微波基本參量測(cè)量

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1、微波基本參量測(cè)量摘要微波技術(shù)是一門獨(dú)特的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),在通過(guò)對(duì)微波測(cè)試系統(tǒng)的基本組成和工作原理的觀察和研究后，了解了微波在波導(dǎo)中的傳播特點(diǎn)，掌握頻率、功率以及駐波比等基本量的測(cè)量，同時(shí)掌握微波的基本知識(shí)；學(xué)習(xí)用微波作為觀測(cè)手段來(lái)研究物理現(xiàn)象。關(guān)鍵詞微波頻率駐波比功率引言微波技術(shù)是近代發(fā)展起來(lái)的一門尖端科學(xué)技術(shù)，它不僅在通訊、原子能技術(shù)、空間技術(shù)、量子電子學(xué)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)研究中也是一種重要的觀測(cè)手段，微波的研究方法和測(cè)試設(shè)備都與無(wú)線電波的不同。微波的波長(zhǎng)決定了它的性質(zhì)既不同與無(wú)線電波，也不同與光波。實(shí)驗(yàn)原理一、電磁波的基本關(guān)系描寫電磁場(chǎng)的基本

2、方程是：，，⑴和，，。⑵方程組⑴稱為麥克斯韋方程組，方程組⑵描述了介質(zhì)的性質(zhì)對(duì)場(chǎng)的影響。對(duì)于空氣和導(dǎo)體的界面，由上述關(guān)系可以得到邊界條件(左側(cè)均為空氣中場(chǎng)量)，，⑶，。方程組⑶表明，在導(dǎo)體附近電場(chǎng)必須垂直于導(dǎo)體表面，而磁場(chǎng)則應(yīng)平行于導(dǎo)體表面。二、矩形波導(dǎo)中波的傳播根據(jù)電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律——Maxwell方程組或由它導(dǎo)出的波動(dòng)方程以及具體波導(dǎo)的邊界條件，可以嚴(yán)格求解出只有兩大類波能夠在矩形波導(dǎo)中傳播：①橫電波又稱為磁波，簡(jiǎn)寫為TE波或H波，磁場(chǎng)可以有縱向和橫向的分量，但電場(chǎng)只有橫向分量。②橫磁波又稱為電波，簡(jiǎn)寫為TM波或E波，電場(chǎng)可以有縱向和橫向的分量，但磁場(chǎng)只有橫向分

3、量。在實(shí)際應(yīng)用中，一般讓波導(dǎo)中存在一種波型，而且只傳輸一種波型，我們實(shí)驗(yàn)用的TE10波就是矩形波導(dǎo)中常用的一種波型。1．TE10型波在一個(gè)均勻、無(wú)限長(zhǎng)和無(wú)耗的矩形波導(dǎo)中，從電磁場(chǎng)基本方程組⑴和⑵出發(fā)，可以解得沿z方向傳播的TE10型波的各個(gè)場(chǎng)分量為，⑷其中，位相常數(shù)β=2π/λg；λg為波導(dǎo)波長(zhǎng)，其中λ=c/fTE10波具有如下特點(diǎn)：①存在一個(gè)臨界波長(zhǎng)＝2α，只有波長(zhǎng)λ<λC的電磁波才能在波導(dǎo)管中傳播②波導(dǎo)波長(zhǎng)λg>自由空間波長(zhǎng)λ。③電場(chǎng)只存在橫向分量，電力線從一個(gè)導(dǎo)體壁出發(fā)，終止在另一個(gè)導(dǎo)體壁上，并且始終平行于波導(dǎo)的窄邊。④磁場(chǎng)既有橫向分量，也有縱向分量，磁力線環(huán)

