信息電子技術(shù)中的場(chǎng)與波實(shí)驗(yàn)2

1、“信息電子技術(shù)中的場(chǎng)與波”課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告微波實(shí)驗(yàn)學(xué)號(hào)姓名同組同學(xué) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 電工電子中心502日期2015.12.31成績(jī) 實(shí)驗(yàn)1微波頻率與波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)使用選頻放大器、功率指示計(jì)、信號(hào)發(fā)生器以及測(cè)試框架。2掌握基本的測(cè)量頻率和波導(dǎo)波長(zhǎng)的方法。3利用3cm波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)，使用吸收式頻率計(jì)作頻率測(cè)量電磁波頻率；使用測(cè)量線來(lái)測(cè)量波長(zhǎng)和頻率。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備YS1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2C-1功率計(jì)，YS3892選頻放大器，BD20A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)，TC26A三厘米波導(dǎo)測(cè)量線，TS7三厘米波導(dǎo)精密衰減器。圖1三、實(shí)驗(yàn)原理3.1測(cè)量信號(hào)源頻率頻率測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)連接圖如圖2。圖2 頻率

2、測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)中的PX16頻率計(jì)為吸收式頻率計(jì)。當(dāng)傳輸線中相當(dāng)一部分功率進(jìn)入頻率計(jì)諧振腔內(nèi)，而另一部分從耦合元件處反射回去，在諧振時(shí)，腔中場(chǎng)很強(qiáng)，反射回去也強(qiáng)。使之頻率計(jì)的輸出在諧振時(shí)明顯減小，如下圖所示。圖3也就是說(shuō)，當(dāng)頻率計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)到輸出幅度明顯降低，在降低到最低的頻率時(shí)，就是所測(cè)信號(hào)源的頻率。3.2 測(cè)量波長(zhǎng)和頻率實(shí)驗(yàn)連接如圖4所示，圖4 測(cè)量波長(zhǎng)和頻率實(shí)驗(yàn)連接圖輸出的波形如圖5所示，由此可知，需知曉駐波最小點(diǎn)D1、D2的位置，兩個(gè)最小點(diǎn)之間的距離即為半個(gè)導(dǎo)波長(zhǎng)。導(dǎo)波長(zhǎng)。圖5 波形圖通過(guò)測(cè)量出的波導(dǎo)波長(zhǎng)，也就可計(jì)算出頻率和波長(zhǎng)，如下式。波導(dǎo)波長(zhǎng)和頻率與波長(zhǎng)之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如圖6。圖6波導(dǎo)

3、由頻率換算到波長(zhǎng)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1測(cè)量信號(hào)源頻率1.打開(kāi)信號(hào)源選擇模式為內(nèi)方波，方波重復(fù)頻率為1000Hz。2.將吸收式頻率計(jì)旋離10GHz大約到9GHz或者11GHz左右（以備在之后調(diào)節(jié)方便），然后開(kāi)始調(diào)節(jié)E、H阻抗調(diào)配器的兩個(gè)旋鈕，直到達(dá)到匹配為行波狀態(tài)即選頻器的示數(shù)達(dá)到最大即可。3.保持調(diào)節(jié)好的E、H阻抗調(diào)配器不變，然后選擇合適的選頻器放大倍數(shù)，慢慢旋轉(zhuǎn)頻率計(jì)，當(dāng)輸出幅度明顯降低直到降到最低時(shí)，為電壓示數(shù)最小即為所測(cè)信號(hào)源的頻率。4.最后讀出頻率計(jì)的示數(shù)，即讀出兩條紅線與豎直紅線相交的平行兩紅線之間的示數(shù)。4.2測(cè)量波長(zhǎng)與頻率（2種方法）1.打開(kāi)信號(hào)源選擇模式為內(nèi)方波，方波重復(fù)頻率為10

4、00Hz，并且將選頻放大器調(diào)至合適放大倍數(shù)，不能滿偏。2.方法一：緩慢移動(dòng)測(cè)量線探針直接找到兩個(gè)相鄰的最小點(diǎn)的位置，記下標(biāo)尺讀數(shù)D1與D2即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)g。方法二：緩慢旋轉(zhuǎn)可變短路器同樣直接找到兩個(gè)相鄰的最小點(diǎn)的位置，記下標(biāo)尺讀數(shù)D1與D2即可求得波導(dǎo)波長(zhǎng)g。3.測(cè)得相鄰最小點(diǎn)的位置，那么相鄰兩個(gè)最小點(diǎn)的距離即為半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，因此：根據(jù)公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理5.1 測(cè)量信號(hào)源頻率實(shí)驗(yàn)測(cè)得的被測(cè)信號(hào)源的頻率為9.975GHz，可以看出與10GHz理論值很接近。5.2 測(cè)量波長(zhǎng)與頻率方法一：d1=119.1mm，d2=125.4mm，d3=140.2mm，d4=144.5mmD

