“電磁場與電磁波”和“微波技術(shù)”實(shí)驗(yàn)大綱及指導(dǎo)說明書

1、電磁場與電磁波”和“微波技術(shù)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大綱及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書唐萬春，車文荃 編制 陳如山 審定南京理工大學(xué) 通信工程系2006 年 12 月目錄1“電磁場與電磁波”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大綱 2“電磁場與電磁波”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書實(shí)驗(yàn)一 電磁波參量的測定實(shí)驗(yàn)二 電磁波的極化 3“微波技術(shù)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大綱 4“微波技術(shù)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書實(shí)驗(yàn)一 傳輸線的工作狀態(tài)及駐波比測量 實(shí)驗(yàn)二 微波網(wǎng)絡(luò)散射參量測試 5“電磁場與電磁波”和“微波技術(shù)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)評分標(biāo)準(zhǔn)南京理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱：電磁場與電磁波開課實(shí)驗(yàn)室：電磁場與微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)至執(zhí)筆人：唐萬春審疋人：陳如山修（制）訂日期:2005 年4月一、本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與

2、要求：（約100150漢字）作為課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充和深化，特開設(shè)本課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。通過本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生能對自由空間電磁波的傳播特性有一個(gè)感性認(rèn)識，進(jìn)一步理解和加深課堂教學(xué)內(nèi)容。要求學(xué)生了解各種極化形式電磁波的形成和特點(diǎn)，掌握電磁波頻率（波長）和極化特性的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與主要內(nèi)容：序 號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型目的：了解電磁波的傳播特性。驗(yàn)證內(nèi)容：測量電磁波自由空間波長和介質(zhì)中1電磁波頻率（波長）測試2的波長；確定相位常數(shù)和波速。方法：干涉法要求：掌握測試原理。目的：了解電磁波的極化特性。內(nèi)容：線極化波、圓極化波和橢圓極化的產(chǎn)生與測試。綜合方法：用電磁波綜合測試儀測試。2電

3、磁波極化的測試2要求：掌握實(shí)驗(yàn)原理。三、實(shí)驗(yàn)說明：課程總學(xué)分3學(xué)分實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)0.25學(xué)分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)2個(gè)課程性質(zhì)通識基礎(chǔ)口學(xué)科基礎(chǔ)匸專業(yè)選修口學(xué)科選修口集中實(shí)踐環(huán)節(jié)口實(shí)驗(yàn)類別課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)匸|獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)口集中綜合實(shí)驗(yàn)口考核方式日?？己丝谠嚳诓僮骷寄芸己丝诰砻婵己丝谔峤粚?shí)驗(yàn)結(jié)果/面適用專業(yè)：通信工程，電子信息工程實(shí)驗(yàn)教材及參考書：（按編著者、教材名稱、出版社 *、出版年月順序填寫）蔣坤華電磁場實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書北京工業(yè)學(xué)院出版社，1988鐘時(shí)順，鈕茂德電磁場理論基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社,1995所屬實(shí)驗(yàn)室意見:實(shí)驗(yàn)室主任：年月所屬課程意見：（對通識基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課適用）課程負(fù)責(zé)人：年月所屬專業(yè)意見：（對

4、專業(yè)選修課、學(xué)科選修課、集中實(shí)踐環(huán)節(jié)適用）專業(yè)負(fù)責(zé)人：年月院（系）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽章：年月*由學(xué)校出版、印刷的實(shí)驗(yàn)教材（或指導(dǎo)書），統(tǒng)一寫作“南京理工大學(xué)出版”電磁場與電磁波”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書唐萬春編寫南京理工大學(xué)通信工程系二00六年十二月實(shí)驗(yàn)一電磁波參量的測定實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶）觀察電磁波的傳播特性。k和傳播速度b）通過測定自由空間中電磁波的波長，來確定電磁波傳播的相位常數(shù)V。c）了解用相干波的原理測量波長的方法。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容a）了解并熟悉電磁波綜合測試儀的工作特點(diǎn)、線路結(jié)構(gòu)、使用方法。b）測量信號源的工作波長（或頻率）。3. 實(shí)驗(yàn)原理與說明a）所使用的實(shí)驗(yàn)儀器分度轉(zhuǎn)臺晶體檢波器可變衰減器

