1、实验 微波的传输特性和基本测量实验目的1、 了解电磁波在矩形波导中传播的特点，学会用驻波测量线测量波的纵向分布。2、 掌握一些微波基本量的测量基本技术，学会测量驻波比、波导波长、检测信号频率等。3、 学会阻抗调配。实验仪器微波窄带扫频信号源、衰减器、频率计（波长计） 、驻波测量线等。一、实验原理微波是指波长范围在 ，即频率范围在 的电磁波。微波信号系统1m:30MHzGz:中最基本参数有频率、驻波比、功率等。1 矩形波导及其中的 波：10TE矩形波导是一个横截面为 矩形的均匀、无损耗的波导管。如下图 1。本实验室使用的是国ab际通用的标准波导，其内壁尺寸为： 。波导中传播的电磁波被完全局限2.
2、86,10.6mb在波导管内。xyzab探针图 1 矩形波导结构图假设矩形波导管内壁为理想导体且波导沿 z 轴方向为无限长，由麦克斯韦电磁理论可求得矩形波导中 波的各电磁场分量为：10TE0x0sinjtzyxEea0zE0sinjtzxxHeay02sjtzz xjEcoea波导中电磁场的电场强度分布如图 2 所示。电磁场的结构具有以下特性： ，电场在 z 方向无分量，为横电波；0,zEH电磁场沿 x 方向为一个驻立半波，沿 y 方向为均匀分布；电磁场沿 z 方向为行波状态，在该方向，电磁场分量 与 的分布规律相同。yExH2实验装置其它元件：z xE E图 2 波的电场分量分布图10TE标
3、准短路片 待测阻抗 匹配负载 阻抗调配器微波窄带扫频信号源衰减器转换器 频率计 驻波测量线终端电流计3传输线的特性参量与工作状态：在波导中常用相移常数、波导波长、驻波系数等特性参量来描述波导中的传输特征，对于矩形波导中的 波：10TE自由空间波长： cf截止波长： 2ca波导波长： 21gc相移常量： g反射系数： E入反驻波比： minMax由此可见，微波在波导中传输时，存在着一个截止波长 ，波导中只能传输 的电磁波。cc波导波长大于自由空间波长。在实际应用中，传输线并非是无限长，此时传输线中的电磁波由入射波与反射波迭加而成，传输线中的工作状态主要决定于负载的情况。波导终端接上负载后，由于负
4、载反射电磁波性质的不同，电磁波在终端产生不同程度的反射。微波技术中，常用驻波比 来描述传输线阻抗匹配的情况。驻波比 与反射系数 之间的关系为：1由于 ，则 的值在 之间。01:波导终端接匹配负载时，微波功率全部被负载吸收，无反射波，波导中呈现行波状态。此时有： ；,波导终端接标准短路片（即理想导体板）时，形成全反射，波导中呈现出纯驻波状态，此时有： 1,波导终端接一般性负载时，形成部分反射，波导中呈现出驻波状态，此时。0,二、实验内容实验测量过程中，打开信号源的电源， 调节与波导连接的衰减器，使在波导中传播的电磁波能量大小适中。调节方法：在波导终端接上标准短路片，将驻波测量线的探针移至使电流表
5、示值为极大时对应的位置，此位置即为波导中驻波的波腹，调节衰减器使电流计示值达到最大，但不超出量程。1微波频率的测量微波的频率是表征微波信号的一个重要物理量。本实验中采用吸收式频率计进行测量。吸收式频率计的测量工作原理：当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时，则产生谐振，吸收式频率计对微波有最大的吸收，此时连接在微波通路上的电流计的示值有明显的减小，以减幅最大作为判断频率测量的依据。微波频率的测量过程：在波导终端接上标准短路片，将探针移至某一波腹位置处，此时作检测用的电流计的示值为最大，仔细调节频率计，当电流计示值减小到最小时，吸收式频率计对通过的微波达到谐振吸收状态，频率计对
6、应的读数即为微波信号的频率。2驻波比的测量驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。即minMaxE式中 分别表示波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场强度。实验中通常采用驻波测量min,MaxE线来测定波导波长和驻波比。驻波测量线的探针是用于探测波导中的电场分布，由探针探测，经检波晶体（微小二极管）转换成检波电流由电流计显示。实验前应注意驻波测量线的谐振，使其有最佳灵敏度。实验中微波信号比较弱，驻波测量线中的检波二极管符合在平方律检波，即 。则2IE驻波比测量依据公式为mininMaxaxEI即使用驻波测量线测量驻波比，是通过移动测量线的探针分别处于驻波波腹及波节位置，由对应
7、的和 求得驻波比。MaxImin短路测量：在波导终端接上标准短路片，测量此时的驻波比；观察行波状态：在波导终端接上匹配负载（又称为终端负载） ，测量此时的驻波比。3波导波长的测量波导波长在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍。在波导终端接上不匹配的负载（例如：标准短路片）时，波导中形成驻波，使用测量线探针的移动，测出相邻两个波节点位置坐标 和 ，即可由下式计算波导波长1D221gD实际采用测定驻波极小点的位置来求出波导波长。考虑到驻波极小点附近变化平缓，因而测量值不够准确。为此，测量时通常不采取直接测量驻波极小点位置的方式，而是通过平均值法（也称为等电位法）间接测量，亦即测极小点附近两点（此两点检波显示电流计上的读数相等）的坐标，然后取这两点坐标的平均值，即得极小点坐标。如上图所示。两相邻极小点的距离为半个波导波长，测量计算式由上式可改为21211gzzD由上面实验测得的波导波长，通过公式2gc计算出待测微波信号在自由空间的波长，再由波长与频率的关系式求出微波信号的频率，将计算的频率与前面实验测得的频率进行比较分析。4 （选做）练习阻抗调配技术在波导终端依次相继接上待测阻抗、阻抗调配器、匹配负载，观察驻波比值。分别反复调节阻抗调配器的两个短路活塞，使驻波比尽可能小（实验要求达到小于 ） 。在实验报告中写出调节体1.5会。1D2zEzz
