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1、微波基本参数的测量预习报告物理072陈焕07180217摘要：介绍了什么是微波，微波传输线波导管，微波在波导管中的传输特性，以及测量微波 频率，功率，驻波比这些参数的试验方案，使用仪器的原理。关键字：微波波导管微波基本参数引言：微波是一种波长较短的电磁波。在电磁波波谱表中，微波的波长介于无线电波与光波 之间。波长较长的分米波和无线电波的性能相近，波长较短的亳米波则与光波的性质相全都。 由于微波所辐射的能量可与物质发生相互作用，在近代物理领域中已成为一种非常重要的讨 论手段。使用微波直线加速器和微波频谱仪可对原子和分子结构进行讨论；微波衍射仪可用 来讨论晶体结构；微波波谱仪可测定物质的很多基本物
2、理量；微波谐振腔又可用来测量低损 耗物质的介质损耗及介质常数等,微波的波长被规定在1mm1M之间，其频率范围相当 于 300GHz300MHz。波导管里的电磁场：波导管是引导微波电磁波能量沿肯定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微 带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本试验用矩形波导。矩形波导的宽边定为x方向，内尺寸用a表示。窄边定为y方向，内尺寸用b表示。TA。波 以圆频率0自波导管开口沿着z方向传播。在忽视损耗，且管内布满匀称介质（空气）下, 波导管内电磁场的各重量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到：E, =&in（卫V%）7ia= /丝sin（色）一 如
3、7iaH. = cos（m）二）aE、= Ey = Ez其中，位相常数相二，*0波的特点:a.电场仅有重量约工0,表明电场矢最总是垂直于波导宽边a,而=0表明磁场矢量在平行于波导宽边的平面内。7TYb.电磁场沿y方向是匀称的，而在x方向形成驻立波Ex = E()*sin() a通常以脚标mm分别表示在波导宽边和窄边的驻立波的个数。C.电磁场在波导的纵向Z上形成行波。沿Z方向E,和E,分布规律相同，即纥最大处Hx亦最大，七、.=0处”=0,场的这种结构是行波的特点，两者相差为工。人2反射系数和驻波比波在无限长的波导管中沿z方向传播，构成行波，现只考虑某时刻I的传输状态，略去6一阶因子，则纥=/3
4、叫月产也任71若波导不是无限长的匀称导体，则存在反射波，电场由入射波和反射波叠加而成，Ey=E/+E0方,g和Z分别表示入射波和反射波的振幅，将距离L的原点取在终端负载的反射面上，则上式变为Ey =耳9+ E*定义反射系数&)为波导中某横截面处的电场反射波与入射波之比，即F ,祁IR(L) = ： = R(0)eT冽，其中 R(0)=|R(0)|eW, R (0)为终端的反射系数，cp EreJP表示在终端反射波与入射波的相位差，Ey =毕加1+1 R(0)| 八2)当24一 = 2乃时，驻波电场达最大值，形成波腹，即| 引=|gi(l+|R(0)|)当2例0 = (2 + 1)乃时，驻波电场
5、大最小值，形成波节，即|纥|=|耳|/(1-|&0)|)驻波比夕定义为波导中驻波最大值与最小值之比，即I Ey Imax (1+ I R(0) I)I Ey U (1-1 RO) I)试验内容试验中使用的仪器有：DH388O选频放大器、DH1121微波信号源、DH4801B型厘米波功 率计、BD1/049型H面波导开关、DH215O检波指示器 1.频率测量连接微波系统，将检波器及检波指示器接到被测件位置，采用波长表可以测出微波信号 源的频率。由于波长表由一个谐振腔构成，旋转波长表的测微头，可以转变谐振腔的大小， 从而转变其固有频率，当固有频率与微波的频率相同时，两者发生共振。而发生共振时，谐
6、振腔汲取微波的能量达到最大值。所以，当波长表与被测频率谐振时，将消失汲取峰，反映 在检波器上的指示是一跌落点，读出测量头读数，查出对应频率。试验时，微波信号源显示的数值为9.595GHZ,消失汲取峰时，波长表的读数为3.19mm, 查表得到的数据为9596MHZ。2 .功率测量功率计测量原理为将微波的电磁能先通过耦合转化为热能，形成热电动势，在功率计里 测量后得到微波的功率。测量时，传输线路终端接入探头和功率计，并选择合适的量程，功 率计调零后把波导开关旋至检波器上，读出功率读数。试验得到的功率为9.10mW。3 .微波驻波比测量测量驻波比，三厘米波导测量线是测量的基本仪器。测量线由开槽波导，
7、不调谐探头 和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的 输出送到显示装置，就可以探测微波传输系统中电磁场分布状况。测最线波导是一段精密加 工的开槽直波导，此槽位于波导宽边的正中心，平行于波导轴线，不切割高频电流，因此对 波导内的电磁场分布影响很小。此外，槽端还有阶梯匹配段，两端法兰具有尺寸精确的定位 和连接孔，而且保证开槽波导有很低的剩余驻波系数。三厘米波导测量线的形状图见试验仪 器介绍部分所示。滑架是用来安装开槽波导和不调谐探头的。把不调谐探头放入滑架的探头 插孔中，拧紧锁紧螺钉，即可把不调谐探头紧固。探针插入波导中的深度，可依据状况适当 调整。小驻波比
8、将探头移动到波节和波腹的地方，从选频放大器读出电压的最大值和最小值，计算出驻 波比S。= 1.11大驻波比假如直接测量大驻波的最大值，就会引入误差，驻波的最大值超出了指示器量程。此时 可用“双倍最小值法”来测量假定晶体工作在平方律检波，则只须测出读数为最小点二倍的箜塞於境inin2vmVInd为二倍最小点幅度处d = X1-X2用“平均法”找出两个相邻的最小点位置口和包，即：移动探针在驻波最小点左右找出两 个具有相同幅度的位置5和出，然后取其平均值、即为所需的最小点位置D”用相同的方 法找出相邻的最小点1）24 + d-,相邻两个最小点的距离即为半个波导波长4 =2D-D204 = 99.9mm、d 2 = 102.0/?, dy = 123.7/w/z, = 121 Ammd = 0.23im.-.S = 59.8o试验总结1 .测最频率的试验，误差主要来自于读取波长表的读书时引起的。由于消失汲取峰的频率 范围很小，人为旋转波长表时很简单消失偏差。我设想可以使用触发电路，当消失汲取 峰时电压骤减，这时电路断开，使波长停在汲取峰那一刻。2 .测量功率，误差的大小主要打算于电磁能转化为热能的转化率。从测量小驻波比的试验 （后端接入的是功率计）看出，驻波比为1.11,说明并非全部微波被汲取转化，还有一 部分被反射。3 .测量大驻波比时，测量二倍最小值间距应当用千分尺，以减小误差。