5、喇叭天線反射板固態(tài)信號源微安表實(shí)驗(yàn)儀器布置圖如下:圖1實(shí)驗(yàn)儀器布置圖晶體檢波器參閱圖1。固態(tài)信號源所產(chǎn)生的信號經(jīng)可變衰減器至矩形喇叭天線，由喇叭天線輻射出 去，在接收端用矩形喇叭天線接收，接收到的信號經(jīng)晶體檢波器后通過微安表指示。b) 原理本實(shí)驗(yàn)利用相干波原理，通過測得的電磁波的波長，再由關(guān)系式得到電磁波的主要參量 k, v等。實(shí)驗(yàn)示意圖如圖2所示。圖中Pr0、Pr1、P2和Pr3分別表示輻射喇叭、固定反射板、可動(dòng)反射板和接收喇叭，圖中介質(zhì)板是30 30(mm)2的玻璃板，它對電磁波進(jìn)行反射、折射后，可實(shí)現(xiàn)相干波測試。設(shè)入射波為:Ee jkr圖2實(shí)驗(yàn)示意圖當(dāng)入射波以入射角i向介質(zhì)板斜投射時(shí)，在

6、分界面上產(chǎn)生反射波 E和折射波E。設(shè)入射波為垂直極化波，用 R表示介質(zhì)板的反射系數(shù)，用 To、Te分別表示由空氣進(jìn)入介質(zhì)板和由介質(zhì)板進(jìn)入空氣的折射系數(shù)。另外固定的和可動(dòng)的金屬反射板的反射系數(shù)均為-1。在一次近似的條件下，接收喇叭Pr3處的相干波分別為:EiRToT EejiE2RTToEe j 2即兩者幅度相等，相位差為（12），其中1k(LoLri)kLi2k(Lr2Lri)k(LoILri)kL2從而可得L L2 LiI因Li Lo Lri為固定值，而 L2LiI是可改變的，改變可動(dòng)反射板 R2位置而取不冋的L與E2反相時(shí)，則Pr3輸出指示為零。因此可以通過改變R2的位置即改變I值，實(shí)現(xiàn)P

7、r3輸出最大與零的重復(fù)出現(xiàn)，從而測出電磁波的波長和相位常數(shù)k。有關(guān)表達(dá)式可推導(dǎo)如下式中為了測準(zhǔn)波長12 k(L1值，一般采用這里n 0,1,2 L表示相干波EE1E2R T oT E (e j2RToT Ecos”(L2) k IF?3為零指示辦法，即cos022 (2n0的節(jié)點(diǎn),波長數(shù)，故n=0時(shí)，出現(xiàn)E 0，在R2處記為2)2)21), n 0,1,2L2而除零以外的n值,又表示相干波合成駐波的半|0。又因2I，故得(2n 1)I，或：2 I (2n 1)。為確定相干波節(jié)點(diǎn)，可把波形圖表示于圖3上。圖3波形圖n 0, 2 I 2(Lr2 Lo)(Io),得第一個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置Ion 1, 2

8、I 2(I1Io)得第二個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置hKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKnN ,212(In In 1)得第N個(gè)波節(jié)點(diǎn)位置In可見，當(dāng)波節(jié)點(diǎn)總數(shù)為（n 1）時(shí)，Pr2上移動(dòng)的總距離為（In Io），它相當(dāng)于n個(gè)半波長數(shù)。即：2(In Io) n，故:處皿。根據(jù)：n2 k , v f k就可得到所測電磁波的參量、k、v等值?？梢姕y試波長所用公式得出的是平均值。從理論上講，n值越大，測出的 值精度應(yīng)越高。實(shí)際測試時(shí)，一般取 n=4已足夠，這時(shí)相應(yīng)于 5個(gè)波節(jié)點(diǎn)，所測的波長為2（4 I。）4它表示5個(gè)波節(jié)點(diǎn)的距離（14 Io），相應(yīng)于4個(gè)半波長。由于被測場 E處于近區(qū)場范圍內(nèi),不僅影響

9、著駐波節(jié)點(diǎn)位置均勻分布，而且使波幅值也有起伏。4. 實(shí)驗(yàn)步驟a）了解并熟悉電磁波綜合測試儀的工作特點(diǎn)、線路結(jié)構(gòu)、使用方法。b）測量電磁波的波長。首先調(diào)整好電磁波綜合測試儀，使其能正常工作。 然后測出電磁波的波長， 根據(jù)測出的值，得到電磁波的重要參量k，由k值可計(jì)算出傳播速度2vck Jooc）用波長計(jì)（或頻率計(jì)）測出信號源的工作波長（或頻率）。把測試值填入表1中。如采用3cm標(biāo)準(zhǔn)信號源, 則可改變信號源工作頻率 f0（即改變0 ）。由以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，得到相應(yīng)的電磁波參量，k,v，并與0， ko， Vo作比較（如使用該儀器本身的固態(tài)信號源，它已調(diào)定在一個(gè)固定頻率fo上工作，故V及k不能改變）。表1

