2025年微波與電磁場測試實驗研究報告

電磁場與微波測量試驗匯報(三)組員一：組員二：試驗一：微波測量系統(tǒng)的使用和信號源波長功率的測量一，試驗目的(1)學習微波的基本知識；(2)理解微波在波導中傳播的特點，掌握微波基本測量技術；(3)學習用微波作為觀測手段來研究物理現(xiàn)象。二，試驗原理本試驗接觸到的基本儀器室駐波測量線系統(tǒng)，用于駐源選頻放大器檢波器隔高器測量線單螺話配器波長表可安衰減器1,波導測量線裝置2,晶體檢波器微波測量中，為指示波導(或同軸線)中電磁場強度的大小，是將它通過3,波導管4,隔離器位于磁場中的某些鐵氧化體材料對于來自不一樣方5,衰減器把一片能吸微波能量的吸取片垂直于矩形波導的寬成，用以部分衰減傳播功率，沿著寬邊移動吸取片6,諧振式頻率計(波長表)腔里的電磁場極為微弱，此時，它基本不影響波導中波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。7,匹配負載波導中裝有很好地吸取微波能量的電阻片或吸取8,環(huán)形器在接頭中心放一鐵氧體圓柱(或三角形鐵氧體塊),在接頭外面有“U”形永9,單螺調配器插入矩形波導中的一種深度可以調整的螺釘，并沿著無輻射縫作縱向移動，通過調整探針的位置使負載射波幅度相等而相位相反，從而抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射而到達匹配。10,微波源提供所需微波信號，頻率范圍在8.6-9.6GHz內可調，工作方式有等幅、方11,選頻放大器用于測量微弱低頻信號，信號經(jīng)升壓、放大，選出1kHz附近的信號，經(jīng)整三，試驗內容和試驗環(huán)節(jié)先將信號源的工作方式選為：等幅位置，將應指示器，觀測輸出；再將信號源的工作方式選為：方微波的頻率測量是微波測量的基本內容之一。其測量措施有兩種：(1)諧振腔法；(2)頻率比較法。本試驗采用諧振腔法。由于波長和平率直接滿足關系，因此頻率和波長的測量是等效的。吸取式波長計的諧振腔，其只有一種輸入端和能量傳播線路相連，調諧過程可以從能量傳播線路接受端指示器讀數(shù)的減少可以判斷出來；本試驗采用了吸取式波長計測量信號源頻率，為了確定諧振頻率，用波長表測出微波信號源的頻率。詳細做法是：旋轉波長表的測微頭，當波長表與被測頻率諧振時，將出現(xiàn)波峰。反應在建波指示器上的指示是一跌落點，此時，讀出波長表測微頭的讀數(shù)，再從波長表頻率與刻度曲線上查出對應的頻率；5.按試驗書框圖連接微波試驗系統(tǒng)；6.微調單旋調配器，事腔偏離匹配狀態(tài)(出于匹配狀態(tài)時，電流會到達一種最小值),檢波電流計上有一定示數(shù)(不小于最小值);7.調整波長計使檢波電流計再次出現(xiàn)最小值的時候，讀出此處波長計的刻度8.按照波長計的刻度值去查找“波長計-頻率刻度對照表”,就可以得到對應的信號源頻率值；9.變化信號頻率，從8.6G開始測到9.6G,每隔0.1G測量一次，記錄在數(shù)據(jù)表格中。四，試驗成果和分析誤差(%)1.f0為信號源頻率值；f1為查表得到頻率；f=|f0-f1|為信號源誤差。本試驗的數(shù)據(jù)如表格中所示：f=|f0-f1|的誤差很小在可控范圍0.009~0.044內，因此認為試驗成功。2.產(chǎn)生誤差的原由于：①儀器測量自身產(chǎn)生的誤差：畢竟是用了很久的儀器，并且連接的器件也諸多，因此誤差在所難免；②人為誤差：在讀數(shù)據(jù)時需要幾種人的配合，調整波長表的測微頭，觀測電流表指針變化是兩個人，也許會使數(shù)據(jù)有誤差，加之在讀數(shù)上也會有人為誤差；試驗二：波導波長的測量一，試驗內容波導波長的測量【措施一】兩點法試驗原理如下圖所示：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靠近純駐波圖形，只要測得駐波相鄰節(jié)點得位置兩點法確定波節(jié)點位置將測量線終端短路后，波導內形成駐波狀態(tài)。調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(讀得對應的游標卡尺上的刻度值T?