3cm波導(dǎo)測試系統(tǒng)硬件實驗.doc

1、實驗二、3cm 波導(dǎo)測試系統(tǒng)硬件實驗班級：學(xué)號：姓名：報告日期：一、實驗?zāi)康模?. 學(xué)習(xí)波導(dǎo)理論，掌握矩形波導(dǎo)TE10 基本設(shè)計方法及波導(dǎo)內(nèi)的電磁波傳播特性；2.理解行波，純駐波，駐波的工作狀態(tài)；以及純駐波的g / 4 波腹波節(jié)變化，及g / 2 波長阻抗不變性。二、實驗原理（略）2.1矩形波導(dǎo)中主模TE10 傳輸模式及其場分布由于矩形波導(dǎo)的四壁都是導(dǎo)體,根據(jù)邊界條件波導(dǎo)中不可能傳輸TEM 模 ,只能傳輸TE 或TM 模。這里只分析TE模 (Ez=0， Hz)，對于 TE 模只要解 Hz 的波動方程。即2 H z02H z0kc2 H z0 0式 3x2y2對于 TE10 模，根據(jù)式2 可得：

2、圖 1矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)圖由圖 1 可見 ,場的各個分量沿寬邊a 只變化一次 ,即有一個半駐波分布,是沿窄邊 b 均勻分布,這是因為 m=1 及 n=0 的緣故 ,故 m 表示場分布沿波導(dǎo)寬邊方向的半駐波個數(shù),n 表示場分布沿波導(dǎo)窄邊方向的半駐波個數(shù)。對于3cm 波導(dǎo)，在尺寸為a b22.8610.16mm 2 的矩形波導(dǎo)中，傳輸TE10模，工作頻率 10GHz。主要參數(shù)如下：截止波長：cTE102a222.86(mm) ；截止頻率： f cTE102a123 108103 6.56109 (Hz)0022.26波導(dǎo)波長：gTE1003 1023.97 10 2 (m)1( fc f )21 (6

3、.56 10) 20377波阻抗：ZTE10499.3( )1 ( fc f )20.755三、 實驗內(nèi)容：如圖 2，連接實驗器件，構(gòu)成3cm 波導(dǎo)測試系統(tǒng)。電 源方波發(fā)生器耿氏振蕩器PIN 調(diào)制可變衰減頻率計器器選頻放大器(SWR)反射板測量線直波導(dǎo)圖 2波導(dǎo)測試系統(tǒng)測量實驗連接圖波導(dǎo)測試系統(tǒng)的終端負(fù)載，依次采用開口，反射板，喇叭天線，以及匹配負(fù)載四種情況進(jìn)行測試。自由空間波長和波導(dǎo)波長的測量，實驗主要過程如下：1. 給 Gunn 振蕩器加電，工作頻率在 10GHz，給 PIN 調(diào)制器送 1 KHz、 2Vp-p 的方波。2. 調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器到 10dB，調(diào)節(jié) SWR 表使其指示在中間刻度位

4、置。3. 調(diào)節(jié)方波發(fā)生器的頻率，從而使SWR的指示最大。4. 當(dāng)反射板放在波導(dǎo)的開口前方， 反射板垂直于波導(dǎo)。 移動反射板時， 駐波圖形將由于反射板的變化而發(fā)生變化。 駐波的變化是通過開槽測量線的探頭檢測的。移動反射板， 尋找兩個相鄰的最小檢測值的點，此兩點的距離對應(yīng)自由空間的半波長。5.將開槽測量線的出口用短路板蓋住，調(diào)節(jié)開槽測量線并定位出輸出電壓最低的點，從此點開始尋找相鄰的另一個電壓最低的點。6.終端為開口情況，以及接喇叭天線情況，測量波導(dǎo)波長情況同步驟4， 5.表 1 波導(dǎo)波長的測量值和計算值的比較終端開口短路板喇叭天線位置 1（ mm ）（第一波腹值）000位置 2（ mm ）（第一