10、電磁波參量測試數(shù)據(jù)表波長表（頻率計(jì)）讀數(shù) 0微安表零指示次數(shù)（n 1）可動(dòng)板總位移1 ln l0自由空間中波長2-1n波的相位常數(shù)k 波的相速度 v 2 fok5. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)步驟（包括使用設(shè)備，實(shí)驗(yàn)框架圖，實(shí)驗(yàn)原理等）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論 （對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中碰到的一些問題的解釋） 結(jié)論（實(shí)驗(yàn)的收獲，或者某些建議等等）6 安全說明在本實(shí)驗(yàn)室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（10mW/cm）,不會對人體造成任何傷害。但是，在實(shí)驗(yàn)期間，請注意以下事項(xiàng)：a）不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看；b）不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端；c）在拆/

11、裝微波元器件時(shí)，請關(guān)掉微波信號源。7.思考題：用相干波測量自由空間波長時(shí)，介質(zhì)板所放位置，為什么必須如圖1所示?若把介質(zhì)板轉(zhuǎn)90，將發(fā)生何種現(xiàn)象？這時(shí)，能否測準(zhǔn)電磁波波長？為什么?實(shí)驗(yàn)二電磁波的極化1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯烤€極化、圓極化和橢圓極化電磁波的產(chǎn)生和各自的特點(diǎn)。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容a）圓極化波的調(diào)整與測試b）線極化波的調(diào)整與測試c）橢圓極化波的調(diào)整與測試3. 實(shí)驗(yàn)原理a）所使用的實(shí)驗(yàn)儀器固態(tài)信號源頻率計(jì)衰減器矩形喇叭圓形喇叭檢波器微安表實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1所示。固態(tài)信號源圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖電磁波綜合測試儀中輻射喇叭（3cm波段）支路由固態(tài)信號源、頻率計(jì)（或波長計(jì)）、衰減器及圓形喇叭等組成。固態(tài)信號源

12、的工作頻率f =9370MH左右，接收喇叭支路由矩形喇叭、 檢波器、微安表等組成。E的末端b）原理電磁波極化是指電磁波在無限大均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，空間某點(diǎn)上電場強(qiáng)度矢量隨時(shí)間變化的軌跡。當(dāng)電場矢量末端總在一直線上周期地變化時(shí)， 稱為線極化波；當(dāng)電場矢 量末端軌跡是圓或橢圓時(shí)，即電場矢量末端總在圓或橢圓上周期地變化時(shí)， 稱為圓極化波或 橢圓極化波。無論是線極化波，左、右旋圓極化波，左、右旋橢圓極化波，都可由兩個(gè)同頻率且場矢量相互正交的線極化波組合而成。本實(shí)驗(yàn)利用方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換，介質(zhì)圓波導(dǎo)和圓錐喇叭連接而成的電磁波極化天線，分別研究波的極化一一線極化波、圓極化波和橢圓極化波的特性。TEioEnEtEn

13、介質(zhì)圓波導(dǎo)圓喇叭ErTE110圖2圓極化波輻射裝置圖2所示為圓極化波輻射裝置，其中介質(zhì)圓波導(dǎo)可做3600旋轉(zhuǎn)，并有刻度指示轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。當(dāng)TEo波經(jīng)方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換到圓波導(dǎo)口面時(shí)則過渡為TEii波，并在介質(zhì)圓波導(dǎo)內(nèi)分成兩個(gè)分量的波，即垂直界面片平面的一個(gè)分量和平行介質(zhì)面的一個(gè)分量。實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)為9370MHz左右使兩個(gè)分量的波相位差 900，適當(dāng)調(diào)整介質(zhì)圓波導(dǎo)（亦可轉(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)片）的角度使兩個(gè)分 量的幅度相等時(shí)則可得到圓極化波。當(dāng)方圓波導(dǎo)使TE。的EY波過渡到TEi成為RP波后，在裝有介質(zhì)片的圓波導(dǎo)段內(nèi)分成E和&兩個(gè)分量的波，因Et和En的速度不同，Vc Vn Vt Vc/. r ,當(dāng)介質(zhì)片的長度L取得

