微波基本参数测量实验报告

（实验报告）微波基本参量测量【摘要】微波技术是一门独特的现代科学技术，我们应掌握它的基本知识和测量的方法。对微波测试系统的工作原理的分析研究与基本参量的测量，能使我们掌握微波的基本知识，了解其传播的特点，并且我们还能学会对功率、驻波比和频率等量的测量方法。另外，在实验过程中我们还能熟悉功率计等实验器材的工作原理和物理学中对有关物理量的测量的思想方法。【关键词】微波、功率、驻波比、频率、测量【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。微波的特点有以下几点：第一.微波波长很短。具有直线传播的性质，能在微波波段制成方向性极强的无线系统，也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波，从而确定物体的方向和距离。这使微波技术广泛的应用于雷达中。第二.微波的频率很高，电磁振荡周期很短。比电子管中电子在电极经历的时间还要小。普通电子管不能用作微波振荡器、放大器和检波器，而必须用原理上完全不同的微波电子管来代替。第三.许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长正好处在微波波内。用这特点研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子无线电物理学等尖端学科,还研制了低噪音的量子放大器和极为准确的分子钟与原子钟。第四.微波可以畅通无阻的穿过地球上空的电离层。微波波段为宇宙通讯、导航、定位及射电天文学的研究和发展提供了广阔的前景。【正文】本实验中，我们首先要引入两个基本概念：反射系数与驻波比。反射系数的定义：波导出某横截面出的电场反射波与入射波的复数比。驻波比的定义：波导中驻波电场最大值与驻波最小值之比。其次，我们需要对一些新的实验仪器做大概的了解。（1）衰减器：把一片能吸收微波能量的介质片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，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，使输入电磁波得到不同程度的衰减。在本实验中，我们只需调节衰减器侧面上的螺旋测微器来改变衰减程度。（2）驻波测量线：测量微波传输系统中电场的强弱布的精密仪器。在波导中的宽边中央开有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导中。由于探针与电场平行，电场的变化在探针上感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。探针可沿波导移动，则输出信号显示出波导中电场沿传播方向的变化。在本实验中，我们把探针连接到选频放大器上，测量电流量。（3）选频放大器：用于测量微弱低频信号，配合微波测量线测量驻波系数，配合微波检波器进行衰减测量等。信号经升压、放大，选出1KHz附近的信号，经整流平滑后由输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。在本实验中，我们使用选频放大器对电流进行测量。（4）微波源：DH1121A型三厘米固态信号源由体效应管振荡器、可变衰减器、PIN调制器、隔离器、调制电路及电源组成，它提供所需微波信号，频率范围在8.6-9.6GHz。接下去，我们就要对微波的驻波比、功率和频率进行测量。【1】驻波比的测量。其原理为：探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过体二极管检波后由指示器指示，从而看出开槽线中电场的分布情况。当检波金属满足平方律时，我们只需用选频放大器测量电流即可。驻波比的测量分为三种情况（1）小驻波比的测量。小驻波比情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，要多测几个波腹和波节，按下式计算平均值：（2）中驻波比 的测量。只需测一个驻波波腹和一个驻波波节，按下式计算：（3）大驻波比的测量。大驻波比情况下，波腹振幅与波节振幅的差别很大，测量线不能同时测量波节，因此必须采用别的测量方法----二倍极小功率法。使用平方律的检波晶体管，利用探针测量极小点两旁功率为极小点功率二倍的两点的距离W，以及波导波长，按下式计算驻波比：由以上分析可知，对大驻波比的测量，就是测量两个物理量W和波长。首先，我们来具体分析一下波长的测量方法。在测量时，如果极小点不太容易找出时，可在它附近测两点的距离坐标，此二点在指示器上的指示相等，然后取这两点坐标的平均值。即： 。波导波长由两个临近极小点的距离决定。在本实验中，我们选取的左右两点应接近于波节处，这样它们之间的差值就比较大，误差相对较小。其次，我们来看一下W的测量方法。通过调节探针的位置，观察选频放大器上的读数变化。在调节到选频放大器上的读数接近最小值时，转换量程开关，使读数放大十倍。细调探针位置，确定最小值示数，继续调节探针位置，使选频放大器示数为最小值的两倍，在小刻度盘上读出这两点的距离。【2】功率的测量。在本实验中，我们采用绝对功率测量方法，由功率计上读出的示数即为绝对功率。功率计测量功率的基本原理是利用微波对热电偶进行加热，热电偶将温度的变化转化成电压来变现出来，再将此电压通到放大器上，通过放大在仪器上显示出来，再经过曲线的拟合等工作后，仪器上所显示的数值即为功率的数值。通过调节精密衰减器的衰减量，功率计上的读数会跟着发生变化，感受一下读数的变化情况即可。【3】频率的测量。在本实验中，我们对微波频率的测量采用谐振法，谐振波长计与微波系统的连接采用吸收型（最小读数法）。调节波长表上的螺旋测微器旋钮，观察指示器上的读数情况。在波长表调节到某一值时，指示器上的读数发生突变，记录下此时波长表上的读数值。对照实验说明书上的表格，找出该读数所对应的频率值，即为我们要求的频率，对比信号源上的示数值。按照以上的实验步骤和要求，测量得到实验数据如下所示：小驻波比测得的三个极大值为25.524.524.8；三个极小值为19.519.018.3。按上述公式计算出小驻波比为1.128。中驻波比测得的一组数据为：极大值57.5，极小值1.3。按上述公式计算出中驻波比为6.65。大驻波比测得的X2’=126.1mm，X2’’=1