微波传输与测量实验

微波传输与测量实验第一页，共二十二页，编辑于2023年，星期二

实验题目：微波传输与测量实验类型：综合性实验仪器设备：微波实验系统知识点：微波基本知识、电磁波特性、驻波。教学模式：开放实验（总体讲解+实验预习+学生自主实验）。考核方式：预习成绩+平时成绩+实验操作+实验报告+

笔试共5个模块的综合。

第二页，共二十二页，编辑于2023年，星期二

一、引言二、微波的波导传输

三、微波测试系统四、微波的波导传输与基本测量五、参考文献六、思考题微波的波导传输与测量第三页，共二十二页，编辑于2023年，星期二（一）微波概念、分类、性质及应用

1.微波概念微波是一种频率很高的电磁波。频率在300兆赫至300千兆赫，波长为1米到1毫米。

2.微波分类分米波段、厘米波段、毫米波段

3.微波的性质

1）微波的波长比许多常见的物体（如：飞机、船舶、建筑物等）的几何尺寸要小得多；

2）微波可以畅通无阻地通过大气高层的电离层。因此是电磁波谱中的“宇宙窗户”；

3）微波具有很宽的频率范围，可以用来传递大量的信息。

一、引言第四页，共二十二页，编辑于2023年，星期二

微波技术在雷达、宇宙通讯、导航、射电天文学、电视、遥控遥测、生产和医疗等各方面都有着广泛的应用，而且成为发展尖端科学技术必不可少的手段。

4.微波的应用第五页，共二十二页，编辑于2023年，星期二（二）微波测量的必要性在微波波段，由于波长很短，以至和电路的尺寸相当或更小，因此电路中常用的处理问题的方法在这里已不适用，电压、电流的概念失去了确切的含义。低频电路中通常采用集中参数元件，如电阻、电容、电感等。在微波电路中则采用分布参数元件，如波导、谐振腔、测量线等，电磁场和电磁波的概念在这里显得重要起来，它是分析微波电路的根本方法。第六页，共二十二页，编辑于2023年，星期二图1波导基本类型二、微波的波导传输

微波沿普通的双股导线传输时，会大量地向周围空间辐射，同时由于电流的趋肤效应，导线的热损耗也急剧增大，这些都使微波能量无法有效地传输，因此，一般不用双导线来传送微波。常用的微波传输线为同轴线、波导管、带状线等，本实验采用波导管传输线，以下简称波导。

第七页，共二十二页，编辑于2023年，星期二在矩形波导内可以传播的电磁波分为两类：

<1>横电波<即TE波>，又称磁波，它的磁场可以有纵向和横向的分量，但电场仅有横向分量。

<2>横磁波<即TM波>，又称电波。它的电场可以有纵向和横向的分类，但磁场仅有横向分量，电场的纵向分量和磁场的纵向分量同时为零的电磁波——横电磁波，在波导中是不能传播的。通过限制波导的尺寸，可以使波导传输单一波型，本实验所用的三厘米标准矩形波导中<a＝22.86mm,b=10.16mm>仅能传输TE10波，这种波型的电磁场分布如图2<a>,<b>所示。

中，“TE”表示电场没有纵向分量，即Ez=0，第一个下标“1”表示电磁场沿宽边方向有“1”个最大值。第二个下标“0”表示电磁场沿波导窄边方向没有变化，是均匀分布的。设波导内部充以均匀的介质（一般为空气），介质常数为ε，磁导率为μ，在开口处输入角频率为ω的电磁波，使它沿Z轴传播，管内的电磁场分布可由求解麦克斯韦方程组（结合边界条件）得出。

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当波导是无限长和均匀的，并且没有损耗时，可解出矩形波导中TE10波的电磁场分量为:第九页，共二十二页，编辑于2023年，星期二图2(b)磁场对X、Y、Z轴的分布第十页，共二十二页，编辑于2023年，星期二第十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期二第十二页，共二十二页，编辑于2023年，星期二第十三页，共二十二页，编辑于2023年，星期二第十四页，共二十二页，编辑于2023年，星期二三、微波测试系统第十五页，共二十二页，编辑于2023年，星期二四、微波的波导传输与基本测量（一）实验目的一、了解波导系统的几种工作状态，掌握波导元件的使用方法；二、掌握用驻波测量线测量驻比及波导波长的方法；三、掌握微波频率和功率的测量方法。（二）实验连接线路图9实验连接线路第十六页，共二十二页，编辑于2023年，星期二（三）实验内容

1.驻波比测量

（1）测定电场波腹和波节处的场强Emax和Emin，利用它们可以计算出驻波比等。第十七页，共二十二页，编辑于2023年，星期二2.交叉读数法测波导波长

波导波长的测定一般为测定两个波节的位置，这样由探针引入的误差最小，为了准确测定波节的位置，常采用交叉读数法。方法是，不直接测量最小点的位置，而是在最小点两侧找到两个电流读数相同的点，记下它们的位置分别为D1'和D1"<如图>则有：第十八页，共二十二页，编辑于2023年，星期二由此可得波导波长：λg=2(D2min-D1min)。

3.微波功率测量衰减量（dB）=10LgP入/P出

第十九页，共二十二页，编辑于2023年，星期二五、参考文献1.参考书目[1]《近代物理实验讲义》，2008年[2]《近代物理实验》，北京：高等教育出版社，邬鸿彦等编著，2004年[3]《近代物理实验》北京：清华大学出版社，胡汉才编著，2005年2.参考论文

[1]“微波通信天线的选择与优化”,崔俊龙

，山西科技

，2010/05

[2]“沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响”,董群锋

,装备环境工程，2010/05[3]“基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球Cabeus撞击坑水冰含量研究”，孟治国

，中国科学:物理学力学天文学

，2010/11

[4]“微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究”，王雨

，气象学报

，

2010/03[5]“近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析”，任席闯

，激光与红外

，2010/08第二十页，共二十二页，编