14、合適時(shí)，使En波的相位超前Et波的相位900，這就實(shí)現(xiàn)了圓極化波相位條件的要求；為使Et和En的幅度相等，可使介質(zhì)片的 n方向跟Y軸之間夾角為45，若介質(zhì)片的損耗略去不計(jì)，則有EtmEnm1.2E實(shí)現(xiàn)了圓極化波幅度條件的要求（有時(shí)需稍偏離45以實(shí)現(xiàn)幅度相位的要求）。為了確定圓極化波右旋、 左旋的特性，把n轉(zhuǎn)到丫方向符合右手螺旋規(guī)則的波，定為右旋圓極化波；把n轉(zhuǎn)到丫方向符合左手螺旋規(guī)則的波，定為左旋圓極化波。波極化天線除作為圓極化波工作外， 也可作線極化波，橢圓極化波工作使用。 當(dāng)作線極 化波工作時(shí)，介質(zhì)片 n與丫軸相垂直（或平行）。當(dāng)作橢圓極化波工作時(shí)，介質(zhì)片n與丫夾角可在 =0-45 之間。

15、4. 實(shí)驗(yàn)步驟a）圓極化波的調(diào)整與測試根據(jù)圓極化波的條件，兩個(gè)同頻率的正交場相干波必須幅度相等，相位差。2A為此將反射板和介質(zhì)板拿掉，把輻射喇叭換成圓喇叭， 轉(zhuǎn)動(dòng)圓喇叭使介質(zhì)片的 n方向跟Y軸之間夾角為45左右，然后固定圓喇叭，再把接收喇叭調(diào)整到與圓喇叭成一直線。轉(zhuǎn)動(dòng)接收喇叭，每隔10測量一次，讀取微安表上的讀數(shù)，并填入下表，最后算出圓極化波的橢 圓度 e , Imin / I max 值。表1圓極化波調(diào)整與測試數(shù)據(jù)表接收喇叭轉(zhuǎn)動(dòng)角度微安表讀數(shù)（A）橢圓度b）線極化波的調(diào)整與測試A轉(zhuǎn)動(dòng)圓喇叭使介質(zhì)片的 n方向跟Y軸之間夾角為00或90，就可以得到線極化波。固定 圓喇叭，轉(zhuǎn)動(dòng)接收喇叭，每隔10測

16、量一次，讀取微安表上的讀數(shù)，并填入下表。表2線極化波的調(diào)整與測試數(shù)據(jù)表接收喇叭轉(zhuǎn)動(dòng)角度微安表讀數(shù)（A）c）橢圓極化波的調(diào)整與測試調(diào)整與測試橢圓極化波的方法與內(nèi)容同a、b項(xiàng)，要注意的是圓喇叭的轉(zhuǎn)角在0-45之間，按表3列出記錄表格，最后計(jì)算出橢圓極化波的橢圓度e lmin/lmax值。表3橢圓極化波的調(diào)整與測試數(shù)據(jù)表接收喇叭轉(zhuǎn)動(dòng)角度微安表讀數(shù)（A）橢圓度5. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告提綱包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)步驟（包括使用設(shè)備，實(shí)驗(yàn)框架圖，實(shí)驗(yàn)原理等）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論 （對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中碰到的一些問題的解釋）結(jié)論（實(shí)驗(yàn)的收獲，或者某些建議等等）6. 安全說明在本實(shí)驗(yàn)室

17、中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（10mW/crn）,不會對人體造成任何傷害。但是，在實(shí)驗(yàn)期間，請注意以下事項(xiàng)：a）不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看；b) 不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端 ;c) 在拆 /裝微波元器件時(shí)，請關(guān)掉微波信號源。7思考題： 一右旋圓極化波從空氣正入射到另一種媒質(zhì)表面，反射波與透射波的旋向如何(左旋還是右旋)？南京理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱：微波技術(shù)開課實(shí)驗(yàn)室:電磁場與微波技術(shù)實(shí)驗(yàn)至執(zhí)筆人：車文荃，趙志林審疋人：陳如山修（制）訂日期：2005 年4月一、本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與要求：（約100150漢字）教學(xué)目的：課內(nèi)實(shí)驗(yàn)作為課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充，

