工程電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

工程電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

微波指的是分米波、厘米波和毫米波。頻率范圍的一種說(shuō)法是300kHz-300GHz,相應(yīng)波長(zhǎng)是1m-1mm；另一種說(shuō)法是1GHz-1000GHz,相應(yīng)的自由空間的波長(zhǎng)為30cm-0.3mm。第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

微波波普處于無(wú)線電波普的高端，波長(zhǎng)較短，因此帶來(lái)一系列的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短，使得同樣尺寸的天線具有較高的方向性和分辨能力，或相同性能的天線具有相對(duì)小的尺寸。第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

在微波波段，電波在大氣中衰減比較小（與紅外、光波相比較），并能夠穿過(guò)電離層。對(duì)于通信、雷達(dá)、遙感、遙測(cè)、全球定位系統(tǒng)（GPS,globalpositioningsatellites）等應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，微波確實(shí)提供了非常好的性能：低的大氣傳播衰減，高的輻射方向性和高的分辨率。

第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短，在相對(duì)頻率帶寬相同時(shí)，微波能提供較寬的可用的頻譜。例如，分米波段、厘米波段和毫米波段的頻譜寬度分別為2.7GHz、27GHz和270GHz，這是一個(gè)非常豐富的頻譜資源，必須很好地利用和配合。第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短，使得微波設(shè)備的尺寸可以做的相對(duì)較小，便于安裝在飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等各種飛行物中。正是由于微波的這些優(yōu)點(diǎn)，微波工程在國(guó)防工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)中的地位變得至關(guān)重要，幾十年來(lái)對(duì)于微波波普的開(kāi)發(fā)和利用經(jīng)久不衰，而微波也從最初的軍事應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)變到以民用為主。第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日低頻和微波波段的電路實(shí)現(xiàn)的區(qū)別

微波技術(shù)是無(wú)線電技術(shù)向高頻發(fā)展形成的分支技術(shù),微波測(cè)量技術(shù)是微波技術(shù)的輔助部分，它對(duì)微波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用起到很重要的作用。同其他尖端科學(xué)技術(shù)一樣，微波技術(shù)中有很多問(wèn)題在理論上并沒(méi)有完全解決，微波理論是否正確，只有通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)才能加以驗(yàn)證。例如，理論上可以計(jì)算出空腔諧振腔的品質(zhì)因素，但由于實(shí)際加工生產(chǎn)出來(lái)的諧振腔不一定完全理想，因此，空腔諧振腔的品質(zhì)因素仍然要由實(shí)際的測(cè)量結(jié)果決定，而根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果又可以進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算。第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日在微波元器件和微波設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，微波測(cè)量也是必不可少的。此外，在實(shí)際工作中，我們還常常需要知道振蕩器的振蕩頻率、輸出功率以及傳輸線的匹配情況?？梢?jiàn)，在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中，微波測(cè)量技術(shù)是極其重要的環(huán)節(jié)。第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日很多基本研究例如微波波普分析、粒子加速度等都要用到微波測(cè)量技術(shù)。因此，掌握微波測(cè)量技術(shù)是極其重要的。但必須指出，微波測(cè)量技術(shù)本身是建立在理論的基礎(chǔ)上。因此，掌握足夠的微波理論是正確地、靈活地應(yīng)用微波測(cè)量技術(shù)的必要條件。第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波技術(shù)主要研究如何引導(dǎo)電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中的有效傳輸.它的特點(diǎn)是：希望電磁波按一定要求沿著傳輸系統(tǒng)無(wú)輻射地傳輸。因?yàn)閷?duì)傳輸系統(tǒng)而言，輻射是一種能量的損耗。在一個(gè)大系統(tǒng)中，如通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)或GPS中，微波工程系統(tǒng)通常是其中的一個(gè)子系統(tǒng)，其特征是微波系統(tǒng)工作在微波波段。第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波技術(shù)是無(wú)線電技術(shù)向高頻發(fā)展而形成的分支，它與一般的無(wú)線電技術(shù)有著共同的基礎(chǔ)。因此，兩種測(cè)量有著共同之處，某些微波測(cè)量的方法也在低頻中應(yīng)用（如駐波測(cè)量法），而低頻測(cè)量中的差頻法在微波測(cè)量中也能應(yīng)用。微波測(cè)量的內(nèi)容很多，實(shí)驗(yàn)課中所進(jìn)行的是微波基本量的測(cè)量。與一般的無(wú)線電測(cè)量相比較，微波測(cè)量具有很多不同的特點(diǎn)：第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）微波測(cè)量的基本量是功率、波長(zhǎng)λ、駐波比S,而不是電壓V、電流I和電阻Z。在低頻時(shí)，無(wú)線電工程測(cè)量均建立在原始參量電壓、電流和頻率的基礎(chǔ)上，其他參量，如波長(zhǎng)、功率、阻抗、品質(zhì)因數(shù)和放大系數(shù)等均可由這三個(gè)基本量導(dǎo)出。然而，隨著頻率提高到微波波段，電壓、電流不僅失去了原來(lái)的意義，而且根本無(wú)法直接測(cè)量，所以，電壓、電流不能再作為微波測(cè)量的基本參數(shù)。第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波的重要特點(diǎn)是頻率高，波長(zhǎng)短（和電路的尺寸差不多甚至更?。姶艌?chǎng)的空間效應(yīng)不能忽略，因此不能像低頻那樣用電路的概念和方法來(lái)處理問(wèn)題，而是必須采用場(chǎng)的概念來(lái)研究微波問(wèn)題。因此，微波測(cè)量的基本量是以場(chǎng)強(qiáng)為基本量的駐波比、功率、波長(zhǎng)等，而其他參量如阻抗（或?qū)Ъ{）、衰減系數(shù)、增益和品質(zhì)因素等，原則上都可以由基本量導(dǎo)出。

