電磁場實驗大綱及指導(dǎo)說明書要點

1、電磁場與電磁波”和“微波技術(shù)” 課內(nèi)實驗大綱及實驗指導(dǎo)書唐萬春，車文荃編制陳如山審定通信工程系2006 年 12 月目錄“電磁場與電磁波”課內(nèi)實驗大綱“電磁場與電磁波”課內(nèi)實驗指導(dǎo)說明書實驗一電磁波參量的測定實驗二電磁波的極化“微波技術(shù)”課內(nèi)實驗大綱“微波技術(shù)”課內(nèi)實驗指導(dǎo)說明書實驗一 傳輸線的工作狀態(tài)及駐波比測量實驗二 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)實驗評分標(biāo)準(zhǔn)南京理工大學(xué)驗教學(xué)大綱課程名稱：電磁場與電磁波開課實驗室：電磁場與微波技術(shù)頭驗至執(zhí)筆人：唐萬春審士 7E人：陳如山修（制）訂日期：2005年4月一、本課程實驗教學(xué)目的與要求：（約100150漢字）作為課堂教

2、學(xué)的必要補充和深化，特開設(shè)本課程課內(nèi)實驗。通過本課程的實 驗教學(xué)，使學(xué)生能對自由空間電磁波的傳播特性有一個感性認(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，掌握電磁波頻率（波長） 和極化特性的測試方法。二、實驗項目與主要內(nèi)容：序 號實驗項目名稱學(xué) 時主要內(nèi)容實 驗 類 型1電磁波頻率（波長）測試2目的：了解電磁波的傳播特性。內(nèi)容： 測量電磁波自由空間波長和介質(zhì)中的波長；確定相位常數(shù) 和波速。方法：干涉法驗證2電磁波極化的測試2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。方法：用電磁波綜合測試儀測試。要求：

3、掌握實驗原理。驗證三、實驗說明：課程總學(xué) 分3學(xué)分實驗學(xué)時數(shù)0.25學(xué)分實%目 2個課程性質(zhì)通識基礎(chǔ)口學(xué)科基礎(chǔ)0 專業(yè)選修口 學(xué)科選修口 集中實踐劃、節(jié)實驗類別課程內(nèi)實驗回獨立設(shè)課實驗口集中綜合實驗口考核方式日常考核口操作技能考核口卷面考核口提交實驗結(jié)果 口面試口適用專業(yè)：通信工程，電子信息工程實驗教材及參考書：（按編著者、教材名稱、出版社*、出版年月順序填寫） 蔣坤華.電磁場實驗指導(dǎo)書.北京工業(yè)學(xué)院出版社，1988鐘時順，鈕茂德.電磁場理論基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社，1995所屬實驗室意見：實驗室主任：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)

4、選修課、學(xué)科選修課、集中實踐環(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、印刷的實驗教材（或指導(dǎo)書），統(tǒng)一寫作“南京理工大學(xué)出版”?！半姶艌雠c電磁波”課內(nèi)實驗指導(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驗一電磁波參量的測定實驗.實驗?zāi)康腶）觀察電磁波的傳播特性。b）通過測定自由空間中電磁波的波長 九，來確定電磁波傳播的相 位常數(shù)/口傳播速度V。c） 了解用相干波的原理測量波長的方法。.實驗內(nèi)容a） 了解并熟悉電磁波綜合測試儀的工作特點、線路結(jié)構(gòu)、使用方法。b）測量信號源的工作波長（或頻率）. 實驗原理與說明a) 所使用的實驗儀器 分度轉(zhuǎn)臺 晶體檢波器可變衰

5、減器 喇叭天線反射板 固態(tài)信號源 微安表實驗儀器布置圖如下：反射板晶體檢波器圖1實驗儀器布置圖參閱圖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)原理本實驗利用相干波原理，通過測得的電磁波的波長 3再由關(guān)系 式2 二k = 一 , v = f =一 k得到電磁波的主要參量k, v等。實驗示意圖如圖2所示。圖中Pro、P1、Pr2和Pr3分別表示輻射喇叭、 固定反射板、可動反射板和接收喇叭，圖中介質(zhì)板是一30M30(mm)2的玻璃板，它對電磁波進(jìn)行反射、折射后，可實現(xiàn)相干波測試設(shè)入射波為：E