18、可以加深學(xué)生對物理概念及基本理論的理解和掌握，并為進(jìn)一步的工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)要求：要求學(xué)生了解無耗傳輸線在終端接不同負(fù)載時(shí)的三種工作狀態(tài)，掌握波導(dǎo)測量線的工作原理及測試方法。要求學(xué)生掌握微波網(wǎng)絡(luò)散射參量的概念，以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 的使用方法。、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與主要內(nèi)容：序?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)實(shí)驗(yàn)王要內(nèi)容號時(shí)類型目的:了解無耗傳輸線（矩形波導(dǎo)）在終12驗(yàn)證端接不同負(fù)載時(shí)的工作狀態(tài)。傳輸線工作狀態(tài)的測試內(nèi)容:測量傳輸線終端分別接短路，開路及匹配負(fù)載時(shí)波導(dǎo)中的電場幅度沿傳播方向的分布曲線，并由此計(jì)算三種狀態(tài)下的駐波比。測量輸入阻抗。方法:用波導(dǎo)測量線進(jìn)行測量要求:掌握波導(dǎo)測量線的測試方法2微波網(wǎng)絡(luò)散射

19、參量測試2驗(yàn)證目的:了解散射參量的物理概念及測量方法。內(nèi)容:測試微波兀件的散射參量。方法:用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量。要求:掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)說明：課程總學(xué)分3學(xué)分實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)0.25學(xué)分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)2個(gè)課程性質(zhì)通識基礎(chǔ)口學(xué)科基礎(chǔ)口專業(yè)選修巴 學(xué)科選修口集中實(shí)踐環(huán)節(jié)口實(shí)驗(yàn)類別課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)匸|獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)口集中綜合實(shí)驗(yàn)口日常考核口操作技能考核口卷面考核口提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果*/面考核方式試口適用專業(yè)：通信工程，電子信息工程實(shí)驗(yàn)教材及參考書：（按編著者、教材名稱、出版社 院（系）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽章：年月 由學(xué)校出版、印刷的實(shí)驗(yàn)教材（或指導(dǎo)書），統(tǒng)一寫作“南京理工大學(xué)出版”“微波技術(shù)”課內(nèi)實(shí)驗(yàn)指

20、導(dǎo)書、出版年月順序填寫） 趙春暉，楊莘元微波測量與實(shí)驗(yàn)教程哈爾濱工程大學(xué)出版社，2000 廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社，2004顧繼慧.微波技術(shù).科學(xué)出版社，2005所屬實(shí)驗(yàn)室意見：實(shí)驗(yàn)室主任：年月所屬課程意見：（對通識基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課適用）課程負(fù)責(zé)人：年月所屬專業(yè)意見：（對專業(yè)選修課、學(xué)科選修課、集中實(shí)踐環(huán)節(jié)適用）專業(yè)負(fù)責(zé)人：年月車文荃 編寫南京理工大學(xué)通信工程系00 六年十二月實(shí)驗(yàn)一 傳輸線的工作狀態(tài)及駐波比測量2實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄o耗傳輸線(矩形波導(dǎo))在終端接不同負(fù)載時(shí)的工作狀態(tài)。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容判定傳輸線a) 測量傳輸線終端接不同負(fù)載時(shí)傳輸線中的電場幅度沿傳播方向的分布， 的工作

21、狀態(tài)b) 求出波導(dǎo)波長和駐波比4實(shí)驗(yàn)原理a) 所使用的實(shí)驗(yàn)儀器及元器件 信號源 同軸 -波導(dǎo)變換 鐵氧體隔離器 頻率計(jì) 衰減器波導(dǎo)測量線選頻放大器負(fù)載（短路負(fù)載，開路負(fù)載，匹配負(fù)載和任意負(fù)載）b） 原理傳輸線的工作狀態(tài)（電場幅度分布）在無耗傳輸線的終端連接不同的負(fù)載時(shí)，傳輸線將呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。當(dāng)終端接與傳輸線特性阻抗相等的匹配負(fù)載時(shí)，只有入射波，沒有反射波，傳輸線工作在行波狀態(tài)。行波狀態(tài)下傳輸線上的電壓（電流）幅度沿傳輸方向的分布如圖1所示。X&z *0圖1傳輸線行波狀態(tài)電壓（電流）幅度沿傳播方向的分布當(dāng)終端接與短路，開路或純電抗負(fù)載時(shí)，終端將發(fā)生全反射，傳輸線工作在純駐波狀態(tài)。 純駐波狀

