电磁场与微波实验报告波导波长的测量
电磁场与微波测量实验报告
电磁场与微波测量实验报告学院：电子工程学院班级： 2011211207组员：王龙-2013210998刘炜伦-2013210999黄斌斌-2013211000实验一电磁波反射和折射实验一、实验目的1.熟悉S426型分光仪的使用方法2.掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法3.掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法二、实验设备与仪器S426型分光仪，金属板，玻璃板三、实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。
四、实验内容与步骤（一）金属板全反射实验1.熟悉分光仪的结构和调整方法。
2.连接仪器，调整系统。
图1 反射实验仪器的布置如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。
3.测量入射角和反射角反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。
这是小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。
转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。
如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。
做此项实验，入射角最好取30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。
做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响（二）玻璃板上的反射和折射实验步骤1、2如金属板全反射实验步骤1、2所示3、（1）测总能量：将两喇叭口正对，通过可变衰减器调整微波幅度的大小（通过电流大小来反映），尽量使其接近满偏，读出电流表读数，记录下来（2）测玻璃板反射的能量：反射玻璃板放到支座上时，应使玻璃板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
实验三--微波波导波长与频率的测量
实验三--微波波导波长与频率的测量实验三微波波导波长与频率的测量、分析和计算一、实验目的(1)熟悉微波测量线的使用；(2)学会测量微波波导波长和信号源频率；(3)分析和计算波导波长及微波频率。
二、实验原理测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当终端负载与测量线匹配时测量线内是行波；当终端负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。
根据驻波分布的特性，在波导系统终端短路时，传输系统中会形成纯驻波分布状态，在这种情况下，两个驻波波节点之间的距离即为波导波长的1/2 ，所以只要测量出两个驻波波节点之间的距离，就可以得到信号源工作频率所对应的波导波长。
方法一：通过测量线上的驻波比，然后换算出反射系数模值，再利用驻波最小点位置d min 便可得到反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等。
根据这一原理，在测得一组驻波最小点位置d1，d2，d3，d4… 后，由于相邻波节点的距离是波导波长的1/2，这样便可通过下式算出波导波长。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-+-=0min 10min 20min 30min 423421d d d d d d d d g λ(3-1)方法二：交叉读数法测量波导波长，如图 3-1 所示。
图 3-1 交叉读数法测量波节点位置为了使测量波导波长的精度较高(接近实际的波导波长)，采用交叉读数法测量波导波长。
在测试系统调整良好状态下，通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I 0 (可选取最大值的 20%)所对应的两个位置 d 1、d 2，则取 d 1、d 2 之和的平均值，得到对应驻波波节点的位置 d min1 。
用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置 d min2 ，如图 3-1 所示，则 d min1 、 d mi n2 与系统中波导波长之间的关系为：)(21);(21432min 211min d d d d d d +=+= (3-2)1min 2min 2d d g -=λ(3-3)在波导中，还可利用下面公式计算波导波长： ()a g 2100λλλ-= (3-4) 式中，λ0为真空中自由空间的波长。
电磁场与微波技术实验报告.
电磁场与微波技术实验报告班级：学号：姓名：目录目录 (2)实验2 微带分支线匹配器 (3)一、实验目的： (3)二、实验原理 (3)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (3)实验三四分之一波长阻抗变换器 (15)实验目的 (15)实验原理 (15)单节4λ阻抗变换器 (16)多节4λ阻抗变换器 (16)实验内容 (17)实验步骤 (18)实验4 低通滤波器 (31)实验目的 (31)实验原理 (31)低通原型滤波电路 (32)Richards变换 (32)Kuroda变换 (33)实验内容 (33)实验步骤 (33)总结 (41)完成任务 (41)问题及解决 (41)心得与体会 (41)实验2 微带分支线匹配器一、实验目的：1．熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB 形式。
然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75欧负载阻抗Zl=（64+j35）欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=四分之一波长，两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz 的变化四、实验步骤（一）：单支节匹配在史密斯圆图上找到等反射系数圆和g=1圆的交点，有两个点与其匹配。