功率一般是借助能量變換裝置，將微波電磁能變換成其他形式的能量來(lái)測(cè)量，而不是從電壓和電流出發(fā)來(lái)進(jìn)行計(jì)算的；波長(zhǎng)則往往根據(jù)電磁場(chǎng)的駐波分布直接進(jìn)行長(zhǎng)度的測(cè)量；阻抗測(cè)量是通過(guò)測(cè)量駐波比以及駐波最小點(diǎn)至負(fù)載的距離，從而確定阻抗；衰減量的測(cè)量則可以轉(zhuǎn)化為功率的測(cè)量；諧振腔Q值的測(cè)量可以轉(zhuǎn)化為頻率和駐波比的測(cè)量等。第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日用分布參數(shù)的元器件代替集中參數(shù)的元器件在低頻時(shí)，每一個(gè)元器件都有特定的電參數(shù)值，如電阻、電容、電感等。在微波段，由于頻率高，波長(zhǎng)同一般電子元器件的尺寸差不多，故一般的接線或普通的電子元件就相當(dāng)于天線，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射。因此，在微波電路中，一般低頻集中參數(shù)的電阻、電容和電感已不能使用，而應(yīng)以閉合的波導(dǎo)管、空腔諧振器以及各種類型的波導(dǎo)元件來(lái)代替一般的傳輸線、振蕩回路和電路元件。第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3)在低頻和微波波段的電路實(shí)現(xiàn)具有很大的區(qū)別。

開(kāi)路：不接任何元器件就可以在低頻時(shí)實(shí)現(xiàn)開(kāi)路；在微波波段，如果不接元器件，則從開(kāi)路處會(huì)有微波輻射出去，因此要用到可調(diào)短路器才可以實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)路，在短路時(shí)再移動(dòng)1/4個(gè)波長(zhǎng)就可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)路。短路：在低頻時(shí)，用一根導(dǎo)線就可以實(shí)現(xiàn)短路；在微波段，需要用一個(gè)短路板或可調(diào)短路器來(lái)實(shí)現(xiàn)短路。第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日匹配：在低頻時(shí)，調(diào)節(jié)電壓和電流可以實(shí)現(xiàn)匹配；在微波波段，需采用各種匹配器，調(diào)節(jié)可調(diào)螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配。濾波：在低頻時(shí)，實(shí)現(xiàn)濾波的電路非常容易；在微波段，采用傳輸線的實(shí)現(xiàn)方式，如波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶等，用這些傳輸線的電抗元件可實(shí)現(xiàn)濾波器的四種頻率變換（低通、高通、帶通、帶阻）。第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日諧振：低頻時(shí)，用電容、電感實(shí)現(xiàn)諧振；在微波段，采用諧振腔，其等效電路是等效為電容、電感來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振的。(4)機(jī)械加工要求十分嚴(yán)格。對(duì)于波導(dǎo)管來(lái)說(shuō)，內(nèi)壁要求十分光滑，需要鍍金或銀，內(nèi)壁的光滑度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。(5)理論性強(qiáng)。微波測(cè)量本身有一套完整的系統(tǒng)理論，是一門(mén)獨(dú)立系統(tǒng)的課程。第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波測(cè)量系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與調(diào)試微波測(cè)量系統(tǒng)微波測(cè)量一般都是在微波信號(hào)源和若干波導(dǎo)或同軸元件組成的微波測(cè)量系統(tǒng)上進(jìn)行的，根據(jù)信號(hào)源輸出功率電平的大小，可分為小功率和大功率兩類微波測(cè)量系統(tǒng)，其中大功率波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)主要用來(lái)測(cè)量大功率微波管的特性。第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日微波測(cè)量系統(tǒng)通常由以下部分組成，圖所示的是一種較常用的小功率波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)。圖中信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)通過(guò)同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)。隔離器作為去耦合衰減器，防止反射波進(jìn)入信號(hào)源，影響其輸出功率與頻率的穩(wěn)定。可調(diào)衰減器用來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率的大小，使指示器有適當(dāng)?shù)闹甘?。正接的定向耦合器從主波?dǎo)中分出部分功率到副波導(dǎo)中，供監(jiān)視功率和測(cè)量頻率之用。