22、態(tài)下傳輸線上的電壓 （電流）幅度沿傳輸方向的分布如圖 2所示（以終端短路 為例）。測量傳輸線的工作狀態(tài)（電場分布）是采用測量線技術(shù)。測量線的主體是一段在波導(dǎo)寬 邊中間開槽的矩形波導(dǎo)，有一根探針通過波導(dǎo)的槽縫伸進(jìn)波導(dǎo)內(nèi)，并可以沿傳輸線移動(dòng)。當(dāng)探針位于某一個(gè)位置時(shí)， 與所在位置的電場發(fā)生耦合，在探針上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢， 由檢波二極管轉(zhuǎn)換為檢波電流， 并通過選頻放大器指示出來。當(dāng)探針沿波導(dǎo)移動(dòng)時(shí)， 放大器讀數(shù)就間接地反映了波導(dǎo)內(nèi)電場大小的分布。將探針位置D與檢波電流I的測量值繪制成曲線，即為傳輸線上的電場幅度分布曲線，由此也就知道了傳輸線的工作狀態(tài)。導(dǎo)波長go電壓駐波比計(jì)算電壓駐波比描述了負(fù)載的匹配特

23、性，是反映傳輸線上不匹配情況的量，駐波比的定義為:maxEmin即傳輸線中的電場幅度的最大值與最小值之比。因?yàn)闇y得的是檢波電流， 而檢波電流與電場的關(guān)系是I KEn，n為檢波二極管的檢波律。在實(shí)驗(yàn)中一般為小信號檢波，可以取n=2，即平方律檢波，則上式（1）可表示為1I 空max min式中Imax和lmin分別為波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)的檢波電流值。4.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)所用原理框圖如圖 3所示。信號源選頻放大器DLTT門：鋁 冋鬥 十屮 U -IQuiinmhj同軸-波導(dǎo)隔離器波長計(jì) 衰減器波導(dǎo)測量線待測負(fù)載圖3實(shí)驗(yàn)框圖首先將測量線終端接短路負(fù)載，這時(shí)在傳輸線上形成全駐波，然后將探針移到測量線左 端的一個(gè)波

24、節(jié)點(diǎn)，記下探針位置 D（mr）和檢波電流I （ A）值，以后每向右移動(dòng)探 針2mm記錄一個(gè)D和I值，直到測出兩個(gè)完整的駐波。將測量線終端分別換接匹配負(fù)載（行波狀態(tài)）和開口波導(dǎo)（行駐波狀態(tài)），同樣用上述方法進(jìn)行測量。測量傳輸線終端為開口波導(dǎo)時(shí)的Imax和lmin值，用式（2 ）計(jì)算駐波比5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出傳輸線在三種工作狀態(tài)時(shí)的電場幅度分布曲線。根據(jù)測量的I max和I min值計(jì)算開口波導(dǎo)的駐波比 。由測試數(shù)據(jù)求得矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長，并與理論計(jì)算結(jié)果比較。實(shí)驗(yàn)報(bào)告提綱包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)步驟（包括使用設(shè)備，實(shí)驗(yàn)框架圖，實(shí)驗(yàn)原理等） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）

25、 討論（對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中碰到的一些問題的解釋） 結(jié)論（實(shí)驗(yàn)的收獲，或者某些建議等等）6思考題a. 波導(dǎo)測量線上的槽縫為何開在波導(dǎo)寬邊的中間？b. 信號源為何選用方波調(diào)制？c. 測量線的探針插入波導(dǎo)太深是否會影響測試結(jié)果？d. 為什么所測開口波導(dǎo)的駐波比不是無窮大？如何實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的理想開路？7安全說明在本實(shí)驗(yàn)室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（10mW/cm）,不會對人體造成任何傷害。但是，在實(shí)驗(yàn)期間，請注意以下事項(xiàng) :a）不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看 ;b）不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端 ;c）在拆/裝微波元器件時(shí)，請關(guān)掉微波信號源。實(shí)驗(yàn)二微波網(wǎng)絡(luò)散射參量測試1.

