工程电磁场实验2ppt课件

1、工程电磁场实验工程电磁场实验李进李进; 测量线结构及其调谐测量线结构及其调谐 根据传输线的不同根据传输线的不同 , 测量线的形式亦有不测量线的形式亦有不同同 , 常用的有同轴型和波导型常用的有同轴型和波导型 , 一般包括一般包括: 开槽线、探针耦合指示机构、机械传动及开槽线、探针耦合指示机构、机械传动及位置移动装置三部份。位置移动装置三部份。 TC26 波导测量线：波导测量线：; 1. 开槽线开槽线 : 在矩形波导的宽边在矩形波导的宽边( 上上面面 )正中平行于波导正中平行于波导( 或同轴线或同轴线 )的的轴线开一条窄缝，由于很少切割电轴线开一条窄缝，由于很少切割电流流 , 因而开槽对波导内的

2、场分布影因而开槽对波导内的场分布影响很小，槽长有几个半波长响很小，槽长有几个半波长 , 以以 便测量。便测量。; 2. 探头部分探头部分 : 包括探针耦合、调谐装置包括探针耦合、调谐装置及晶体检波器。及晶体检波器。 金属探针垂直伸入波导金属探针垂直伸入波导 ( 或同轴线或同轴线 ) 槽缝槽缝少许，由于它与电力线平行耦合的结果少许，由于它与电力线平行耦合的结果产生大小正比于该处场强的感应电压产生大小正比于该处场强的感应电压 ,耦耦合出一部分电磁场能量，经调谐腔体送合出一部分电磁场能量，经调谐腔体送至晶体检波器检波后输出直流或低频电至晶体检波器检波后输出直流或低频电流，由微安表或测量放大器指示。流

3、，由微安表或测量放大器指示。 ; 探针的几何尺寸要足够细探针的几何尺寸要足够细 , 以使探针在以使探针在波导中的影响可以忽略不计波导中的影响可以忽略不计 , 插入深度插入深度可调，一般插入深度为波导窄边的可调，一般插入深度为波导窄边的(510)% 。 3. 机械传动及位置移动装置机械传动及位置移动装置 : 探头固定探头固定在托架上在托架上 , 依靠齿轮齿条的传动依靠齿轮齿条的传动 , 可使探可使探针沿开槽线移动针沿开槽线移动 , 以便检测相应各点的以便检测相应各点的场分布。场分布。 探针位置由游标尺读数探针位置由游标尺读数 , 精度可精度可0.05mm , 若借助于百分表若借助于百分表 ,精度

4、达精度达 0.01mm 。; 正确使用测量线是提高测量精度的重要方面正确使用测量线是提高测量精度的重要方面 , 它包括探针穿伸度的调整和探头的调谐。它包括探针穿伸度的调整和探头的调谐。 从理论上说从理论上说 , 探针在波导中可等效为一并联导探针在波导中可等效为一并联导纳纳 Y = G + jB . 其等效电导其等效电导 G 反映了探针吸收功率的大小反映了探针吸收功率的大小 , 因因此此 G 的存在将使所测得的驻波比小于真实值的存在将使所测得的驻波比小于真实值 ; 等效电纳等效电纳 B 反映了探针在波导中所产生的反反映了探针在波导中所产生的反射对驻波场的影响射对驻波场的影响 , 因而将使驻波相位

5、发生偏因而将使驻波相位发生偏移移 , 也即使驻波最大点与最小点的位置发生偏也即使驻波最大点与最小点的位置发生偏移移 , 因而驻波图形产生倾斜。因而驻波图形产生倾斜。 探针插入愈深，影响亦愈大。探针插入愈深，影响亦愈大。; 要减少或消除这些影响要减少或消除这些影响 , 就要减小探针的穿就要减小探针的穿伸度和正确调谐探头的谐振腔伸度和正确调谐探头的谐振腔 。 但穿伸度的减小必然会影响输出指示的灵敏但穿伸度的减小必然会影响输出指示的灵敏度，因而必须适当地调整。度，因而必须适当地调整。 一般是旋到底后退出一般是旋到底后退出 2 圈半为宜。圈半为宜。 探头的调谐是十分重要的，既可以消除电纳探头的调谐是十

6、分重要的，既可以消除电纳 B 的影响，又可以提高测试灵敏度，调谐方的影响，又可以提高测试灵敏度，调谐方法为：法为：; 当测量线端接不匹配负载时，将测量线当测量线端接不匹配负载时，将测量线探针置于波腹点探针置于波腹点 , 调节调谐腔体活塞调节调谐腔体活塞 , 使使输出指示最大；或在测量线终端接匹配输出指示最大；或在测量线终端接匹配负载，调腔体活塞，使输出指示最大。负载，调腔体活塞，使输出指示最大。这时对应的这时对应的 B = 0，G 为最大。为最大。 当源的工作频率变化时，须重新调谐。当源的工作频率变化时，须重新调谐。;微波测量系统的连接与调整 微波测量，首先必须正确连接与调整微波测量系统。图6