第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日6.5.4測(cè)量線技術(shù)測(cè)量線是微波測(cè)量中的常用儀器,它在微波測(cè)量中用途很廣，不僅可以用來(lái)測(cè)量傳輸線上的駐波場(chǎng)分布,還可以測(cè)量波長(zhǎng)、阻抗、衰減、相位移、Q值等微波參量，有“微波萬(wàn)用表”之稱。其使用方便、靈活,具有一定精度，因而在微波測(cè)量中有廣泛應(yīng)用。第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

微波實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

微波測(cè)量系統(tǒng)的連接、調(diào)整與頻率檢查本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要解決以下內(nèi)容：1.熟悉測(cè)量裝置中各種微波元件和它的作用。2.熟悉微波信號(hào)源的工作方式和信號(hào)檢測(cè)3.用吸收式頻率計(jì)測(cè)量工作頻率f0實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的簡(jiǎn)單原理第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日探針電路調(diào)諧

當(dāng)波導(dǎo)中存在不均勻性或負(fù)載不匹配時(shí)，波導(dǎo)中將出現(xiàn)駐波。測(cè)量駐波特性的儀器為駐波測(cè)量線（簡(jiǎn)稱測(cè)量線）。探針調(diào)節(jié)的方法是將探針穿透深度放在適當(dāng)位置（通常在1.5～2mm，出廠時(shí)已調(diào)整并加鎖定套）。然后調(diào)節(jié)探頭的調(diào)諧活塞（側(cè)立小園盤(pán)）使選放指示最大，調(diào)諧的過(guò)程就是減小探針?lè)瓷鋵?duì)駐波圖形的影響和提高測(cè)量系統(tǒng)靈敏度的過(guò)程，這是減小駐波測(cè)量誤差的關(guān)鍵，必須認(rèn)真調(diào)整。另外當(dāng)改變信號(hào)發(fā)生器頻率或探針插入深度時(shí)，由于探針電納Yp相應(yīng)改變，必須重新進(jìn)行探針調(diào)諧。第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日信號(hào)源方波調(diào)制及選頻放大器功能利用：

為了便于觀察及分析信號(hào)量化，在微薄信號(hào)源中調(diào)制1kHz方波，經(jīng)檢波后輸入到選頻放大器中（選放相當(dāng)于1kHz頻率，16Hz帶寬，0～60dB增益的放大器）。其表頭上有0～1000刻度，電流量（α值）及0～10dB的分貝值及駐波比1～4及4～10二檔的刻度值，可不需要計(jì)算而直接讀出，大大省略了測(cè)量步驟。因此在開(kāi)機(jī)后務(wù)請(qǐng)切換至方波調(diào)制檔才能正常工作。第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(cè)試方法檢查儀器是否連接正確，參照基本系統(tǒng)連接方框圖開(kāi)機(jī)檢查YS1125，頻率是否顯示正常，并調(diào)到9.37GHz，工作狀態(tài)須選擇在“等幅”或“方波”處，方波頻率是否在1000Hz處（系統(tǒng)若使用YS1124信號(hào)發(fā)生器時(shí)，只要打開(kāi)YS1124電源后，前面板顯示9.37GHz，此時(shí)輸出為等幅信號(hào)，當(dāng)按動(dòng)“選擇”鍵，面板方波燈亮，說(shuō)明此時(shí)工作于1kHz方波調(diào)制狀態(tài)）。對(duì)YS1125而言，

工作狀態(tài)鎖定在“方波”處。第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日將YS3892選頻放大器增益放大選擇位置調(diào)至40dB處，頻率微調(diào)使表針最大，并調(diào)諧TC26的探頭，能在YS3892表頭讀數(shù)最大。若表針超過(guò)刻度可調(diào)節(jié)增益電位器減小指示，或?qū)⒎糯筮x擇調(diào)至30dB處。譯動(dòng)TC26探針平臺(tái)，可觀察到從大到小及從小到大的周期變化（即波腹與波節(jié)交替出現(xiàn)）此時(shí)系統(tǒng)即處于正常待測(cè)狀態(tài)。此時(shí)調(diào)節(jié)YS3892增益電位器使表針處于滿刻度處，旋轉(zhuǎn)PX16上的黑蓋，在9.3～9.4GHz處放慢旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，會(huì)有一個(gè)明顯表針跌落，該跌落處即是實(shí)際頻率點(diǎn)。觀察二條紅色滑標(biāo)與豎紅線的交叉點(diǎn)“≠”處，正確讀出刻度值。為鞏固知識(shí)，可選擇在9.37GHz、8.6GHz、9GHz、9.6GHz再重復(fù)上述步驟，讀取各實(shí)際頻率并作記錄。第二十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日f(shuō)（GHz）8.6GHz9