电磁场与微波测量实验实验二
电磁场与微波测量实验实验报告实验二单缝衍射实验专业：电子科学与技术班级：组成员：执笔人：实验二.单缝衍射实验一、 实验目的掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响二、 实验设备与仪器S426型分光仪三、 实验原理当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。
在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。
在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为αλ1-=Sinφ ，其中λ是波长，a 是狭缝宽度。
两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：⎪⎭⎫⎝⎛∙=-αλ231Sin φ (如左图所示)四、 实验内容与步骤仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90刻度的一对线一致。
转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。
这时调整信号电平使表头指示接近满度。
然后从衍射角00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变20读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。
具体步骤：1、 连接好系统，开启信号源。
2、 将单缝衍射板的缝宽a 调整为70mm 左右，将其安放在支座上，衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐；转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。
这时调整信号电平使表头指示接近满度。
3、 依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于0°；调节发射和接收衰减器，使中央极大值的信号电平处于80—90μΑ；在±500的范围内转动接收天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量。
波导波长的测量实验报告
波导波长的测量实验报告1.学习利用衍射光栅对波导波长进行测量的原理和方法。
2.掌握测量中的光学仪器的使用方法及其精度掌握。
3.了解波导的原理及其应用。
实验原理：1.光纤传输实现的基本原理：纤芯是一个折射率较高的导光区，包层是一个折射率较低的绝缘层，两层材料均为玻璃或者塑料。
在光缆中，采用了一种被称为全反射的现象，来使光在光缆中传输。
在光线从纤芯进入包层时，由于主要方向和法线之间的夹角大于全反射临界角，可以使光线完全反射回纤芯中。
这使得光线能够在光缆中绕弯直到终点。
2.波导的原理：波导是一种替代光缆的技术，也是一种用于集成电路的技术。
其基本原理是在与周围介质有不同折射率的介质中制作一条薄层的导光线路。
在这些波导中的光被限制在其中，不能扩散。
3.衍射光栅的原理与测量波导波长的方法：光束垂直入射于衍射光栅时，由于走过距离不同，在衍射光栅后的屏幕上,可观察到一系列亮暗相间的谱线。
如果把波导放在源与光栅之间，由于包层和芯的折射率不同，在光栅中的相位不同，在屏幕上的反射谱线也不同。
我们可以利用衍射光栅上谱线之间的间距与波长之间的关系，来测量波导的波长。
实验步骤：1.首先将波导放在光束和光栅之间，调整光束的位置和朝向，使得光束正好射入波导，并调整仪器，使得放大倍数可以在衍射光栅上观察到光束的足迹。
2.调整衍射光栅的位置和角度，以便得到最佳的衍射谱线，然后记录这些谱线之间的相对距离。
3.使用记录下来的音频信号，利用计算机程序来刻画出光谱图，测量这些谱线的中心波长，并将结果记录下来。
4.使用计算机程序分析记录下来的波长及其误差，并与理论值比较进行验证。
实验数据：1.衍射光栅的间距为d=10 ^ (-5)m;2.波导获取的谱线距离分别为：1.5mm, 3mm, 4.5mm, 6mm;3.根据公式：λ=d*sinθ,可以计算得到波导的波长：λ1=1.5 * 10 ^ (-3)m * sin(θ)=8.87 * 10 ^ (-7)m,λ2=3 * 10 ^ (-3)m * sin(θ)=7.98 * 10 ^ (-7)m,λ3=4.5 * 10 ^ (-3)m * sin(θ)=8.55 * 10 ^ (-7)m,λ4=6 * 10 ^ (-3)m * sin(θ)=7.35 * 10 ^ (-7)m，其中θ=60°。
1微波工作波长和波导波长测量
实验3.1 微波工作波长和波导波长测量微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，且应用极为广泛，因此对微波（波长1㎜到1ｍ的电磁波）的研究很重要。
通过本实验可了解微波的传播特点，微波在波导中的分布，及微波的基本测量方法。
一、 实验目的⒈了解微波在波导中的传播特点； ⒉学习驻波法和共振吸收法测量波长； ⒊ 掌握微波的基本测量方法。
二、实验仪器微波源、测量线、吸收式波长计、测量放大器、波导等。
三、实验原理：引起微波传播的空心金属管称为波导管。
常见的波导管有矩形波导管和圆柱形波导管。
在实际应用中，总是把波导设计成只能传输单一的波型：横电波TE 或横磁波TM 。
我们实验用的是矩形波导，它传播的是横电波TE 10 ，沿波导传播方向没有电场分量，磁场可以有纵向和横向分量。
⒈TE 10 型波在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中（长边宽度为 a =22.86mm,窄边宽度为 b ，如图1所示），沿Z 方向传播的TE 10 型波的各个场分量为：,)()sin(z t j x e a x a jH βωππβ-= ，0=y H ，)()cos(z t j z e axH βωπ-=0=x E ，)(0)sin(z t j y e axa j E βωππωμ--= ，0=y E 其中：ω为电磁波的角频率，f πω2= ，f 是微波频率；β为微波沿传输方向的相位常数g λπβ/2=；g λ 称为波导波长，2)(1cg λλλλ-=，f c /=λ称为工作波长即自由空间波长；a c 2=λ称为临界波长，只有c λλ<的微波才能在波导中传播。