26、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量負(fù)載的阻抗、回波損耗、駐波，以及同軸可變衰減器的插入損耗，掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本使用方法，加深對網(wǎng)絡(luò)散射參量的認(rèn)識和理解。2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波（2）測量同軸可變衰減器的插入損耗3. 實(shí)驗(yàn)原理a）所使用的實(shí)驗(yàn)儀器及元器件矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 PNA3623 （掃頻范圍：30-3200MHz,雙測試通道）3dB電橋10dB衰減器同軸可變衰減器（待測件）b）原理眾所周知，微波元器件的作用是用來控制電磁波的振幅，相位等的變化，這些變化可以用輸入駐波比，回波損耗，插入損耗等外部特性參量來描述。而外部特性參量又可以用微波網(wǎng)絡(luò)參量來表示。因此，首先

27、用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量待測元器件的散射參量，然后得到反映元器件特性的外部特性參量。圖1所示為微波二端口網(wǎng)絡(luò)的示意圖。廠hv二端口 微諛網(wǎng)絡(luò)|L*% 70Z圖1微波二端口網(wǎng)絡(luò)示意圖散射參量S的定義為:U% % S2 U%U%2 s“ S22 U%2散射參量矩陣S中各元素的意義分別為：Si：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端口的電壓反射系數(shù)；S2 :當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)，輸出端口的電壓反射系數(shù)；S2 :當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)，輸出端口到輸入端口的電壓傳輸系數(shù); Si：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端口到輸出端口的電壓傳輸系數(shù)。因此網(wǎng)絡(luò)輸入端電壓反射系數(shù)的模I I |S，故輸入駐波比為:(2)1Sii回波損耗(r

28、eturn loss ) Lr:回波損耗用來描述反射系數(shù)的幅度，有時(shí)又稱為失配損耗。它與負(fù)載反射系數(shù)大小有關(guān)，其絕對值越大，則表明負(fù)載匹配越好，反射越小。弓I入回波損 耗以后，反射系數(shù)的大小就可用dB形式來表示。Lr110lg 220lg| |(dB) 20lg j (dB)插入損耗(Insertion loss)IL :插入損耗定義為網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負(fù)載時(shí)，網(wǎng)絡(luò)輸入端入射波功率Pi與負(fù)載吸收功率PL之比，即:用分貝表示，為:IL1(dB)4. 實(shí)驗(yàn)步驟(1)測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波a) 開機(jī)(按照說明書要求)，把頻率范圍設(shè)為1.8GHz3.2GHz。 設(shè)定 BF: 1800MHz; F

29、: 20MHz; EF : 3200MHz; N=71。b) 按圖2所示把電橋連接好，并選擇測試B端口回?fù)p。輸L c出輸入A輸入 BO電橋圖2負(fù)載反射特性測試框圖c) 開路校準(zhǔn)：把開路器接上，按執(zhí)行,光標(biāo)在Smith圓圖上右端閃爍。短路校準(zhǔn)：把短路器接上，按執(zhí)行,光標(biāo)在Smith圓圖上左端閃爍。d) 測負(fù)載：接上待測負(fù)載，可用 Smith圓圖看出變化趨勢。e) 測回波損耗按菜單選擇“對數(shù)”，再按執(zhí)行，即可出現(xiàn)回波損耗曲線，讀出數(shù)據(jù)，列表并畫圖。f) 測駐波按菜單，把光標(biāo)移到駐波，按執(zhí)行即可，有四檔可選讀數(shù)范圍，讀出數(shù) 據(jù)，列表并畫圖。(2)測量同軸可變衰減器的插入損耗a)按圖3所示連接好。輸出輸入A輸入B10dB衰減器OOO匚待測器件10dB衰減器b)在主菜單上按“圖3待測器件連接框圖”鍵光標(biāo)移到測： A B下，按t或鍵使A為插損，B下為空白。c）直通校準(zhǔn)按“J”使光標(biāo)停在校：直通下，按“執(zhí)行”鍵，此時(shí)為直通狀態(tài)，測試系統(tǒng)（如電纜，10dB的衰減器）的插入損耗即歸零，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入測試狀態(tài)。d）測同軸可變衰減器的插入損耗將待測試的同軸可變衰減器接到兩電纜之間，按“主菜單”，用“ ”鍵把光標(biāo)移到“對數(shù)”，按“執(zhí)行”即可出現(xiàn)插入損耗曲線，讀出數(shù)據(jù)，列表并畫圖。5. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告a. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出待測負(fù)載在1.8GHz3.2GHz的范圍內(nèi)的回波損耗及駐