5、1=122.25mm，D2=142.35mmg=2D1-D2=40.2mm方法二：D1=27.587mm，D2=47.794mmg=2D1-D2=40.414mm六、結(jié)果討論測(cè)得信號(hào)頻率為10GHz左右，那么根據(jù)可以求得的值為30mm，利用下式：其中a取22.86mm，求得g理論值為39.735mm，與我們利用兩種方法測(cè)得的結(jié)果相比較可以看到，方法一的誤差為誤差為1.17%，而方法二的誤差為1.69%，結(jié)果都相對(duì)較準(zhǔn)確。但同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出方法二即利用可變短路器測(cè)量的結(jié)果精確度更高，精確到0.001mm，而方法一利用測(cè)量線測(cè)量的結(jié)果只精確到0.1mm。誤差可能是在測(cè)量信號(hào)源頻率時(shí)就產(chǎn)生

6、的，另外在旋轉(zhuǎn)可變短路器時(shí)由于來(lái)回旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)誤差。實(shí)驗(yàn)2電壓駐波比與相位常數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解駐波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)，熟悉基本微波原件的作用；2.掌握駐波測(cè)量線的正確使用方法；3.掌握中電壓駐波系數(shù)的測(cè)量原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備YS1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，YS3892選頻放大器，BD20A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)，TC26A三厘米波導(dǎo)測(cè)量線，TS7三厘米波導(dǎo)精密衰減器。具體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如下圖所示：圖1 駐波比測(cè)量實(shí)驗(yàn)圖三、實(shí)驗(yàn)原理3.1測(cè)量電壓駐波比電壓駐波系數(shù)是駐波測(cè)量中的一個(gè)重要參量。對(duì)于中駐波比（1.5S5）的情況，此時(shí)，只須測(cè)一個(gè)駐波波腹和一個(gè)駐波波節(jié)，即直接讀出Imax，Imin其中

7、，我們?nèi)?。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得S。3.2測(cè)量相位常數(shù)傳播常數(shù)的定義是=+j，其中為相位常數(shù)。在矩形波導(dǎo)中=2g。因此，我們可以采取與實(shí)驗(yàn)一相同的可變短路法進(jìn)行測(cè)量即可。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的結(jié)果直接求得相位常數(shù)，實(shí)驗(yàn)二中只需測(cè)量中駐波比。1.正確連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，打開(kāi)信號(hào)源，調(diào)節(jié)輸出電平和頻率，方波內(nèi)調(diào)制、重復(fù)頻率1000Hz左右。調(diào)節(jié)E、H阻抗調(diào)配器，使輸出功率最大。2.將電阻片夾在測(cè)量線與可變開(kāi)路器之間，大概覆蓋一半的矩形徑口即可，然后固定好裝置。3.緩慢調(diào)節(jié)測(cè)量線上探針的位置，找到選頻器的最大值Vmax與最小值Vmin，即為駐波最大值和最小值點(diǎn)。只須測(cè)一個(gè)駐波波腹和一個(gè)駐波波節(jié)，直接讀出選頻器

8、上讀數(shù)。4.計(jì)算駐波比五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理5.1測(cè)量電壓駐波比測(cè)得的最大值與最小值為：Imax=890，Imin=40。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單換算可知電壓駐波系數(shù)為：S=ImaxImin=4.716，在中駐波比的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果駐波比的大小與我們夾入電路中的片子的面積大小有關(guān)。5.2測(cè)量相位常數(shù)實(shí)驗(yàn)一測(cè)得的波導(dǎo)波長(zhǎng)為40.2mm和40.414mm，取平均可得波導(dǎo)波長(zhǎng)g為40.307mm，那么相位常數(shù)=2g=155.88rad/s。六、結(jié)果討論因?yàn)樽杩怪灯ヅ渑c否會(huì)影響波的狀態(tài)為行波、駐波或是混合波，表現(xiàn)在駐波比不同，它們有如下關(guān)系：（下圖中S表示為）我們所測(cè)得的駐波比為4.716即為混合波狀態(tài)，此時(shí)阻