TE 10型波的结构如图1z由以上分析可知工作波长λ是微波源发射的电磁波，在自由空间中传播的波长 。
波导波长λg 则是电磁波在波导中两侧壁来回反射，所形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，这种周期长度就对应于波导波长λg 。
⒉吸收式频率计：如图2所示，我们采用圆柱形吸收式频率计 测量工作波长。
波导波长的测量
波导波长的测量一．实验目的：测量波导管内的电磁波波长二．实验内容：方法 : 两点法实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z ＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：Z aXE E E Y βπsinsin 0）（＝＝在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值1T 和2T ），就可求得波导波长为：T 2 min 'min g －＝T λ由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：() 2121min T T T +＝最后可得 T 2min 'min g －＝T λ（参见图四）终端短路面YbZaX图 三II 0 0 图 四在不同的频率值下测量多组数据求平均值以减小误差。
三．实验步骤：（1）、按照图示连接好测量系统 （2）、利用两点法测量，将波导测量线终端短路，调测量放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时，放大器指示电表接近满格，用公式两点法测量波导波长四．实验数据记录：五．数据分析：当频率为10.2GHz时，波导波长为gλ=)]06.10010.118(2)10.11808.135(2)08.13502.153(2[31-+-+-=35.31mm 当频率为9.6GHz 时，波导波长为g λ=)]40.9320.114(2)20.11460.135(2)60.13502.157(2[31-+-+- =42.41mm。
微波波导实验报告
一、实验目的1. 了解微波在波导中的传播特点；2. 学习驻波法和共振吸收法测量波长；3. 掌握微波的基本测量方法；4. 熟悉微波波导的基本结构及其工作原理。
二、实验原理微波波导是一种用于传输微波的介质波导，其内部电磁波以一定的方式传播。
在矩形波导中，电磁波主要沿波导轴向传播，同时在横截面上存在一定的电场和磁场分布。
根据电磁波的传播特性，可以通过测量波导中的驻波和共振吸收来研究微波的传播。
三、实验仪器与设备1. 微波波导实验装置；2. 驻波测量仪；3. 频率计；4. 信号发生器；5. 连接线；6. 测量尺。
四、实验步骤1. 连接仪器：按照实验要求连接好微波波导实验装置、驻波测量仪、频率计、信号发生器等仪器。
2. 调节频率：调整信号发生器的输出频率，使其接近微波波导的谐振频率。
3. 测量驻波：打开驻波测量仪，记录驻波图，通过分析驻波图确定波导中的驻波波长。
4. 测量共振吸收：调整信号发生器的输出频率，使其在微波波导的共振频率附近，观察共振吸收现象。
5. 测量波导尺寸：使用测量尺测量波导的长度、宽度和高度。
6. 数据处理：根据实验数据，计算微波在波导中的传播速度、波长等参数。
五、实验结果与分析1. 驻波测量结果：通过驻波测量仪，成功测量出微波在波导中的驻波波长。
根据驻波波长和波导尺寸，计算出微波在波导中的传播速度。
2. 共振吸收测量结果：在微波波导的共振频率附近，观察到明显的共振吸收现象。
通过分析共振吸收曲线，确定微波波导的共振频率。
3. 数据处理结果：根据实验数据，计算出微波在波导中的传播速度、波长等参数，并与理论值进行比较。
六、实验结论1. 通过实验，成功了解了微波在波导中的传播特点，验证了驻波法和共振吸收法测量波长的可行性；2. 掌握了微波的基本测量方法，为后续的微波技术研究和应用奠定了基础；3. 通过实验结果分析，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
七、实验总结本次实验通过测量微波在波导中的传播速度、波长等参数，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
微波实验报告波导波长测量
微波实验报告波导波长测量电磁场与微波测量实验报告实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片当矩形波导终端短路时，将形成驻波状态波导内部电场强度表达式为：E ＝EY ＝E0 sin sin?ZYZ?I?C?sin2?d?g??n、作出测量线探针在不同位置下的读数分布曲线北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片，在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波图形，只要测得驻波相邻节点得位置L1、L2，由公式即可求得波导波长两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置，就可求得波导波长为：’?g ＝ 2 Tmin－ Tmin响后面的测量校准晶体二极管检波器的检波特性将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出u沿线的分布图形设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性作出晶体检波器校准曲线图令d作为测量点与波节点的距离；do是波节点的实际位置，d0+d 就是测量点的实际位置：再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点相邻两边指示电表读数为波腹点50%对应的值，记录此刻探针位置d1和d2，根据公式n=()g求得晶体检波率n，和所得的数值进行比较三、实验结果分析数据分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波腹到相邻的波节，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许上图为对数坐标，横轴表示logE，纵轴表示logU分析：根据理论分析，上图应该是一条斜率为n的直线，而实际描出的点连成的线不是一条很直的直线，笔者决定采用理论拟合法拟合出一条直线拟合后直线的斜率为，所以晶体检波率为第二种定标法??