信息电子技术中的场与波实验2

1、“信息电子技术中的场与波”课程实验报告微波实验学号姓名同组同学 实验地点 电工电子中心502日期2015.12.31成绩 实验1微波频率与波长测量实验一、实验目的1学会使用选频放大器、功率指示计、信号发生器以及测试框架。2掌握基本的测量频率和波导波长的方法。3利用3cm波导测试系统，使用吸收式频率计作频率测量电磁波频率；使用测量线来测量波长和频率。二、实验仪器及设备YS1123标准信号发生器，GX2C-1功率计，YS3892选频放大器，BD20A三厘米波导系统，TC26A三厘米波导测量线，TS7三厘米波导精密衰减器。图1三、实验原理3.1测量信号源频率频率测量系统的实验连接图如图2。图2 频率

2、测量系统系统中的PX16频率计为吸收式频率计。当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去，在谐振时，腔中场很强，反射回去也强。使之频率计的输出在谐振时明显减小，如下图所示。图3也就是说，当频率计转动到输出幅度明显降低，在降低到最低的频率时，就是所测信号源的频率。3.2 测量波长和频率实验连接如图4所示，图4 测量波长和频率实验连接图输出的波形如图5所示，由此可知，需知晓驻波最小点D1、D2的位置，两个最小点之间的距离即为半个导波长。导波长。图5 波形图通过测量出的波导波长，也就可计算出频率和波长，如下式。波导波长和频率与波长之间有一一对应的关系，如图6。图6波导

3、由频率换算到波长四、实验内容4.1测量信号源频率1.打开信号源选择模式为内方波，方波重复频率为1000Hz。2.将吸收式频率计旋离10GHz大约到9GHz或者11GHz左右（以备在之后调节方便），然后开始调节E、H阻抗调配器的两个旋钮，直到达到匹配为行波状态即选频器的示数达到最大即可。3.保持调节好的E、H阻抗调配器不变，然后选择合适的选频器放大倍数，慢慢旋转频率计，当输出幅度明显降低直到降到最低时，为电压示数最小即为所测信号源的频率。4.最后读出频率计的示数，即读出两条红线与竖直红线相交的平行两红线之间的示数。4.2测量波长与频率（2种方法）1.打开信号源选择模式为内方波，方波重复频率为10

4、00Hz，并且将选频放大器调至合适放大倍数，不能满偏。2.方法一：缓慢移动测量线探针直接找到两个相邻的最小点的位置，记下标尺读数D1与D2即可求得波导波长g。方法二：缓慢旋转可变短路器同样直接找到两个相邻的最小点的位置，记下标尺读数D1与D2即可求得波导波长g。3.测得相邻最小点的位置，那么相邻两个最小点的距离即为半个波导波长，因此：根据公式计算实验结果。五、实验数据记录及处理5.1 测量信号源频率实验测得的被测信号源的频率为9.975GHz，可以看出与10GHz理论值很接近。5.2 测量波长与频率方法一：d1=119.1mm，d2=125.4mm，d3=140.2mm，d4=144.5mmD

5、1=122.25mm，D2=142.35mmg=2D1-D2=40.2mm方法二：D1=27.587mm，D2=47.794mmg=2D1-D2=40.414mm六、结果讨论测得信号频率为10GHz左右，那么根据可以求得的值为30mm，利用下式：其中a取22.86mm，求得g理论值为39.735mm，与我们利用两种方法测得的结果相比较可以看到，方法一的误差为误差为1.17%，而方法二的误差为1.69%，结果都相对较准确。但同时，通过实验结果可以看出方法二即利用可变短路器测量的结果精确度更高，精确到0.001mm，而方法一利用测量线测量的结果只精确到0.1mm。误差可能是在测量信号源频率时就产生

6、的，另外在旋转可变短路器时由于来回旋转产生机械旋转误差。实验2电压驻波比与相位常数测量实验一、实验目的1.了解驻波导测量系统，熟悉基本微波原件的作用；2.掌握驻波测量线的正确使用方法；3.掌握中电压驻波系数的测量原理和方法。二、实验仪器及设备YS1123标准信号发生器，YS3892选频放大器，BD20A三厘米波导系统，TC26A三厘米波导测量线，TS7三厘米波导精密衰减器。具体实验系统如下图所示：图1 驻波比测量实验图三、实验原理3.1测量电压驻波比电压驻波系数是驻波测量中的一个重要参量。对于中驻波比（1.5S5）的情况，此时，只须测一个驻波波腹和一个驻波波节，即直接读出Imax，Imin其中

7、，我们取1。经过计算可得S。3.2测量相位常数传播常数的定义是=+j，其中为相位常数。在矩形波导中=2g。因此，我们可以采取与实验一相同的可变短路法进行测量即可。四、实验内容可根据实验一的结果直接求得相位常数，实验二中只需测量中驻波比。1.正确连接实验系统，打开信号源，调节输出电平和频率，方波内调制、重复频率1000Hz左右。调节E、H阻抗调配器，使输出功率最大。2.将电阻片夹在测量线与可变开路器之间，大概覆盖一半的矩形径口即可，然后固定好装置。3.缓慢调节测量线上探针的位置，找到选频器的最大值Vmax与最小值Vmin，即为驻波最大值和最小值点。只须测一个驻波波腹和一个驻波波节，直接读出选频器