7、.2是实验室常用的微波测量系统，为了便于操作，信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧。连接系统要求平稳，各元件接头对准。 晶体检波器输出引线应该远离电源和输入线路，以免干扰。如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生误差。 系统调整主要指测量线的调整以及晶体检波器的校准。;成套产品包括: 单 位数 量E-H 阻抗调配器定向耦合器可变衰减器(附衰减曲线对照表)晶体检波器(附输出电缆)匹配负载波导同轴转换90H 波导可变短路器直波导 只只只只只只只只只只1111111111 BD-20A 型波导元件FB-100：22.8610.16）; 名 称 性能标准信号发生器 波导测量线 波导元件数显微瓦功率计波

8、导功率探头频率计选频放大器f：7.512.4GHz P5mW剩余驻波比1.03含9种常用元件含GX2-N8波导探头一只频 率 精 度 ：0.3%1KHz方波、增益：0 6 0 d B表1. 基础配套仪器; 魔 T 单螺调配器 90扭波导 90E面弯波导 波导开关 E-T 型接头 H-T 型接头 EH-T 型接头 双脊宽带喇叭天线(同轴) 角锥天线波导） 容性或感性两端口元件 高方向定向耦合器D30dB）* 适用于反射计;探针电路调谐：当波导中存在不均匀性或负载不匹配时，波导中将出现驻波。测量驻波特性的仪器为驻波测量线简称测量线）。探针调节的方法：将探针穿透深度放在适当位置通常在1.52mm，）

9、。探头调谐活塞的调节：调理侧立小园盘探头调谐活塞使选放指示最大，调谐的过程就是减小探针反射对驻波图形的影响和提高测量系统灵敏度的过程，这是减小驻波测量误差的关键，必须认真调整。另外当改变信号发生器频率或探针插入深度时，由于探针电纳Yp相应改变，必须重新进行探针调谐。;波导波长测量理论 波导波长测量理论 测量波长常用的方法有谐振法和驻波分布法。 前者用谐振式波长计测量，后者是用驻波测量线测量波导波长。 方法1:当测量线终端短路时，传输线上呈现出纯驻波，移动测量探针，测出相邻两个驻波节点之间的距离，即可求出波导波长。 方法2:在测量线的输出端接精密可调短路器，将测量线探针置于某一个波节点处，旋动可

10、调短路活塞，则探针测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小，即为相邻的另一个驻波节点，短路活塞移动的距离等于半个波导波长。;传输线上存在驻波时，相邻两个驻波最小点之间的距离为二分之一波导波长，所以有 g = 2( Dmin2-Dmin1 ) 6-10只要精确测得驻波最小点位置，就可测得g，为了提高测量精度，;对于传输横电磁波的同轴线系统中，按上述方法测出的波导波长就是工作波长，即g = ；对于矩形波导，测量线测出的波长是波导波长g,根据波导波长和工作波长之间的关系有： 便可以计算出工作波长。 ;实验二、实验二、g波导波长测量及与波导波长测量及与o空气波长的关系空气波长的关系;实验目的实验目的

11、 掌握测量线的调整及使用方法掌握测量线的调整及使用方法 比较在波导中波传输及空气中传输比较在波导中波传输及空气中传输的不同，深化微波特征的不同，深化微波特征;原理简述原理简述 根据驻波分布特征，在波导系统根据驻波分布特征，在波导系统中能量传输是以电场磁场交替行中能量传输是以电场磁场交替行进而不是在自由空间直线传输。进而不是在自由空间直线传输。若系统终端短路时，在传输系统若系统终端短路时，在传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这中会形成纯驻波分布状态，在这种情况下，两个波节点间的距离种情况下，两个波节点间的距离为为1/2波导波长。波导波长。;测试方法测试方法 在在TC26上连接短路板，使系统处于全反射状态。上连接短路板，使系统处于全反射状态。 找出一个波节点将找出一个波节点将YS3892的的“放大选择逐放大选择逐步调至步调至50dB或或60dB处，例如：处，例如：113.5mm）；使）；使节点特征相当明显，该波节点的读数为节点特征相当明显，该波节点的读数为Dmin1记记下刻度值，再移动下刻度值，再移动TC26探针座找出另一个波节探针座找出另一个波节点点Dmin2此时可关小此时可关小YS3892“放大选择开关放大选择开关即先调至即先调至30或或40dB