=(λg==a.两点法测量波导波长+= 22+136T’min ＝? T1 ? T2 ?==22Tmin ＝? T1 ? T2 ?=‘?g ＝ 2 Tmin－ Tmin=b.间接法测量波导波长北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量一、实验目的(1) 学习微波的基本知识；(2) 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； (3) 学习用微波作为观测手段来研究物理现象二、实验仪器1.微波信号源微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收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衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用 4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率图1 实验原理框图表1 信号源波长测量表按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片当矩形波导终端短路时，将形成驻波状态波导内部电场强度表达式为：E ＝ EY ＝ E0 sin sin?Z在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态微波测量线应用实验报告一、实验目的1、了解一般微波测试线的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法2、掌握波导中波导波长和驻波比的测量方法3、掌握调配器调配的方法及其对传输线驻波比的影响二、实验内容1、测量波导传输线中的横向场分布； 2、测量波导传输线中的波导波长；3、测量波导传输线中的驻波比；4、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比三、微波测量线组成及测量原理常用的一般微波测试线组成如图1所示信号源能较稳定地工作可变衰减器也是由一小段波导构成的，其中放有一表面涂有损耗性材料，并与波导窄壁平行放置的薄介质片介质片越靠近波导中心处，衰减越大，反之，衰减越小利用可变衰减器可以连续地改变信号源传向负载方向功率的大小；另外，如同隔离器一样，可变衰减器也具有一定的隔离作用纵向场分布测量线是一段在其宽壁中心线开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示当电场探针沿着波导纵向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中纵向电场幅度的分布横向场分布测量线是一段在其宽壁横向开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示当电场探针沿着波导横向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中横向电场幅度的分布三螺调配器为波导传输线的终端负载，他由三根细圆柱金属棒分别在波导宽边中心线的不同纵向位置插入波导中，通过每一根金属棒伸进波导内部长度的变化改变反射波的幅度和相位，可以将传输线从终端短路状态调整到终端匹配状态四、实验方法与实验步骤1、首先按图1所示将测量系统安装好，然后接通电源和测量仪器的有关开关，观察微波信号源有无输出指示若有指示，当改变衰减量或移动测量线探针的位置时，测量放大器的表头指示会有起伏的变化，这说明系统已在工作了但这并不一定是最佳工作状态例如，若是反射式速调管信号源的话还应把它调到输出功率最大的振荡模式，并结合调节信号源处的短路活塞，以使能量更有效地传向负载若有必要，还可以调节测量线探头座内的短路活塞，以获得较高地灵敏度，或者调节测量线探针伸入波导的程度，以便较好地拾取信号的能量对于其它微波信号源也应根据说明书调到最佳状态有时信号源无输出，但测量放大器也有一定指示这可能是热噪声或其它杂散场的影响；若信号源有输出，但测量放大器的指示不稳定或者当测量线探针移动时，其指示不变，均属不正常情况，应检查原因，使之正常工作系统正常工作时，可调节测量放大器的有关旋钮或可变衰减器的衰减量，使测量放大器图3 终端短路状态下波导中纵向场幅度分布图3、测量波导传输线中的驻波比在上述条件下移动纵向场分布测量线中电场探针读取测量放大器读数的最大值和最小值，并记录五、实验报告内容1、画出一般微波测试线系统的装置简图，并说明各部分功能功能：微波源：提供信号隔离器：防止后级负载对信号源造成影响可变衰减器：防止信号太大使测量放大器超过量程纵向和横向场分布测量线：用于测量腔内的横向和纵向电场分布情况三螺调配器：用于接各种负载探针、检波器、测量放大器：用于测量和显示数据2、总结各实验项目的主要步骤，测试数据和计算结果 1）将负载短路片接上；找到峰值点，然后在峰值点两侧各找一点，使其幅度值相等，读取坐标位置；这两点中心点即为峰值点，测量两个峰值点的坐标，他们的差值即为半波长；半波长：波长为： 2）将负载接到终端找到波峰和波谷对应的幅度，作比值即可 Umax = 62 Umin = 30微波工作波长和波导波长测量一、实验原理：工作波长λ是微波源发射的电磁波在波导中传播的波长，它是连续的等幅波在自由空间或波导中传播工作波长是相同的这种波的发射机构是反射式速调管中的电子束经受速度调制后所发射的电磁波波导波长λg 则是工作电磁波在波导中两侧壁来回反射，形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，这种周期就对应于波导波长λg λ与λg可用下面公式计算：1 c?微波在波导两侧全反射沿Z方向传播 ?2?g?微波在波导中全反射使电磁场沿Z方向出现周期性分布，对应的长度称为波导波长λg二实验方法可用吸收谐振的方法测量微波发射频率，然后再计算工作波长λ圆柱形腔体经耦合孔与波导相通，改变腔体的固有频率，当与微波的频率相同时腔体就共振吸收微波能量，传播的微波能量就会减小，从而测到微波频率用驻波的方法测量波导波长在波导中形成驻波，用测量线测量驻波中的电场，可求得λg。
