微波實驗二波導(dǎo)波長

1、北京郵電大學(xué)電磁場與微波測量實驗報告學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：組員：撰寫人：學(xué)號：序號：實驗二波導(dǎo)波長的測量、實驗內(nèi)容波導(dǎo)波長的測量【方法一】兩點法實驗原理如下圖所示：按上圖連接測量系統(tǒng)，可變電抗可以采用短路片，在測量線中入射波與反射波的疊加 為接近純駐波圖形，只要測得駐波相鄰節(jié)點得位置L1、L2，由公式即可求得波導(dǎo)波長A。兩點法確定波節(jié)點位置將測量線終端短路后，波導(dǎo)內(nèi)形成駐波狀態(tài)。調(diào)探針位置旋鈕至電壓波節(jié)點處，選頻放 大器電流表表頭指示值為零，測得兩個相鄰的電壓波節(jié)點位置（讀得對應(yīng)的游標(biāo)卡尺上的刻度值T1和氣），就可求得波導(dǎo)波長為：人=2 T Tgmin min由于在電壓波節(jié)點附近，電場（及對

2、應(yīng)的晶體檢波電流）非常小，導(dǎo)致測量線探針移動 “足夠長”的距離，選頻放大器表頭指針都在零處“不動”（實際上是眼睛未察覺出指針有 微小移動或指針因惰性未移動），因而很難準(zhǔn)確確定電壓波節(jié)點位置，具體測法如下：把小探針位置調(diào)至電壓波節(jié)點附近，盡量加大選頻放大器的靈敏度（減小衰減量），使 波節(jié)點附近電流變化對位置非常敏感（即小探針位置稍有變化，選頻放大器表頭指示值就有 明顯變化）。記取同一電壓波節(jié)點兩側(cè)電流值相同時小探針?biāo)幍膬蓚€不同位置，則其平均 值即為理論節(jié)點位置：T . = 2 （T1 + T）最后可得得g = 2| On Tmin I （參見圖4）間接法【方法二】矩形波導(dǎo)中的H10波，自由波長

3、入。和波導(dǎo)波長人g滿足公式:其中：人g=3x 108/f，a=2.286cm通過實驗測出波長，然后利用儀器提供的對照表確定波的頻率，利用公式入。確定出入0,再計算出波導(dǎo)波長人g，利用波長表進(jìn)行波導(dǎo)波長測量要注意，測量信號 波長完成后要將波長計從諧振點調(diào)開，以免信號衰減后影響后面的測量。二、實驗步驟觀察衰減器、空腔波長計、駐波測量線的結(jié)構(gòu)形式、讀數(shù)方法。按圖一檢查系統(tǒng)的連接裝置及連接電纜和電纜頭。開啟信號源，預(yù)熱儀器，并按操作規(guī)程調(diào)整信號工作頻率及幅度，并調(diào)整調(diào)制 頻率。注意：輸出信號功率不能過大，以免信號過大燒壞檢測器件及儀器，開啟選頻放大 器電源，預(yù)熱按說明書操作。注意：分貝開關(guān)盡量不要放在

4、60db位置，以免工作時因信號過大損壞表頭。利用兩點法進(jìn)行測量，將波導(dǎo)測量線終端短路(同軸測量線終端開路)，調(diào)測 量放大器的衰減量和可變衰減器使探針位于波腹時，放大器指示電表接近滿格，用 公式1a，1b兩點法測量波導(dǎo)波長。將駐波測量線探針插入適當(dāng)深度(約1.0mm)，將探針轉(zhuǎn)移至兩個波節(jié)點的中 點位置，然后調(diào)節(jié)其調(diào)諧回路，使測量放大器指示最大。利用間接法來測量波導(dǎo)波長g，首先，用波長計測量信號波長。測三次取平均 值，再按照公式二計算入g，測量完成后要將波長計從諧振點調(diào)開，以免信號衰減影 響后面的測量。校準(zhǔn)晶體二極管檢波器的檢波特性（7）將探針沿測量線由左向右移動，按測量放大器指示每改變最大值刻

5、度的10%, 記錄一次探針位置，給出u沿線的分布圖形。（8）設(shè)計表格，用駐波測量線校準(zhǔn)晶體的檢波特性。（9）作出晶體檢波器校準(zhǔn)曲線圖。令d作為測量點與波節(jié)點的距離；do是波節(jié)點的實際位置，d0+d就是測量點 的實際位置：（10）再移動探針到駐波的波腹點，記錄數(shù)據(jù)，分別找到波腹點相鄰兩邊指示電表 讀數(shù)為波腹點50%對應(yīng)的值，記錄此刻探針位置dl和d2,根據(jù)公式log 0.5I I logcosl3）求得晶體檢波率n，和（8）所得的數(shù)值進(jìn)行比較。三、實驗結(jié)果分析所測量的波導(dǎo)波長：43波節(jié)點d0的位置：94.8相對電 場強度00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0d （理論 值