和T?),就可求得波導由于在電壓波節(jié)點附近，電場(及對應的晶體檢波電流)非常小，導致測量線探針移動“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),因而很難精確確定電壓波節(jié)點位置，詳細測法如下：把小探針位置調至電壓波節(jié)點附近，盡量加大選頻放大器的敏捷度(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)點兩側電流值相似時小探針所處的兩個不一樣位置，則其平均值即為理論節(jié)點位置：兩點法確定波節(jié)點位置示意圖圖2【措施二】間接法矩形波導中的H10波，自由波長λ0和波導波長λg滿足公式：通過試驗測出波長，然后運用儀器提供的對照表確定波的頻率，運用公式λ0=確定出λ0,再計算出波導波長λg,運用波長表進行波導波長測量要注意，測量信號波長完畢后要將波長計從諧振點調開，以免信號衰減后影響背面的測量。二，試驗環(huán)節(jié)(1)觀測衰減器、空腔波長計、駐波測量線的構造形式、讀數(shù)措施。(2)按圖一檢查系統(tǒng)的連接裝置及連接電纜和電纜頭。(3)啟動信號源，預熱儀器，并按操作規(guī)程調整信號工作頻率及幅度，并調整調制頻率。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，啟動選頻放大器電源，預熱按闡明書操作。注意：分貝開關盡量不要放在60db位置，以免工作時因信號過大損壞(4)運用兩點法進行測量，將波導測量線終端短路(同軸測量線終端開路),調測量放大器的衰減量和可變衰減器使探針位于波腹時，放大器指示電表靠近滿格，用公式la,1b兩點法測量波導波長。(5)將駐波測量線探針插入合適深度(約1.0mm),將探針轉移至兩個波節(jié)點的中點位置，然后調整其調諧回路，使測量放大器指示最大。(6)運用間接法來測量波導波長λg,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λg,測量完畢后要將波長計從諧振點調開，以免信號衰減影響背面的測量。校準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變化最大值刻度的10%,記錄一次探針位置，給出u沿線的分布圖形。(8)設計表格，用駐波測量線校準晶體的檢波特性。(9)作出晶體檢波器校準曲線圖。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%對應的值，記錄此刻探針位置d1和d2,根據(jù)公式求得晶體檢波率n,和(8)所得的數(shù)值進行比較。三，試驗成果分析兩點法測波長由公式(1b)可求得λg=42.1所測量的波導波長：42.1波節(jié)點d0的位置：82相對電場強度0d(理論0d0測量點實際位U3456(1)作出測量線探針在不一樣位置下的讀數(shù)分布曲線上圖為對數(shù)坐標，橫軸表達logE,縱軸表達logU分析：根據(jù)理論分析，上圖應當是一條斜率為n的直線，而實段計算斜率，經(jīng)計算，直線的斜率約為2.1,因此晶體檢波率為第二種定標方式：=2.15(4)做晶體檢波特性的校準時，有哪些重要誤差原因?怎樣減少或防止?答：晶體二極管是一種非線性元件，亦即檢波電流I同場強四，思索題(1)在波導系統(tǒng)終端短路的狀況下，插入具有導納的探針后，波導中真點處的輸入導納Yin→趨近于無窮大，駐波最大點A及最小點Gin=0的圓上。假如探針放在駐波的波節(jié)點B上，由于此點處的輸入導納Yin在駐波的波腹點，由于此點處的輸入導納Yin→0,故Yu對駐波腹點的(2)用波長表測量自由空間中的信號振蕩頻率后，為何還要失諧頻率計?答：電磁波通過耦合孔從波導進入頻率計的空腔諧時，腔里的電磁場極為微弱，此時，它基本上不影響波導中波的傳播。當電磁波的頻率滿足空腔的諧振條件時，發(fā)生諧振，反應到波導中的阻抗發(fā)生劇烈變化，對應地，通過波導中的電磁波幅度將出現(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。假如不失諧頻率計，波導中傳播的電(3)平方律檢波特性，只有在小信號時才合用，在測