北邮电磁场实验-波导波长的测量
北京邮电大学电磁场与微波测量实验实验二波导波长的测量学院：电子工程学院班级：2011211207组员：邹夫、马睿、李贝贝执笔：邹夫目录1.实验内容 (1)1.1实验目的 (1)1.2实验设备 (1)1.3实验系统框图 (1)1.3实验步骤 (2)2.实验原理 (3)2.1两点法 (3)2.2间接法 (3)3实验数据与分析 (4)3.1测量波导波长 (4)3.1.1两点法 (4)3.1.2直接法 (4)3.2晶体检波特性 (4)3.2.1晶体校准曲线图 (4)3.2.2晶体检波率公式计算 (6)3.3误差分析 (6)4.思考题 (6)5.实验心得与体会 (7)1.实验内容1.1实验目的通过博导波长测量系统测出波导波长。
1.2实验设备1.DH1121C型微波信号源2.DH364A00型3cm测量线1.3实验系统框图1.3实验步骤测量波导波长1.观察衰减器、空腔波长计、主播测量线的结构形式、读数方法；2.按照系统框图检查系统的连接装置以及连接电缆和电缆头；3.开启信号源，预热仪器，并按照操作规则调整信号工作频率以及幅度，并调整调制频率；4.利用两点发进行测量，将波导测量线终端短路，调测放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时，放大器只是电表接近满格，用两点法测量波导波长；5.将驻波测量线探针插入适当深度，将探针移到两个波节点的重点位置，然后调节其调谐贿赂，使测量放大器指示最大；6.利用间接法来测量波导波长λg 。
首先用波长计测量信号波长λ0，测三次去平均值。
再计算λg 。
测量完成后要将波长计从谐振点调开，以免信号衰减影响后面的测量； 校准晶体二极管检波器的检波特性7.将探针沿线测量线移动，按测量放大器指示改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出U 沿线的分布图形；8.设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性；9.做出晶体检波器校准曲线图； 10.再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点两相邻边指示电表读数为波腹点50%对应的值，记录此刻探针的位置d1，d2，根据公式n =log(0.5)log cos(πWλg)求得晶体检波率n ，和8所得的数值进行比较。
四川大学电磁场与微波技术实验
电磁场与微波技术实验任课老师：陈倩魏念东学生：笔墨东韵微波实验部分一、实验目的:1.了解波导系统的几种工作状态，掌握波导元件的使用方法。
2.掌握用驻波测量线测量波导波长的方法。
3.掌握微波频率的测量方法。
4.分析和计算波导波长及微波频率。
二、实验原理进行微波测量，首先必须正确安装与调整微波测量系统。
如图给出了实验室常用的微波测试系统。
1.测量线的调整测量线是微波系统的一种常用测量仪器，他在微博测量中用途很广，可测驻波、阻抗、相位、波长等。
测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。
由于耦合探针深入传入而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统工作状态。
为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线实验中测量线的调整一般包括探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。
2． 晶体检波器的工作原理在微波测量系统中，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。
在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的，因此要准确测出驻波 （行波） 系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。
晶体二极管的电流I 与检波电压 U 的一般关系为 I=CUn式中， C 为常数， n 为检波律， U 为检波电压。
检波电压 U 与探针的耦合电场成正比。
晶体管的检波律 n 随检波电压 U 改变。
在弱信号工作（检波电流不大于10μA ）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围， n 近似等于1，即直线律。
测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路， 此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布， 即：max 2sin g U d U πλ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭2-2 式中，d 为离波节点的距离，Umax 为波腹点电压，λg 为传输线上波长。
因此，传输线上晶体检波电流的表达式为2sin ng d I C πλ⎡⎤⎛⎫=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ 2-3根据式（2-3）就可以用实验的方法得到图2-1所示的晶体检波器的校准曲线3． 波导波长的测量原理测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内是行波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。
电磁场与微波实验报告波导波长的测量
电磁场与微波实验报告波导波长的测量实验目的：测量波导中的波长和相速度。
实验原理：波导是一种可以传输电磁波的导线或管道。
在波导内传播的波称为波导波。
波导波的波长和相速度是波导性质的重要参数。
在波导中，波长λ可以通过波导尺寸和相速度v的关系来计算，即λ=v/f，其中f为使用的频率。