6、）0農(nóng)63%31.3%20.6%15.3生12%9.8%8.1%6.8%5.6入 -g4測量值d11.29.48.67.87.16.55.85.04.21.80do + d106.0104.2103.4102.6101.9101.3100.699.899.096.694.8U（uv）1028466482100118136154172190度強場電對相數(shù)據(jù)分析：由于此時波導(dǎo)中存在的是駐波，并且測量的位置是從波腹到相鄰的波節(jié)，所以畫出來的波形應(yīng)該是正弦曲線的四分之一，由上圖可以看出，實驗結(jié)果基本符合，誤差在允許范圍內(nèi)。上圖為對數(shù)坐標(biāo)，橫軸表示logE，縱軸表示logU分析：根據(jù)理論分析，上圖應(yīng)該是

7、一條斜率為n的直線，而實際描出的點連成的線不是一條 很直的直線，筆者決定采用理論擬合法擬合出一條直線。擬合后直線的斜率為1.92,所以晶 體檢波率為1.92。第二種定標(biāo)法log 0.5logcos TOC o 1-5 h z log0.5=1.80logcos11.3*n43.5(3)a.兩點法測量波導(dǎo)波長T = - (T + T )=112-5104-5 = 108.5 min 2122T =- (T + T )=124-5136 = 130.25 min 212入 =2 T T =43.50mm gmin minb.間接法測量波導(dǎo)波長人入 g = l=43.12mmI 土 f比較兩種方法測

8、量出的波導(dǎo)波長，可以看出相差不大，說明實驗結(jié)果比較準(zhǔn) 確，實驗操作規(guī)范正確。（4）做晶體檢波特性的校準(zhǔn)時，有哪些主要誤差因素？怎樣減少或避免？答：探針深入長度放在適當(dāng)深度，當(dāng)探針沿線移動時，應(yīng)避免探針上下左右 晃動。（5）你所測的晶體校準(zhǔn)曲線的應(yīng)用條件是什么？答：晶體二極管是一種非線性元件，亦即檢波電流I同場強E之間不是線性關(guān)系:I=k*En當(dāng)微波場強較大時呈現(xiàn)直線律，當(dāng)微波場強較小時（P1w）呈現(xiàn)平方律。四、思考題（1）、在波導(dǎo)系統(tǒng)終端短路的情況下，插入具有導(dǎo)納的探針后，波導(dǎo)中真正駐波圖形如 何改變？答：Gu為探針等效電導(dǎo)，3為探針等效電納，當(dāng)終端短路時，駐波節(jié)點處的輸入導(dǎo)納Y/8 趨近于無

9、窮大，駐波最大點A及最小點G =0的圓上。如果探針放在駐波的波節(jié)點B上，由于 此點處的輸入導(dǎo)納Y*，故七的影響很小，駐波節(jié)點的位置不會發(fā)生偏移。如果探針放在駐 波的波腹點，由于此點處的輸入導(dǎo)納Yn90,故七對駐波腹點的影響就特別明顯，探針呈容性 電納將使駐波腹點向負(fù)載方向偏移。（2）、用波長表測量自由空間中的信號振蕩頻率后，為什么還要失諧頻率計？答：電磁波通過耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入頻率計的空腔中，當(dāng)頻率計的腔體失諧時，腔里的電 磁場極為微弱，此時，它基本上不影響波導(dǎo)中波的傳輸。當(dāng)電磁波的頻率滿足空腔的諧振條 件時，發(fā)生諧振，反映到波導(dǎo)中的阻抗發(fā)生劇烈變化，相應(yīng)地，通過波導(dǎo)中的電磁波信號強 度將減弱，

10、輸出幅度將出現(xiàn)明顯的跌落，從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時的刻度，通過查 表可得知輸入微波諧振頻率。如果不失諧頻率計，波導(dǎo)中傳播的電磁波會十分微弱（3）、平方律檢波特性，只有在小信號時才適用，在測試過程中需要采取哪些措施來實 現(xiàn)小信號？答：使用衰減器：衰減器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波導(dǎo)的寬邊，縱 向插入波導(dǎo)管，用以部分衰減傳輸功率，沿著寬邊移動吸收片可改變衰減量的大小。衰減器 起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率的作用。（4）、為什么要測量晶體檢波率，指示電表讀數(shù)和微波場強E之間成什么關(guān)系？ 答：當(dāng)微波功率變化較大時a和k就不是常數(shù)，且和外界條件有關(guān)，所以在精密測量中必須 對晶體檢波器進(jìn)行定標(biāo)。電表讀數(shù)和場強的成指數(shù)關(guān)系。五、實驗總結(jié)本次實驗中，我復(fù)習(xí)了微波的基礎(chǔ)知識，并且在實驗中了解到微波在波導(dǎo)中傳播的特點， 掌握了微波基本測量技術(shù)，并且學(xué)習(xí)到了用微波作為觀測手段來研究物理現(xiàn)象。實驗中我們用了新的一種儀器，在老師的細(xì)心講解下，我們了解了基本的操作步驟，知 道每一個模塊有什么作用，然后我們根據(jù)書中的講解進(jìn)行實驗，實驗中有很多地方我們可能 沒有