6、，=Ee圖2實驗示意圖當(dāng)入射波以入射角口向介質(zhì)板斜投射時，在分界面上產(chǎn)生反射波E-和 折射波E。設(shè)入射波為垂直極化波，用R債示介質(zhì)板的反射系數(shù)，用 仆、U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：LPT_E e_1E2- -RT_TE e42即兩者幅度相等，相位差為冊-%),其中i = k(Lo Lri) = kLi2 =k(L2 Lri) =k(Lo ：l Lri)=吐2從而可得.：L = L2-Li= . l因Li =Lo+Lri為固定值，而L2=Li +為是可改變的，改變可動反

7、射板Pr2位置而取不同的L2值，可使行程相位差為90、當(dāng)白的值使Pr3為最大 輸出時，必有曰-與E2-同相疊加。若曰-與Er反相時，則Pr3輸出指示為 零。因此可以通過改變 Pr2的位置即改變Al值，實現(xiàn)Pr3輸出最大與 零的重復(fù)出現(xiàn)，從而測出電磁波的波長，一和相位常數(shù)k。有關(guān)表達(dá)式 可推導(dǎo)如下ErEJ E2、-RT2T_E (e,1 e,2) , i( 1： -2)2= 2R1T_；E cos(-2_)e式中： 二 ：1 ；2 =k(L1 -L2) =k. ：l為了測準(zhǔn)波長M直，一般采用Pr3為零指示辦法，即cos=02或=(2n 1) , n=0,1,2W22這里n =0,1,2川表示相干

8、波E-=0的節(jié)點，而除零以外的n值，又表示相 干波合成駐波的半波長數(shù)，故 n=0時，出現(xiàn)E-=0,在Pr2處記為 限 又因華=竺四，故得(21+ 1)=空四，或：2&=(2n+l)九。為確定相九九干波節(jié)點，可把波形圖表示于圖3上。圖3波形圖當(dāng)n=0, 2四=2（2 L0）=九（=10）,得第一個波節(jié)點位置10n =1，2 Al =2 I。）=九，得第二個波節(jié)點位置lin=N, 2A1 =2（%心=九，得第N個波節(jié)點位置In可見，當(dāng)波節(jié)點總數(shù)為（n+1）時，山上移動的總距離為（1N-1。），它相當(dāng)于n個半波長數(shù)。即：2（1N-10）=n九，故：=2（八一10）。根據(jù)： nk=2二，v k就可得到

9、所測電磁波的參量 九、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，測出的入值精度應(yīng)越高。實際測試時，一般取n=4已足夠，這時相應(yīng)于5個波節(jié)點，所測的波長為,_2（14 -10）九一4它表示5個波節(jié)點的距離（14-1）,相應(yīng)于4個半波長。由于被測場E-處于近區(qū)場范圍內(nèi)，不僅影響著駐波節(jié)點位置均勻分布， 而且使波幅值也有起伏。.實驗步驟a） 了解并熟悉電磁波綜合測試儀的工作特點、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值可計算 出傳播速度c）用波長計（或頻率計）

10、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fo （即改變%）。由以上實驗內(nèi)容，得到相應(yīng)的電磁波參量 九k, v,并與, ko, vo作比較（如使用該儀器本身的固態(tài)信號源，它已調(diào)定在一個固定頻率fo上工作，故Y及k不能改變）表1電磁波參量測試數(shù)據(jù)表波長表（頻率計）讀數(shù)微安表零指7K次數(shù)（n+1）PJ動板總位移A =ln 10自由空間中波長二 2A1A=n波的相位常數(shù)k= 九波的相速度v=絲電 k.實驗報告實驗名稱實驗?zāi)康膶嶒灢襟E（包括使用設(shè)備，實驗框架圖，實驗原理等）實驗結(jié)果（實驗數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論（對實驗結(jié)果和實驗中碰到的一些問題的

11、解釋）結(jié)論（實驗的收獲，或者某些建議等等）.安全說明在本實驗室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（10mW/cm2）,不會對人體造成任何傷害。但是，在實驗期間，請注意以下事項：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，請關(guān)掉微波信號源。.思考題：用相干波測量自由空間波長時，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)90S將發(fā)生何種現(xiàn)象？這 時，能否測準(zhǔn)電磁波波長？為什么？實驗二 電磁波的極化1 實驗?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。實驗內(nèi)容圓極化波的調(diào)整與測試線極化波的調(diào)整與