而相速度v又可以通过测量电磁波在波导中传播的时间和波导长度L来计算，即v=L/t。
实验装置：1.波导：长度大于等于所测频率的波长，内壁光滑且无孔。
2.微波发生器：用于产生微波信号的电源。
3.接收天线：用于接收微波信号。
4.微波功率计：用于测量微波信号的功率。
5.方位角转台：用于调整接收天线的方位角。
6.指示器：用于读取方位角转台上的表盘读数。
实验步骤：1.将微波发生器和波导连接，并调节发生器频率为所需测量频率。
2.将接收天线与微波功率计连接，并将接收天线安装在方位角转台上。
3.将微波功率计与接收天线连接，调整微波功率计的灵敏度。
4.打开微波发生器，并调整微波功率计的灵敏度，使其显示尽可能大的数值。
5.将方位角转台旋转，找到接收微波信号最大的方向。
记录下方位角转台上的表盘读数。
6.断开接收天线和波导之间的连接。
7.将方位角转台旋转90°，并移动波导，使得波导的长度等于所测波长的整数倍。
8.重新连接接收天线和波导，并重复步骤4-69.根据记录的方位角转台表盘读数计算出微波在波导中的相速度，并根据相速度和已知频率计算出波长。
实验数据分析：根据实验步骤所得的方位角转台表盘读数，可以计算出微波在波导中的传播时间Δt。
由此可以计算出相速度v=L/Δt。
同时，已知频率f，可以利用波长λ=v/f计算出波长。
实验结果与讨论：根据实验数据和计算结果，可以得到微波在波导中的波长和相速度。
这些结果可以与理论值进行比较，从而验证实验的准确性。
同时，还可以通过调节微波发生器的频率，重复上述实验步骤，得到不同频率下的波长和相速度，从而研究波导中的波长和相速度与频率之间的关系。
电磁场与微波测量实验
四、实验原理
传输线的输入阻抗 Zin 与其终端负载阻抗 ZL 的关系为： Zin=
������������ +������������������ ������������ 1+������������������������������������������
„„（1）
设传输线上第一个电压驻波最小点离终端负载的距离为 lmin，电 压驻波最小点处的输入阻抗在数值上等于 ，即:
„„（3）
所以，负载阻抗的测量实质上归结为电压驻波系数ρ及驻波相位 lmin 值的测量，当测出ρ，λ
g
及 lmin 后，就能由上式计算出负载阻抗
ZL。但是，这是一个复数运算，在工程上，通常由ρ和 lmin 从圆图上求 出阻抗或导纳来。 由于测量线结构的限制， 直接测量终端负载 ZL 端面到第一个驻波 最小点的距离 lmin 是比较困难的。 因此实际测量中常用“等效截面法”： 首先将测量线终端短路，用测量线测得某一驻波节点位置 DT，将此
1−������������������������������������������������������ ������ −������������������������������������������������
就可求出阻抗值；
7、调节可变衰减器使指针偏转接近满度，然后利用滑动单螺适配器 调配晶体检波器，使驻波比小于 1.05。 8、整理数据，计算数值。
电磁场与微波测量实验报告
实验五阻抗测量及匹配技术实验
题目：电磁场与微波测量实验 学院：电子工程学院 班级：xx 撰写人：xx 组内成员：xxxx
一、实验目的
1、掌握利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法； 2、熟悉利用螺钉调配器匹配的方法； 3、熟悉 Smith 圆图的应用； 4、掌握用网络分析仪测量阻抗及调匹配的方法。
北邮电磁场与电磁波测量实验报告信号源 波导波长
北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量波导波长的测量学院：电子工程学院班级：2010211203班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀2013年5月9日实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量一、实验目的(1) 学习微波的基本知识；(2) 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；(3) 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。
二、实验仪器1.微波信号源微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收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。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。
线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，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
实验三 微波波导波长与频率的测量
实验三微波波导波长与频率的丈量、分析和计算之巴公井开创作一、实验目的(1)熟悉微波丈量线的使用；(2)学会丈量微波波导波长和信号源频率；(3)分析和计算波导波长及微波频率.二、实验原理丈量线的基本丈量原理是基于无耗均匀传输线理论,当终端负载与丈量线匹配时丈量线内是行波；当终端负载为短路或开路时,传输线上为纯驻波,能量全部反射.根据驻波分布的特性,在波导系统终端短路时,传输系统中会形成纯驻波分布状态,在这种情况下,两个驻波波节点之间的距离即为波导波长的 1/2 ,所以只要丈量出两个驻波波节点之间的距离,就可以获得信号源工作频率所对应的波导波长.方法一：通过丈量线上的驻波比,然后换算出反射系数模值,再利用驻波最小点位置 dmin 即可获得反射系数的幅角以及微波信号特性、网络特性等.根据这一原理,在测得一组驻波最小点位置d1,d2,d3,d4 … 后,由于相邻波节点的距离是波导波长的 1/2,这样即可通过下式算出波导波长.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-+-=0min 10min 20min 30min 423421d d d d d d d d g λ (3-1)方法二：交叉读数法丈量波导波长,如图 3-1 所示.