北邮电磁场实验-波导波长的测量

1、北邮电磁场实验-波导波长的测北京邮电大学电磁场与微波测量实验实验二波导波长的测量学院:电子工程学院班级:2011211207组员:邹夫、马睿、李贝贝执笔:邹夫目录1.实验内容.11.1实验目的.11.2实验设备.11.3实验系统框图.21.3实验步骤.22.实验原理.42.1两点法.42.2间接法.53实验数据与分析.63.1测量波导波长.63.1.1两点法.63.1.2直接法.63.2晶体检波特性.73.2.1晶体校准曲线图.73.2.2晶体检波率公式计算.103.3误差分析.104.思考题.105.实验心得与体会.121 / 71.实验内容1.1 实验目的通过博导波长测量系统测出波导波长1

2、.2 实验设备1.DH1121C型微波信号源2.DH364A00型3cm测量线2 / 71.3 实验系统框图1.3 实验步骤测量波导波长1.观察衰减器、空腔波长计、主播测量线的结 构形式、读数方法；2.按照系统框图检查系统的连接装置以及连 接电缆和电缆头；3.开启信号源，预热仪器，并按照操作规则调 整信号工作频率以及幅度，并调整调制频率；4.利用两点发进行测量，将波导测量线终端短 路，调测放大器的衰减量和可变衰减器使当探针 位于波腹时，放大器只是电表接近满格，用两点 法测量波导波长；5.将驻波测量线探针插入适当深度，将探针移 到两个波节点的重点位置，然后调节其调谐贿赂，使测量放大器指示最大；6

3、.利用间接法来测量波导波长 入g。首先用波 长计测量信号波长入。，测三次去平均值。再计 算入g。测量完3 / 7成后要将波长计从谐振点调开， 以免信号衰减影响后面的测量； 校准晶体二极管检波器的检波特性7将探针沿线测量线移动，按测量放大器指示 改变最大值刻度的10%记录一次探针位置，给 出U沿线的分布图形；8.设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特 性；9做出晶体检波器校准曲线图；10.再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点两相邻边指示电表读数为波腹 点50%寸应的值，记录此刻探针的位置di，d2, 根据公式n =求 得 晶 体检波率n，和8卬“叫石丿所得的数值进行比较。2.实验原

4、理2.1 两点法按照系统框图连接测量系统。可变电抗采用短 路片，短路片的反射系数接近1。在测量线中，入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形，只 要测得驻波相邻节点的位置L1、L2，由-*= L2，即可求得波导波长入#。4 / 7波节点的位置心加取心和巧的平均值:min由上图可知，波导波长: 八=2阵血丁爲J2.2间接法理论上，自由波长如和频率/的换算方法：C久0=孑c为自由空间传播速度，约3 * 1O10厘米每秒；矩形波导中的H10波，自由波长几0和波导波长入9满足公式：5 / 7a为矩形波导宽边尺寸，对三厘米波导a = 22.86毫米。上个实验已经用波长表测出信号波长，计算入盘。6 / 73

5、实验数据与分析3.1 测量波导波长3.1.1 两点法TTlTjTl139.722 mm129.678mm112.584mm102.576mm=134.700 mm隘-警=107.58mm由公式Ag = 2需口 爲可以计算出X.二54. 24 mm3.1.2 直接法第一次第二次第三次平均值f(GHz)8.6788.6788.677/几o(mm) 34.57034.57034.574/心mm)52.82552.82552.84052.830由上表可知，zg二S2 AVM)mm7 / 73.2 晶体检波特性3.2.1 晶体校准曲线图所测量的波导波长：54.24mm波节点的位置：134.7mmE/Em

6、ax00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0do石斗8嘉舊丄甘备备耳6331.320. &15.3125.400.8611.7332.6333.5454.525.5456.6967.9769.68613.5d6134.135.56136.43137.33138.24139.2140.24141.39142.67144.38148.2d+do71335256666002.99.116.227.036.050.165.183.2100rUU/Umax000.0290.0910.1620.270.3600.5100.6510.83210logE/-1-0.69-0.52

7、-0.39-0.3-0.22-0.15-0.09-0.04093802576logU/-1.53-1.04-0.79-0.5-0.44-0.30-0.18-0.0808117406根据U和d的大小，画出U,d的关系曲线，如下8 / 7图所示:其中，蓝色的x代表原始数据，红色的曲线为1cosnn。可以看出，U与d大致成三角函数 的关系。将logE和logU的值输入到Matlab里通过线性回归函数polyfit计算出一元线性回归函数的系数，即直线部分的斜率；部分代码如下：E = 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1;U=0.029 0.091 0.162 0.27 0

8、.36 0.501 0.6510.832 1;9 / 7E_log=log10(E);Uog=log10(U);c=polyfit(Eog, U_log,1); x=-0.8:0.1:0;y=c(1)*x+c(2);plot(E_log, U_log,x); hold on;plot(x,y,r);图如下所示：检波晶体的校准曲线其中斜率c(1)=2.1426;所以得到晶体检波率n=2.1426；322 晶体检波率公式计算di(mm)d2(mm)W(mm)141.410127.96213.44810 / 7根据公式n =可以算得到n=2.038。吨丿3.3 误差分析通过两点法和间接法算得的波导波

9、长相差不 大，约为2.66%，处于合理误差范围内通过曲线 法和计算法测得的n相差不大，约为4.88%,处 于合理误差范围内；主要误差因素可能有：1.读数误差；2.微波信号源信号不稳定，频率 在测量前后有改变。4.思考题1.在波导系统终端短路的情况下，插入具有导 纳的探针后，波导中真正驻波图形如何改变？答：由于导纳的分流作用，驻波腹点和节点的 电场强度都要比真实值小，使位置波节点和波腹 点发生偏移。探针呈容性电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。如图所示:11 / 72.用波长表测量自由空间信号震荡频率后，为什么还要失谐频率计？答：电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空 腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里

10、的电磁场极 为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。 当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐 振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地, 通过波导中的电磁波信号强度将减弱， 输出幅度 将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波 谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频 率。如果不使用失谐频率计，波导中传播的电磁 波会十分微弱。3.平方律检波特性只有小信号才适用，在测试 过程中，需要采取哪些措施实现小信号？答：使用衰减器：衰减器是把一片能吸收微波 能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入 波导管，用以部分衰减传输功率， 沿着宽边移动 吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统 中微波功率的作用。4.为什么要测晶体检波率？指示电表读数和 微波场强E之间成什么关系？答：当微波功率变化较大时a和k就不是常 数，且和外界条件有关，所以在精密测量中必 须对晶体检波器进行定标。电表读数和场强的成 指数比例关系。12 / 75.实验心得与体会电磁场与微波测量实验是由三个人组队的实 验，通过本次试验，我们知道了同学之间互相合 作的重要性。我们组三个成员通过分工合