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1、微波传输与测量实验第1页，共22页，编辑于2022年，星期六 实验题目：微波传输与测量实验题目：微波传输与测量实验题目：微波传输与测量实验题目：微波传输与测量 实验类型：综合性实验实验类型：综合性实验实验类型：综合性实验实验类型：综合性实验 仪器设备：微波实验系统仪器设备：微波实验系统 知识点：知识点：知识点：知识点：微波基本知识、电磁波特性、驻波。微波基本知识、电磁波特性、驻波。微波基本知识、电磁波特性、驻波。微波基本知识、电磁波特性、驻波。教学模式：开放实验（总体讲解教学模式：开放实验（总体讲解+实验预习实验预习+学生自主学生自主学生自主学生自主 实验）。实验）。考核方式：考核方式：考核方
2、式：考核方式：预习成绩预习成绩预习成绩预习成绩+平时成绩平时成绩+实验操作实验操作+实验报告实验报告实验报告实验报告+笔试共笔试共5个模块的综合。个模块的综合。个模块的综合。个模块的综合。第2页，共22页，编辑于2022年，星期六第3页，共22页，编辑于2022年，星期六第4页，共22页，编辑于2022年，星期六 微波技术在雷达、宇宙通讯、导航、射电天文微波技术在雷达、宇宙通讯、导航、射电天文微波技术在雷达、宇宙通讯、导航、射电天文微波技术在雷达、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学、电视、遥控遥测、生产和医疗等各方面都有着学、电视、遥控遥测、生产和医疗等各方
3、面都有着学、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广泛的应用，而且成为发展尖端科学技术必不可少广泛的应用，而且成为发展尖端科学技术必不可少广泛的应用，而且成为发展尖端科学技术必不可少的手段。的手段。的手段。的手段。4.4.微波的应用微波的应用第5页，共22页，编辑于2022年，星期六 （二）微波测量的必要性（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
4、义。低频电不适用，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。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、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，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。它是分析微波电路的根本方法。第6页，共22页，编辑于2022年，星期六图图1 波导基本类型波导基本类型二、微波的波导传输二、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微波沿普通的双股导线传输时，会大量地
5、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、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。带状线等，本实验采用波导管传输线，以下简称波导。第7页，共22页，编辑于2022年，星期六在矩形波导内可以传播的电磁波分为两类：在矩形波导内可以传播的电磁波分为两类：横电波横电波 ，又称磁波，它的磁场可以有纵向和横向的分量，但电，又称磁波
6、，它的磁场可以有纵向和横向的分量，但电场仅有横向分量。场仅有横向分量。横磁波横磁波 ，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，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，在波导中是横电磁波，在波导中是不能传播的。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a22.86mm,b=10.16mm仅能传输仅能传输TE10TE10波，这种波型
7、的电磁场分布如图波，这种波型的电磁场分布如图2,2,所示。所示。中，中，“TETE”表示电场没有纵向分量，即表示电场没有纵向分量，即 Ez=0Ez=0，第一个下标，第一个下标“1 1”表示电磁场沿宽边表示电磁场沿宽边方向有方向有“1 1”个最大值。第二个下标个最大值。第二个下标“0 0”表示电磁场沿波导窄边方向没有变化，是均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，磁导率为，磁导率为，在，在开口处输入角频率为开口处输入角频率为的电磁波，使它沿的电磁波，使它沿Z Z轴传播，管内的
8、电磁场分布可由求解麦克轴传播，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。斯韦方程组（结合边界条件）得出。第8页，共22页，编辑于2022年，星期六 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波的电磁场分量为波的电磁场分量为:第9页，共22页，编辑于2022年，星期六图图2(b)磁场对磁场对X、Y、Z轴的分布轴的分布第10页，共22页，编辑于2022年，星期六第11页，共22页，编辑于2022年，星期六第12页，共22页，编辑于2022年，星期六第13页，共22页，编辑于2022年，星期六第14页，共
9、22页，编辑于2022年，星期六三、微波测试系统三、微波测试系统第15页，共22页，编辑于2022年，星期六四、微波的波导传输与基本测量四、微波的波导传输与基本测量（一）实验目的（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（二）实验连接线路（二）实验连接线路（二）实验连接线路图图9 9 实验连接线路实验连接线路第16页，共22页，编辑于2022年，星期六（三）实验内容（三）实验内容 1.1.驻波比测量驻波比测量 （1）测定电场波腹和波节处的场强Emax和Emin，利用它
10、们可以计算出驻波比等。第17页，共22页，编辑于2022年，星期六2.2.交叉读数法测波导波长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下它们的位置分别为D1和和D1则有则有：第18页，共22页，编辑于2022年，星期六由此可得波导波
11、长：由此可得波导波长：g=2(D2min-D1min)。3.3.微波功率测量微波功率测量衰减量（衰减量（dBdB）=10LgP=10LgP入入/P/P出出 第19页，共22页，编辑于2022年，星期六五、五、参考文献参考文献1.1.1.1.参考书目参考书目参考书目参考书目 1 1近代物理实验讲义，近代物理实验讲义，近代物理实验讲义，近代物理实验讲义，2008200820082008年年年年 2 2近代物理实验近代物理实验近代物理实验近代物理实验，北京：高等教育出版社，邬鸿彦等编著，北京：高等教育出版社，邬鸿彦等编著，北京：高等教育出版社，邬鸿彦等编著，北京：高等教育出版社，邬鸿彦等编著，200
12、4 2004 2004 2004年年年年 3 3近代物理实验近代物理实验近代物理实验近代物理实验北京：清华大学出版社，胡汉才编著，北京：清华大学出版社，胡汉才编著，北京：清华大学出版社，胡汉才编著，北京：清华大学出版社，胡汉才编著，2005 2005 2005 2005年年年年2.2.2.2.参考论文参考论文参考论文参考论文 1 1“微波通信天线的选择与优化微波通信天线的选择与优化微波通信天线的选择与优化微波通信天线的选择与优化”,崔俊龙崔俊龙崔俊龙崔俊龙 ，山西科技，山西科技，山西科技，山西科技 ，2010/05 2010/05 2 2“沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响沙尘尺寸分布对微波传输
13、特性的影响沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响”,董群锋董群锋董群锋董群锋 ,装备环境工程装备环境工程装备环境工程装备环境工程 ，2010/05 2010/05 3 3“基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球CabeusCabeus撞击坑水冰含量研究撞击坑水冰含量研究撞击坑水冰含量研究撞击坑水冰含量研究”，孟治，孟治，孟治，孟治国国国国 ，中国科学，中国科学，中国科学，中国科学:物理学物理学物理学物理学 力学力学力学力学 天文学天文学天文学天文学 ，2010/1
14、12010/11 4 4“微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究”，王雨，王雨，王雨，王雨 ，气象学报，气象学报，气象学报，气象学报 ，2010/032010/032010/032010/03 5 5“近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析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，任席闯，任席闯，任席闯 ，激光与红外，激光与红外，激光与红外，激光与红外 ，2010/082010/082010/082010/08第20页，共22页，编辑于2022年，星期六六、思考题六、思考题1.1.简述驻波比的测量原理。简述驻波比的测量原理。2.2.简述波导波长的测量方法。简述波导波长的测量方法。3.3.微波测量实验中应注意那些事项。微波测量实验中应注意那些事项。4.4.简述微波波导的基本分类。简述微波波导的基本分类。5.5.举例说明微波主要应用。举例说明微波主要应用。第21页，共22页，编辑于2022年，星期六第22页，共22页，编辑于2022年，星期六