中駐波極大值點與駐波極小值點的電場之比即其中Emax和Emin分別表示波導(dǎo)中駐波極大值點與駐波極小值點的電場強度.3、波導(dǎo)波長的測量波導(dǎo)波長在數(shù)值上為相鄰兩個駐波極值點(波腹或波節(jié))距離的兩倍由于場強在極大值點附近變化緩慢，峰頂位置不易確定，買際采用測定駐波極小點的位置來求出波導(dǎo)波長考慮到駐波極小點附近變化平緩，因而測量值不夠準(zhǔn)確為此，測量時通常不采取直接測量駐波極小點位置的方式，而是通過平均值間接測量.亦即測極小點附近兩點(此兩點在指示器上的輸出幅度相等)的坐標(biāo),然后取這兩點坐標(biāo)的平均值,即得極小點坐標(biāo)。四、數(shù)據(jù)處理1.功率（電流代替）和頻率的特性：U/V020406080100120140I/uA01.152.6003.600U/V160180200220240260280300I/uA01.63.851.650000由UI關(guān)系曲線可見解看出反射速調(diào)管的功率和頻率特性：反射速調(diào)管并不是在任意的反射極電壓下都能發(fā)生震蕩，只有在特點反射電壓下才能震蕩。在振蕩模中心，輸出功率最大，且輸出功率P和振蕩頻率f隨反射極電壓的變化比較慢。2.測量共振頻率：f=9.464GHz3.駐波測量I/uAX/mmI/uAX/mmI/uAX/mmI/uAX/mm13.55233.6453.5673.434.2254.35474.2569454.7274.9494.85714.775.1295.4515.2735.195.3315.3535.3755.15114.8334.9554.9774.85134.2354.35574.2794.5153.4373.6593.4813.6172.9392.95612.8833192.7412.75632.6213433652.85由X-I關(guān)系圖可得：波導(dǎo)波長g=（X2+X2”）-（X1+X1”）=(61+65)-(39+43)=44mm大駐波比：= g/d = 44/2 = 7.01中駐波比：= Emax/Emin=（Imax/Imin）1/2=（5.4/2.6）1/2=1.44小駐波比：= （Emax1+ Emax2+ Emax3+ Emax4）/（Emin1+ Emin2+ Emin3） = （5.3+5.4+5.3+5.15）/（2.7+2.75+2.6）=1.87五、思考題1.駐波測量線的調(diào)節(jié)應(yīng)注意哪些問題？答：使用駐波測量線進(jìn)行測量時，要考慮探針在開槽波導(dǎo)管內(nèi)有適當(dāng)?shù)拇┥於?，探針伸度一般取波?dǎo)管窄邊寬度的5%-10%。實驗前，注意博導(dǎo)現(xiàn)的調(diào)節(jié)，使其有最佳的靈敏度，又使探針對微波通路的影響降至最低。一般是將測量線終端短接，形成駐波場，一下哦那個探針置于波腹點，調(diào)節(jié)測量線，使波腹點的位置的檢波電流最大，反復(fù)多次。2.駐波測量線測定波導(dǎo)波長的方法波導(dǎo)波長g與自由空間波長的大小關(guān)系如何?答： g=（X2+X2”）-（X1+X1”） 其中（X2、X2”），（X1、X1”）分別是極小值點兩旁輸出幅度相同的兩點坐標(biāo)。3.為什么有時晶體檢波器在速調(diào)管和檢波二極管都完好的情況下，會出現(xiàn)輸出信號很小的現(xiàn)象，如何調(diào)節(jié)?答：當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計時，使其自身空腔的固有頻率與微波信號頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時信號幅度會明顯減小，因此，應(yīng)調(diào)節(jié)頻率計，使其自身固有頻率不等且與信號頻率相差很大。六、實驗結(jié)論 本次實驗學(xué)習(xí)了如何使用基本微波