12、測試橢圓極化波的調(diào)整與測試實驗原理a) 所使用的實驗儀器固態(tài)信號源頻率計衰減器矩形喇叭圓形喇叭檢波器微安表實驗系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。固態(tài)信號源圖1實驗系統(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（或波長計）、衰減器及圓形喇叭等組成。固態(tài)信號源的工作頻 率f=9370MHz左右，接收喇叭支路由矩形喇叭、檢波器、微安表等組 成。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， 空間某點上 電場強度矢量E的末端隨時間變化的軌跡。當(dāng)電場矢量末端總在一直 線上周期地變化時，稱為線極化波；當(dāng)電場矢量末端軌跡是圓或橢圓 時，即電場矢量末端總在圓或橢圓上周期地變化時， 稱

13、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，都可由兩個同頻率且場矢量相互正交的線極化波組合而成本實驗利用方圓波導(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。TEionErEt EtEn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)動的角度。當(dāng)TEio波經(jīng)方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換到圓波導(dǎo)口面時 則過渡為TEii波，并在介質(zhì)圓波導(dǎo)內(nèi)分成兩個分量的波，即垂直界面 片平面的一個分量和平行介質(zhì)面的一個分量。實驗裝置設(shè)計為9370MHz左右使兩個分量的波相位差90,

14、適當(dāng)調(diào)整介質(zhì)圓波導(dǎo)（亦 可轉(zhuǎn)動介質(zhì)片）的角度使兩個分量的幅度相等時則可得到圓極化波。當(dāng)方圓波導(dǎo)使TEi0的EY波過渡到TEii成為RP波后，在裝有介質(zhì)片的圓波導(dǎo)段內(nèi)分成Et和En兩個分量的波，因Et和En的速度不同，Vc =Vn AVt =%/匹，當(dāng)介質(zhì)片的長度L取得合適時，使En波的相位超前Et波的相位900,這就實現(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軸之間夾角為支=45,若介質(zhì)片的損耗略去不計，則有EE= 1EEtmEnm 2 Erm )實現(xiàn)了圓極化波幅度條件的要求（有時需稍偏離450以實現(xiàn)幅度相位的要求）。AA為了確定圓極化波右旋、左旋的特性，把

15、n轉(zhuǎn)到Y(jié)方向符合右手AA螺旋規(guī)則的波，定為右旋圓極化波；把 n轉(zhuǎn)到Y(jié)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，介質(zhì)片n與Y軸相垂直（或平行） 當(dāng)作橢圓極化波工作時，介質(zhì)片n與Y夾角可在口 =0-450之間。實驗步驟a）圓極化波的調(diào)整與測試根據(jù)圓極化波的條件，兩個同頻率的正交場相干波必須幅度相 等，相位差士工。2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)動圓喇 叭使介質(zhì)片的n方向跟Y軸之間夾角為450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)動接收喇叭，每隔100測 量一次

16、，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/Imax 值。表1圓極化波調(diào)整與測試數(shù)據(jù)表接收喇叭轉(zhuǎn)動角度微安表讀數(shù)（NA）橢圓度b）線極化波的調(diào)整與測試轉(zhuǎn)動圓喇叭使介質(zhì)片的n方向跟Y軸之間夾角為00或900,就可 以得到線極化波。固定圓喇叭，轉(zhuǎn)動接收喇叭，每隔100測量一次，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)動角度微安表讀數(shù)（”）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，要注意的是圓 喇叭的轉(zhuǎn)角在0-450之間，按表3列出記錄表格，最后計算出橢圓極 化波的橢圓度e - Imin/Imax值。表3

17、橢圓極化波的調(diào)整與測試數(shù)據(jù)表接收喇叭轉(zhuǎn)動角度微安表讀數(shù)（NA）橢圓度實驗報告實驗報告提綱包括以下內(nèi)容：實驗名稱實驗?zāi)康膶嶒灢襟E（包括使用設(shè)備，實驗框架圖，實驗原理等）實驗結(jié)果（實驗數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論 （對實驗結(jié)果和實驗中碰到的一些問題的解釋）結(jié)論 （實驗的收獲，或者某些建議等等）安全說明在本實驗室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)（ 10mW/cm 2 ） ，不會對人體造成任何傷害。但是，在實驗期間，請注意以下事項 :不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看;不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端;在拆/裝微波元器件時，請關(guān)掉微波信號源。思考題： 一右旋圓極化波從空氣正入射到另一