4、繞電力線。⑤電磁場(chǎng)在波導(dǎo)的縱方向(z)上形成行波。在z方向上，和的分布規(guī)律相同，也就是說(shuō)最大處也最大，為零處也為零，場(chǎng)的這種結(jié)構(gòu)是行波的特點(diǎn)。微波技術(shù)中，還經(jīng)常使用駐波比來(lái)描述傳輸線阻抗匹配的情況。波導(dǎo)中駐波比被定義為：波導(dǎo)中駐波電場(chǎng)最大值和電場(chǎng)最小值之比，即　　　　　　　　實(shí)驗(yàn)儀器衰減器、匹配負(fù)載、隔離器、環(huán)行器、選頻放大器、駐波測(cè)量線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.微波的傳輸特性在微波波段中，為了避免導(dǎo)線輻射損耗和趨膚效應(yīng)等的影響，一般采用波導(dǎo)作為微波傳輸線。微波在波導(dǎo)中傳輸具有橫電波（TE波）、橫磁波（TM波）和橫電波與橫磁波的混合波三種形式。微波實(shí)驗(yàn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)管，通常

5、采用的傳輸波型是TE10波。波導(dǎo)中存在入射波和反射波，描述波導(dǎo)管中匹配和反射程度的物理量是駐波比或反射系數(shù)。依據(jù)終端負(fù)載的不同，波導(dǎo)管具有三種工作狀態(tài)：　　(1)當(dāng)終端接"匹配負(fù)載"時(shí)，反射波不存在，波導(dǎo)中呈行波狀態(tài)；　　(2)當(dāng)終端接"短路片"、開路或接純電抗性負(fù)載時(shí)，終端全反射，波導(dǎo)中呈純駐波狀態(tài)；　　(3)一般情況下，終端是部分反射，波導(dǎo)中傳輸?shù)募炔皇切胁?，也不是純駐波，而是呈混波狀態(tài)。2．微波頻率的測(cè)量微波的頻率是表征微波信號(hào)的一個(gè)重要物理量，頻率的測(cè)量通常采用數(shù)字式頻率計(jì)或吸收式頻率計(jì)進(jìn)行測(cè)量。下面主要介紹較常用的吸收式頻率計(jì)的工作原理：當(dāng)調(diào)節(jié)頻率計(jì)，使其

6、自身空腔的固有頻率與微波信號(hào)頻率相同時(shí)，則產(chǎn)生諧振，此時(shí)，通過(guò)連接在微波通路上的微安表或功率計(jì)可觀察到信號(hào)幅度明顯減小的現(xiàn)象（注意，應(yīng)以減幅最大的位置作為判斷頻率測(cè)量值的依據(jù)）。調(diào)整L，找到諧振頻率，記下此時(shí)L，查波長(zhǎng)校正表，可知頻率f（由l＝c/f,可求波長(zhǎng)）。3．微波功率的測(cè)量微波功率是表征微波信號(hào)強(qiáng)弱的一個(gè)物理量，通常采用替代或比較的方法進(jìn)行測(cè)量。也就是將微波功率借助于能量轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的低頻或直流物理量，來(lái)實(shí)現(xiàn)微波功率的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)室中通常采用吸收式微瓦功率計(jì)(如GX2A)：傳輸線路終端接入探頭和功率計(jì)，并選擇合適的量程，功率計(jì)調(diào)零后把波導(dǎo)開關(guān)旋至檢波

7、器上，讀出功率讀數(shù)。4.波導(dǎo)波長(zhǎng)和駐波比的測(cè)量（1）駐波比的測(cè)量關(guān)于駐波比，定義為波導(dǎo)中駐波極大值點(diǎn)與駐波極小值點(diǎn)的電場(chǎng)之比。a)????大駐波比(r>6)的測(cè)量．在大駐波比情況下，檢波電流Imax與Imin相差太大，在波節(jié)點(diǎn)上檢波電流極微，在波腹點(diǎn)上二極管檢波特性遠(yuǎn)離平方律，故不能用（8.1.2）式計(jì)算駐波比r，可采用“二倍極小功率法”．利用駐波測(cè)量線測(cè)量極小點(diǎn)兩旁功率為其二倍的點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而求出d，則(r>>1)b)????中駐波比(1.5￡r￡6)的測(cè)量．中駐波比的情況可直接計(jì)算，．c)???小駐波比(1.005￡r￡1.5)的測(cè)量．在小駐波比情況下，駐波極