9、抗不匹配，同時(shí)存在入射波與反射波。同時(shí)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，測(cè)量線的抗干擾能力較差，在測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量線的壓迫，觸碰都會(huì)導(dǎo)致選頻放大器上的顯示結(jié)果偏離真實(shí)值。建議更換抗干擾能力較強(qiáng)的測(cè)量線，或者在外部包裹同軸電纜以防干擾。實(shí)驗(yàn)3功率與衰減測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉微波功率測(cè)量的原理，掌握利用微波功率計(jì)測(cè)量微波功率的方法。2.熟悉可變衰減器的工作原理，掌握可變衰減器的使用方法及其應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備YS1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2C-1功率計(jì)， BD20A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)， TS7三厘米波導(dǎo)精密衰減器。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連接如下圖所示:圖1 用功率比法測(cè)量衰減的系統(tǒng)圖實(shí)驗(yàn)中使用的關(guān)鍵器件為GX2C

10、-1功率計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)原理在傳輸線的工作中，某一指定器件的介入損失一般也同樣隨著信號(hào)源和負(fù)載的阻抗而改變，對(duì)于部件的衰減可規(guī)定為在兩個(gè)方向都匹配的傳輸線中的插入時(shí)的介質(zhì)損失，通常稱為插入損耗。衰減的定義為：A=10logP1P2dB其中A是衰減損失P1是在線路中未加入指定器件時(shí)負(fù)載所吸收的功率，P2是在信號(hào)源和負(fù)載之間加入指定器件時(shí)負(fù)載所吸收的功率。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.正確連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，打開(kāi)信號(hào)源，調(diào)節(jié)輸出電平和頻率，方波內(nèi)調(diào)制、重復(fù)頻率1000Hz左右。2.利用功率計(jì)測(cè)量不加被測(cè)器件時(shí)的被測(cè)的輸入功率記為P1。3.加上被測(cè)器件后，再在被測(cè)器件輸出端測(cè)量輸出功率記為P2，旋轉(zhuǎn)可變衰減器調(diào)節(jié)旋鈕分別測(cè)

11、量0,2,4,6,8,10的輸出功率P2。4.利用公式計(jì)算結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制成如下表格：0246810P1/W7.12mP2/W6.00m5.05m2.55m0.454m36.50.19A/dB0.7431.4924.45911.95422.90145.737六、結(jié)果討論由以上數(shù)據(jù)可以看出，隨著衰減器參數(shù)的增大，測(cè)得的衰減也在增大，但并非線性變化。所以可以看出衰減器的性能很好。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們利用可變衰減器衰減量的改變使微波功率計(jì)獲得的功率變化，掌握微波功率測(cè)量的方法。了解信號(hào)源工作狀態(tài)“等幅”、“方波”時(shí)微波功率的變化情況。實(shí)驗(yàn)4定向耦合器耦合度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

12、理解定向耦合器的工作原理。學(xué)會(huì)對(duì)波導(dǎo)定向耦合器的耦合度（C）的測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備YS1123標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，GX2C-1功率計(jì)， BD20A三厘米波導(dǎo)系統(tǒng)，定向耦合器。實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示結(jié)構(gòu)：圖1 耦合度C的測(cè)量三、實(shí)驗(yàn)原理1.定向耦合器在微波工程中有著廣泛的應(yīng)用，如可用來(lái)監(jiān)視功率、頻率和頻譜，測(cè)量傳輸系統(tǒng)和元器件的反射系數(shù)、插入損耗，還可以用作衰減器、功率分配器等。2.定向耦合器是一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)，它有主線輸入端口、主線輸出端口、輔線終端和輔線輸出端口，如下圖所示：圖2 定向耦合器表示法3.定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度C、方向性D和輸入駐波比S。4.由于定向耦合器的主線損耗很小，可以

13、認(rèn)定為Pi。將輔線上的功率讀數(shù)和主線上的功率讀數(shù)計(jì)算一下，即可算出耦合度C的值。耦合度C（dB）的計(jì)算公式為：C=10logPiP2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.正確連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，打開(kāi)信號(hào)源，調(diào)節(jié)輸出電平和頻率，方波內(nèi)調(diào)制、重復(fù)頻率1000Hz左右。2.利用功率計(jì)測(cè)量主線輸出端口的功率為Pi。3.利用功率計(jì)測(cè)量輔線輸出端口的功率P2。4.根據(jù)公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的結(jié)果為：Pi=7.12mW，P2=25.5W。那么根據(jù)公式可以求得耦合度C為：C=10logPiP2=24.46dB六、結(jié)果討論由于定向耦合器是個(gè)可逆四端口網(wǎng)絡(luò)，因此耦合度（dB）又可表示為：C=10log|Uil|2|S31Uil|2=10log1|S31|2=20log1S