18、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)實驗教學(xué)大綱課程名 稱： 微波技術(shù)開課實 驗室：電磁場與微波技術(shù)實驗室執(zhí) 筆 人：車文荃、趙志林審 定 人： 陳如山修（制）訂 日期： 2005年4月一、本課程實驗教學(xué)目的與要求:（約 100150漢字）教學(xué)目的：課內(nèi)實驗作為課堂教學(xué)的必要補充， 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)一一步白勺工程實踐打下良好的基礎(chǔ)。實驗要求：要求學(xué)生了解無耗傳輸線在終端接不同負(fù)裁時的三種工作狀態(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。二、實驗項目與主要內(nèi)容：實序 號

19、實驗項目名稱學(xué) 時主要內(nèi)容驗 類型1傳輸線工作狀態(tài)的測試2目的：內(nèi)容：了解無耗傳輸線 （矩形波導(dǎo)） 在終端接不H負(fù)載時的工作 狀態(tài)。測量傳輸線終端分別接短路，驗證開路及匹配負(fù)裁時波導(dǎo)中的電場幅度沿傳播方向的分布曲線，并由此計算二種狀態(tài)卜的駐波比。測量輸入阻抗。方法：用波導(dǎo)測量線進(jìn)行測量2微波網(wǎng)絡(luò)散射參量測試2要求：掌握波導(dǎo)測量線的測試方法驗?zāi)康模毫私馍⑸鋮⒘康奈锢砀拍罴皽y證量方法。內(nèi)容：測試微波元件的散射參量。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、實驗說明：課程總學(xué) 分實驗學(xué)時實驗項目3學(xué)分0.25學(xué)分2個課程性質(zhì)通識基礎(chǔ)口學(xué)科基礎(chǔ)口 專業(yè)選修目 學(xué)科選修口

20、集中實踐劃、節(jié)實驗類別課程內(nèi)實驗日獨立設(shè)課實驗口集中綜合實驗口考核方式日?？己丝诓僮骷寄芸己丝诰砻婵己丝谔峤粚嶒灲Y(jié)果面試口適用專業(yè)：通信工程，電子信息工程實驗教材及參考書：（按編著者、教材名稱、出版社*、出版年月順序填寫） 趙春暉，楊莘元.微波測量與實驗教程.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所屬實驗室總見：實驗室主任：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

21、、印刷的實驗教材（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)實驗指導(dǎo)書車文荃 編寫南京理工大學(xué)通信工程系00 六年十二月實驗一 傳輸線的工作狀態(tài)及駐波比測量實驗?zāi)康牧私鉄o耗傳輸線 (矩形波導(dǎo)) 在終端接不同負(fù)載時的工作狀態(tài)。實驗內(nèi)容測量傳輸線終端接不同負(fù)載時傳輸線中的電場幅度沿傳播方向的分布，判定傳輸線的工作狀態(tài)求出波導(dǎo)波長和駐波比實驗原理a) 所使用的實驗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，傳輸線將呈現(xiàn)不同的工 作

22、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，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。JV Iz .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，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）。圖2傳輸線純駐波狀態(tài)（終端短路）電壓（電流）幅度沿傳播方向的分布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)寬邊中間開梢的矩形波導(dǎo)，有一根探針通過 波導(dǎo)的梢縫伸進(jìn)波導(dǎo)內(nèi)，并

23、可以沿傳輸線移動。當(dāng)探針位于某一 個位置時，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 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)移動時，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)。兩個相鄰波節(jié)點的間距等于八%,因此有測出的波節(jié)點的位置可 以求得矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長九g。電壓駐波比計算 電壓駐波比描述了負(fù)載的匹配特性，是反映傳輸線上不匹配情況的量，駐波比的定義為:即傳輸線中的電場幅度的最大值與最小值之比因為測得的是檢波電流，而檢波電流與電場的關(guān)系是

24、I = KEn為檢波二極管的檢波律。在實驗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I 號1 maxJmin式中Imax和Imin分別為波腹點和波節(jié)點的檢波電流值。4.實驗步驟選頻放大器波導(dǎo)測量線待測負(fù)載隔離器波長計 衰減器實驗所用原理框圖如圖3所示。同軸-波導(dǎo)圖3實驗框圖首先將測量線終端接短路負(fù)載，這時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波節(jié)點，記下探針位置D （mm）和檢波電流I （NA）值，以后每向右移動探針2mm,記錄一個D 和I值，直到測出兩個完整的駐波。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

25、量。測量傳輸線終端為開口波導(dǎo)時的Imax和Imin值，用式（2）計算駐波 比P。.實驗報告根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出傳輸線在三種工作狀態(tài)時的電場幅度分布曲線。根據(jù)測量的Imax和Imin值計算開口波導(dǎo)的駐波比P。由測試數(shù)據(jù)求得矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長，并與理論計算結(jié)果比較。實驗報告提綱包括以下內(nèi)容：實驗名稱實驗?zāi)康膶嶒灢襟E（包括使用設(shè)備，實驗框架圖，實驗原理等）實驗結(jié)果（實驗數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論（對實驗結(jié)果和實驗中碰到的一些問題的解釋）結(jié)論（實驗的收獲，或者某些建議等等）.思考題a.波導(dǎo)測量線上的梢縫為何開在波導(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.