图 3-1 交叉读数法丈量波节点位置为了使丈量波导波长的精度较高(接近实际的波导波长),采纳交叉读数法丈量波导波长.在测试系统调整良好状态下,通过测定一个驻波波节点两侧相等的电流指示值 I0 (可选取最年夜值的 20%)所对应的两个位置 d1、d2,则取 d1、d2 之和的平均值,获得对应驻波波节点的位置 dmin1 .用同样的方法测定另一个相邻波节点的位置dmin2,如图 3-1 所示,则 dmin1、 dmin2 与系统中波导波长之间的关系为：)(21);(21432min 211min d d d d d d +=+=(3-2) 1min 2min 2d d g -=λ(3-3)在波导中,还可利用下面公式计算波导波长：()a g 2100λλλ-=(3-4)式中,λ0为真空中自由空间的波长.本实验中波导型号为 BJ-100,其宽边为 a =22.86 mm ,代入上式计算出波导波长.信号源工作频率 f (对应工作波长λ)可由下式求得：(其中：22cgc g λλλλλ+=)λ8103⨯=f(3-5)信号源工作频率亦可用吸收式频率计丈量.实验中采纳的吸收式频率计连在信号源与检波器之间.当吸收式频率计失谐时,微波能量几乎全部通过频率计,此时选频放年夜器指示最年夜.使用时,缓慢旋转频率计套筒,即调节吸收式频率计,当调节频率计至谐振状态时,选频放年夜器指示表上观察到信号年夜小发生明显的变动,并到达最小处,此时一部份能量被频率计吸收,并可以确定此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率.三、实验内容和步伐1.按图 1-1 所示连接微波丈量系统,翻开信号源、选频放年夜器的电源,将信号源设置在方波调制工作方式,将衰减器调整到合适位置,使选频放年夜器输出指示不超越满量程,即使系统工作在最佳状态.2.丈量线终端接短路板,从负载端开始旋转旋钮,移动丈量线上探头座,使选频放年夜器指示最小,此时即为丈量线等效短路面,记录此时的探针初始位置,记作 dmin0,并记录数据;3.继续旋转移动探头座位置,选择合适的驻波波节点,一般选在丈量线的有效行程的中间位置,并选择一个合适的检波指示值(I0),如图 3-1 中所示,然后按交叉读数法丈量波导波长.丈量三组数据,取算术平均值作为波导波长的丈量值,记入表 3-1；4.将数据代入式(3-1)、式(3-2)计算出波导波长.5.用频率计丈量信号源工作频率：缓慢旋转频率计套筒,即调节吸收式频率计,当调节频率计至谐振状态时,选频放年夜器指示表上观察到信号年夜小发生明显的变动,并到达最小处,此时一部份能量被频率计吸收,并可以确定此时读得吸收式频率计上指示的频率即为信号源工作频率.读取频率值时,在频率计上两条水平红线之间读取竖向红线处的频率刻度值.反复测3次,取其平均值,记入表3-2 .6.将频率计丈量结果、波导波长丈量结果及计算结果进行比力. 注意事项：(1) 频率计是用来丈量频率的仪器,而不是用来调整频率的微波元器件.测完频率后应将频率计调至失谐.(2)波导波长的丈量方法中要注意指示值不要太年夜,尽量不要在丈量线的两端,而是放在丈量线的中端进行丈量,读数要仔细. (3)丈量波长时,丈量线探针座位置应该向一个方向移动,以免引入机械回差.四、实验结果及数据处置探针初始位置dmin0=79.72mm表3-1（a）方法一的丈量波导波长数据记录表(单元：mm)表3-1（b）方法二的丈量波导波长数据记录表（单元：mm）注：上表中1min d 和2min d 为实际丈量值. 计算得： 方法一：第1次丈量：mmd d d d d d g 44.45]23[320min 10min 20min 3=-+-+-=λ 第2次丈量：mm d d d d d d g 94.44]23[320min 10min 20min 3=-+-+-=λ 第3次丈量：mm d d d d d d g 81.45]23[320min 10min 20min 3=-+-+-=λ方法二：第1次丈量：m m d d d m m d d d 51.124)(2143.102)(21432min 211min =+==+=mm d d g 16.4421min 2min =-=λ 第2次丈量：m m d d d m m d d d 47.124)(2159.102)(21432min 211min =+==+=mm d d g 76.4321min 2min =-=λ 第3次丈量：m m d d d m m d d d 50.124)(2150.102)(21432min 211min =+==+=mm d d 4421min 2min =-=g λ 表3-2 频率丈量数据记录表计算得：第1次丈量：mf 032.01038=⨯=λ 第2次丈量：mf 032.01038=⨯=λ 第3次丈量：mf 032.01038=⨯=λ经比力分析可知：方法一丈量计算得波导波长为mm g 39.45=λ,工作波长为mm 21.32=λ,工作频率为GHz f 313.9=；方法二丈量计算得波导波长为mm g 97.43=λ,工作波长为mm 69.31=λ,工作频率为GHz f 466.9=；而频率计丈量的工作频率为GHz f 367.9=,计算得工作波长为mm 32=λ.计算值和丈量值近似相等. 五、思考及体会：丈量线为什么在波导中心线开槽？微波丈量线是丈量波导中微波电场分布的精密仪器,它的结构是一段在宽边中心线上开槽的波导管和可沿槽线滑动的探针,它在微波丈量中用途很广,可测驻波,阻抗,相位,波长等,丈量线通常由一段开槽的传输线,探头,传动装置三部份组成,由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性,其作用相当于在线上并联一个导纳,从而影响到系统的工作状态.矩形波导中的主模为TE10模,而由TE10的管壁电流分布可知,在波导宽边中线处只有纵向电流.因此沿波导宽边的中线开槽不会因切断管壁电流而影响波导内的场分布,也不会引起波导内电磁波由开槽口向外辐射能量.小结：通过本次实验,我进一步熟悉了微波丈量线的使用方法,学会了丈量微波波导波长和信号源频率,以及波导波长及微波频率的计算方法.。
电磁场与微波实验报告波导波长的测量
