微波实验二波导波长

1、北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告学院：电子工程学院班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二波导波长的测量、实验内容波导波长的测量【方法一】两点法实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片，在测量线中入射波与反射波的叠加 为接近纯驻波图形，只要测得驻波相邻节点得位置L1、L2，由公式即可求得波导波长A。两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放 大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值T1和气），就可求得波导波长为：人=2 T Tgmin min由于在电压波节点附近，电场（及对

2、应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动 “足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有 微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使 波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有 明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均 值即为理论节点位置：T . = 2 （T1 + T）最后可得得g = 2| On Tmin I （参见图4）间接法【方法二】矩形波导中的H10波，自由波长

3、入。和波导波长人g满足公式:其中：人g=3x 108/f，a=2.286cm通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式入。确定出入0,再计算出波导波长人g，利用波长表进行波导波长测量要注意，测量信号 波长完成后要将波长计从谐振点调开，以免信号衰减后影响后面的测量。二、实验步骤观察衰减器、空腔波长计、驻波测量线的结构形式、读数方法。按图一检查系统的连接装置及连接电缆和电缆头。开启信号源，预热仪器，并按操作规程调整信号工作频率及幅度，并调整调制 频率。注意：输出信号功率不能过大，以免信号过大烧坏检测器件及仪器，开启选频放大 器电源，预热按说明书操作。注意：分贝开关尽量不要放在

4、60db位置，以免工作时因信号过大损坏表头。利用两点法进行测量，将波导测量线终端短路(同轴测量线终端开路)，调测 量放大器的衰减量和可变衰减器使探针位于波腹时，放大器指示电表接近满格，用 公式1a，1b两点法测量波导波长。将驻波测量线探针插入适当深度(约1.0mm)，将探针转移至两个波节点的中 点位置，然后调节其调谐回路，使测量放大器指示最大。利用间接法来测量波导波长g，首先，用波长计测量信号波长。测三次取平均 值，再按照公式二计算入g，测量完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）将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻

5、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）作出晶体检波器校准曲线图。令d作为测量点与波节点的距离；do是波节点的实际位置，d0+d就是测量点 的实际位置：（10）再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点相邻两边指示电表 读数为波腹点50%对应的值，记录此刻探针位置dl和d2,根据公式log 0.5I I logcosl3）求得晶体检波率n，和（8）所得的数值进行比较。三、实验结果分析所测量的波导波长：43波节点d0的位置：94.8相对电 场强度00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0d （理论 值

6、）0农63%31.3%20.6%15.3生12%9.8%8.1%6.8%5.6入 -g4测量值d11.29.48.67.87.16.55.85.04.21.80do + d106.0104.2103.4102.6101.9101.3100.699.899.096.694.8U（uv）1028466482100118136154172190度强场电对相数据分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波腹到相邻的波节，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许范围内。上图为对数坐标，横轴表示logE，纵轴表示logU分析：根据理论分析，上图应该是

7、一条斜率为n的直线，而实际描出的点连成的线不是一条 很直的直线，笔者决定采用理论拟合法拟合出一条直线。拟合后直线的斜率为1.92,所以晶 体检波率为1.92。第二种定标法log 0.5logcos TOC o 1-5 h z log0.5=1.80logcos11.3*n43.5(3)a.两点法测量波导波长T = - (T + T )=112-5104-5 = 108.5 min 2122T =- (T + T )=124-5136 = 130.25 min 212入 =2 T T =43.50mm gmin minb.间接法测量波导波长人入 g = l=43.12mmI 土 f比较两种方法测

8、量出的波导波长，可以看出相差不大，说明实验结果比较准 确，实验操作规范正确。（4）做晶体检波特性的校准时，有哪些主要误差因素？怎样减少或避免？答：探针深入长度放在适当深度，当探针沿线移动时，应避免探针上下左右 晃动。（5）你所测的晶体校准曲线的应用条件是什么？答：晶体二极管是一种非线性元件，亦即检波电流I同场强E之间不是线性关系:I=k*En当微波场强较大时呈现直线律，当微波场强较小时（P1w）呈现平方律。四、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：Gu为探针等效电导，3为探针等效电纳，当终端短路时，驻波节点处的输入导纳Y/8 趋近于无

9、穷大，驻波最大点A及最小点G =0的圆上。如果探针放在驻波的波节点B上，由于 此点处的输入导纳Y*，故七的影响很小，驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻 波的波腹点，由于此点处的输入导纳Yn90,故七对驻波腹点的影响就特别明显，探针呈容性 电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。（2）、用波长表测量自由空间中的信号振荡频率后，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，

10、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，只有在小信号时才适用，在测试过程中需要采取哪些措施来实 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）、为什么要测量晶体检波率，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关系。五、实验总结本次实验中，我复习了微波的基础知识，并且在实验中了解到微波在波导中传播的特点， 掌握了微波基本测量技术，并且学习到了用微波作为观测手段来研究物理现象。实验中我们用了新的一种仪器，在老师的细心讲解下，我们了解了基本的操作步骤，知 道每一个模块有什么作用，然后我们根据书中的讲解进行实验，实验中有很多地方我们可能 没有