26、為什么所測開口波導(dǎo)的駐波比不是無窮大？如何實現(xiàn)波導(dǎo)的理想開路？7安全說明在本實驗室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)( 10mW/cm 2 ) ，不會對人體造成任何傷害。但是，在實驗期間，請注意以下事項 :不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看;不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端;在拆 /裝微波元器件時，請關(guān)掉微波信號源。實驗二 微波網(wǎng)絡(luò)散射參量測試實驗?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。實驗內(nèi)容測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波測量同軸可變衰減器的插入損耗實驗原理a

27、） 所使用的實驗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。二端口微波網(wǎng)絡(luò)圖1微波二端口網(wǎng)絡(luò)示意圖散射參量S的定義為:_Ur2_Url1_jSl Sl2 TUi1 11U21S21 S22

28、Ui2散射參量矩陣S中各元素的意義分別為：S11：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時，輸入端口的電壓反射系數(shù)；S22：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時，輸出端口的電壓反射系數(shù)；S12：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時，輸出端口到輸入端口的電壓傳輸系 數(shù);S21：當(dāng)輸出端接匹配負(fù)載時，輸入端口到輸出端口的電壓傳輸系因此網(wǎng)絡(luò)輸入端電壓反射系數(shù)的模|rj = Gi ,故輸入駐波比為:(2)回波損耗(return loss)Lr：回波損耗用來描述反射系數(shù)的幅度，有時 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。引入回波損耗以后，反射系數(shù)的大小就 可用dB形式來表示。1一，小、Lr=10lg1=T0

29、lg|I(dB)=20lg 1 (dB)(3)插入損耗(Insertion loss)IL ：插入損耗定義為網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配PP Ur 2 K1負(fù)載時，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:IL用分貝表示，為:1IL =10log 2 (dB)S21實驗步驟(1)測量負(fù)載的阻抗、回波損耗及駐波a)開機(按照說明書要求)，把頻率范圍設(shè)為1.8GHz3.2GHz設(shè)定 BF: 1800MHz;在：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。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

30、 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BOOOC待測器件 ? 10dB衰減器10dB衰減器-圖3待測器件連接框圖b）在主菜單上按“ i”鍵光標(biāo)移到測：A、B下，按Y或 鍵使A為插損，B下為空白。c）直通校準(zhǔn)按“使光標(biāo)停在校：直通下，按“執(zhí)行”鍵，此時為直通狀

31、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 “犍把光標(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。實驗報告a.根據(jù)實驗數(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 駐波曲線。b.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出待測同軸可變衰減器在1.8GHz3.2GHz 的范圍內(nèi)插入損耗曲線。實驗報告提綱包括以下內(nèi)容：實驗名稱實驗?zāi)康膶嶒灢襟E（包括使用設(shè)備，實驗框架圖，實驗原理等）實驗結(jié)果（實驗數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)處理）討論（對實驗結(jié)果和實驗中碰到的一些問題的解釋）結(jié)論（實驗的收獲，或者某些建議等等）6思考題實驗前為什么要進(jìn)行校準(zhǔn)？經(jīng)過校準(zhǔn)后在測試端口接上匹配和短路負(fù)載， 史密斯圓圖上的光標(biāo)應(yīng)落在何處？參考面移動對測試結(jié)果是否有影響？7安全說明在本實驗室中所使用的微波源都在國際安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)10mW/cm 2 ） ，不會對人體造成任何傷害。但是，在實驗期間，請注意以下事項 :不要用眼睛往任何連接其他設(shè)備的開路傳輸線里面看不要把身體的任何部位放在傳輸線的開口端;在拆/裝微波元器件時，請關(guān)掉微波信號源。電磁場與電磁波”及“微波技術(shù)”課內(nèi)實驗評分標(biāo)準(zhǔn)南京理工大學(xué)通信工程系00 六年十二月“電磁場