8、上读数。4.计算驻波比五、实验数据记录及处理5.1测量电压驻波比测得的最大值与最小值为：Imax=890，Imin=40。经过简单换算可知电压驻波系数为：S=ImaxImin=4.716，在中驻波比的范围内，实验的实验结果驻波比的大小与我们夹入电路中的片子的面积大小有关。5.2测量相位常数实验一测得的波导波长为40.2mm和40.414mm，取平均可得波导波长g为40.307mm，那么相位常数=2g=155.88rad/s。六、结果讨论因为阻抗值匹配与否会影响波的状态为行波、驻波或是混合波，表现在驻波比不同，它们有如下关系：（下图中S表示为）我们所测得的驻波比为4.716即为混合波状态，此时阻

9、抗不匹配，同时存在入射波与反射波。同时，我们在实验中还发现，测量线的抗干扰能力较差，在测量过程中对测量线的压迫，触碰都会导致选频放大器上的显示结果偏离真实值。建议更换抗干扰能力较强的测量线，或者在外部包裹同轴电缆以防干扰。实验3功率与衰减测量实验一、实验目的1.熟悉微波功率测量的原理，掌握利用微波功率计测量微波功率的方法。2.熟悉可变衰减器的工作原理，掌握可变衰减器的使用方法及其应用。二、实验仪器及设备YS1123标准信号发生器，GX2C-1功率计， BD20A三厘米波导系统， TS7三厘米波导精密衰减器。实验系统的连接如下图所示:图1 用功率比法测量衰减的系统图实验中使用的关键器件为GX2C

10、-1功率计。三、实验原理在传输线的工作中，某一指定器件的介入损失一般也同样随着信号源和负载的阻抗而改变，对于部件的衰减可规定为在两个方向都匹配的传输线中的插入时的介质损失，通常称为插入损耗。衰减的定义为：A=10logP1P2dB其中A是衰减损失P1是在线路中未加入指定器件时负载所吸收的功率，P2是在信号源和负载之间加入指定器件时负载所吸收的功率。四、实验内容1.正确连接实验系统，打开信号源，调节输出电平和频率，方波内调制、重复频率1000Hz左右。2.利用功率计测量不加被测器件时的被测的输入功率记为P1。3.加上被测器件后，再在被测器件输出端测量输出功率记为P2，旋转可变衰减器调节旋钮分别测

11、量0,2,4,6,8,10的输出功率P2。4.利用公式计算结果。五、实验数据记录及处理实验测得的数据绘制成如下表格：0246810P1/W7.12mP2/W6.00m5.05m2.55m0.454m36.50.19A/dB0.7431.4924.45911.95422.90145.737六、结果讨论由以上数据可以看出，随着衰减器参数的增大，测得的衰减也在增大，但并非线性变化。所以可以看出衰减器的性能很好。通过实验我们利用可变衰减器衰减量的改变使微波功率计获得的功率变化，掌握微波功率测量的方法。了解信号源工作状态“等幅”、“方波”时微波功率的变化情况。实验4定向耦合器耦合度的测量实验一、实验目的

12、理解定向耦合器的工作原理。学会对波导定向耦合器的耦合度（C）的测量。二、实验仪器及设备YS1123标准信号发生器，GX2C-1功率计， BD20A三厘米波导系统，定向耦合器。实验装置如下图所示结构：图1 耦合度C的测量三、实验原理1.定向耦合器在微波工程中有着广泛的应用，如可用来监视功率、频率和频谱，测量传输系统和元器件的反射系数、插入损耗，还可以用作衰减器、功率分配器等。2.定向耦合器是一个四端口网络，它有主线输入端口、主线输出端口、辅线终端和辅线输出端口，如下图所示：图2 定向耦合器表示法3.定向耦合器的主要技术指标有耦合度C、方向性D和输入驻波比S。4.由于定向耦合器的主线损耗很小，可以

13、认定为Pi。将辅线上的功率读数和主线上的功率读数计算一下，即可算出耦合度C的值。耦合度C（dB）的计算公式为：C=10logPiP2四、实验内容1.正确连接实验系统，打开信号源，调节输出电平和频率，方波内调制、重复频率1000Hz左右。2.利用功率计测量主线输出端口的功率为Pi。3.利用功率计测量辅线输出端口的功率P2。4.根据公式计算实验结果。五、实验数据记录及处理实验中测得的结果为：Pi=7.12mW，P2=25.5W。那么根据公式可以求得耦合度C为：C=10logPiP2=24.46dB六、结果讨论由于定向耦合器是个可逆四端口网络，因此耦合度（dB）又可表示为：C=10log|Uil|2|S31Uil|2=10log1|S31|2=20log1S