5、波谷值）11.4011.6511.79位置 3（ mm ）（第二波腹值）20.8122.0822.78位置 4（ mm ）（第二波谷值）29.9330.1532.00輸出電壓最大值（ mV）230650425計算的 g45.2350.6053.287. 波導(dǎo)測量線終端為開口情況， 通過選頻放大器 )觀測輸出電壓最大值 等參數(shù)， 有無變化，給出解釋。并和終端接喇叭天線，終端接短路負(fù)載的測量進(jìn)行比較，給出分析。答：終端為開口情況時，輸出電壓地最大值比短路情況時小很多，移動SWR，基本上沒有變化；接上喇叭天線時這個電壓就要變大，主要時因為喇叭是回收的信號變化多，所以電壓最大值變大。8.終端接匹配負(fù)載

6、，通過選頻放大器(SWR)觀測駐波比等參數(shù)，有無變化，給出解釋。答：通過實驗可以觀測出駐波比等參數(shù)有微弱的變化，引起變化的原因應(yīng)該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯誤習(xí)慣引起的。四、實驗報告要求1、 寫清學(xué)號、姓名、班級及實驗名稱。2、 簡略寫出實驗原理，實驗步驟，給出實驗數(shù)據(jù)及必要的計算，并給出必要的分析。3、 回答出 五、實驗中主要問題。4、 寫出實驗體會。五、實驗中主要問題：1、 試定性解釋為什么空心金屬波導(dǎo)中不能傳輸TEM 波。答：從求解導(dǎo)波場的方程可以看出，TEM 波對應(yīng) KC=0的情況， TEM 導(dǎo)波場滿足二維拉氏方程， 又因為， 可以看做二維靜電場問題的解，所以 TEM 導(dǎo)波場與

7、靜態(tài)場相似，可以在導(dǎo)體之間傳輸 （如傳輸線等） ，空心金屬波導(dǎo)屬單一導(dǎo)體因而不能傳輸TEM 波。另一方面， 若金屬波導(dǎo)內(nèi)有TEM 波，磁場線為橫截面內(nèi)的閉合線，產(chǎn)生軸向電流 （傳導(dǎo)電流或位移電流）而金屬波導(dǎo)中不可能有傳導(dǎo)電流而位移電流也為0（電場在橫截面內(nèi)），所以產(chǎn)生矛盾，故空心金屬波導(dǎo)不能傳輸TEM 波。2、 解釋波導(dǎo)測量線開槽為什么選擇在寬邊的中央？答：因為矩形波導(dǎo)中的主模為TE10 模 ,而由TE10 的管壁電流分布可知,在波導(dǎo)寬邊中 線處只有縱向電流.因此沿波導(dǎo)寬邊的中線開槽不會因切斷管壁電流而影響波導(dǎo)內(nèi)的場分布 ,也不會引起波導(dǎo)內(nèi)電磁波由開槽口向外輻射能量。3、 波導(dǎo)測試系統(tǒng)工作的主

8、模是什么？工作頻率是多少？主要幾何尺寸a、b 是多少，波導(dǎo)波長是多少？波導(dǎo)阻抗是多少？答：主模是TE10 模，工作頻率是6.56GHz, a=22.86mm、 b=10.16mm ，波導(dǎo)波長是3.97mm ， R=499.3ohm。4、 波導(dǎo)測量線終端接匹配負(fù)載，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值等參數(shù)，有無變化，給出解釋。答：理論上應(yīng)該是沒有變化的，但是通過實驗可以觀測出駐波比等參數(shù)有微弱的變化，引起變化的原因應(yīng)該是儀器本身的誤差和我們操作的一些錯誤習(xí)慣引起的。5、 波導(dǎo)測量線終端接短路負(fù)載，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值等參數(shù)，有無變化，并給出波導(dǎo)波長的測量值，測量結(jié)果與理論結(jié)果比較，并給出解釋。答 : 理論上應(yīng)該是沒有變化的，但是因為實際操作存在系統(tǒng)誤差及隨機誤差等原因，以至于測量結(jié)果比理論值略小。6、 波導(dǎo)測量線終端分別為開口情況，喇叭天線，通過選頻放大器觀測輸出電壓最大值等參數(shù)，有無變化，給出解釋。測量線終端開口和終端接喇叭天線，以及終端接短路負(fù)載的測量進(jìn)行比較，給出分析。答：在終端接開口和喇叭時，電壓最大值等參數(shù)有一些微小的變化，其中喇叭天線的變化又要比開口的變化略大，這是因為喇叭天線回收的信號要比開口多的緣故，但是變化最大的是終端接短路負(fù)載的時候，這主要是因為短路負(fù)載將所有的信號反射了回去，所以電壓最大值變化最大。六、實驗體會