电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二 波导波长的测量一、 实验内容波导波长的测量【方法一】两点法 实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z ＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：Z aXE E E Y βπsinsin 0）（＝＝在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值1T 和2T ），就可求得波导波长为：T 2 min 'min g －＝T λ由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：() 2121min T T T +＝最后可得 T 2min 'min g －＝T λ（参见图四）YZ【方法二】 间接法矩形波导中的 波，自由波长 和波导波长g λ满足公式：2 12⎪⎭⎫ ⎝⎛-a g λλλ＝其中：f g /1038⨯＝λ，cm a 286.2＝通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式确定出 ，再计算出波导波长g λ。
微波频率及波导波长的测量
开放项目讲义微波频率及波导波长的测量1.微波的性质微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术, 它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用, 在科学研究中也是一种重要的观测手段, 微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从图1可以看出, 微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间, 因此它兼有两者的性质, 却又区别于两者。
与无线电波相比, 微波有下述几个主要特点图1 电磁波的分类（1）. 波长短(1m —1mm): 具有直线传播的特性, 利用这个特点, 就能在微波波段制成方向性极好的天线系统, 也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号, 从而确定物体的方位和距离, 为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
（2）. 频率高: 微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短, 已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟, 甚至还小, 因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中, 而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。
另外, 微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级, 在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重, 一般无线电元件如电阻, 电容, 电感等元件都不再适用, 也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
（3）. 微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流, 而是研究微波系统中的电磁场, 以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
（4）. 量子特性：在微波波段, 电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV, 而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。
人们利用这一特点来研究分子和原子的结构, 发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科, 并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟, 原子钟。
微波工作波长和波导波长测量
计算：
g
2
1
c
微波在波导两侧全反射沿Z方向传播
Z 微波在波导中全反射使电磁场沿Z方向出现 周期性分布，对应的长度称为波导波长λg
Z λg
二 实验方法
可用吸收谐振的方法测量微波发射频率，然 后再计算工作波长λ。圆柱形腔体经耦合孔 与波导相通，改变腔体的固有频率，当与微 波的频率相同时。腔体就共振吸收微波能量， 传播的微波能量就会减小，从而测到微波频 率。
微波工作波长和波导 波长测量
一、实验原理：
工作波长λ是微波源发射的电磁波在波导中传播 的波长，它是连续的等幅波。在自由空间或波导中 传播工作波长是相同的。
这种波的发射机构是反射式速调管中的电子束经 受速度调制后所发射的电磁波。
波导波长λg则是工作电磁波在波导中两侧壁来回反 射，形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，
微波的波导传输与基本测量
波导是截面为矩形或圆形的金属管，如图1<a>所示。电磁场在金属 管内传播，损耗很小。yzb源自ax矩形波导
圆波导
3.测量原理
本实验的线路如图10所示,波长计除了外接的一个外，在实验所用 FL__2A型号源中也附有一个,可选择使用。
电压表 波长计
调制 信号源
微波 信号源
隔离器
衰减器
测量线
微瓦功率计 晶体检波器 短路器
电压表
微波信号源
调制信号源
隔离器
可变衰减器
频率计
检流计
示波器
测量 放大器
yx
第二种方法是所谓动态观察法，采用这种方法可以直接在示波器上显 示各个振荡模的形状，进行测量分析，十分直观方便。
这时需将一个调制信号加到速调管反射极上，实验中是采用音讯一甲型音频
信号发生器做调制信号源，它的输出电压较高，因而可以使速调管的反射极电压 有比较大的变动，观察到较多的振荡模。音讯—甲只有正弦信号输出，在示波器 使用内部扫描时基时，观察到的振荡模形状是失真的。为了避免失真可用音讯— 甲的信号输出作为示波器的扫描时基。如果采用锯齿信号作为调制电压，则可以 对速调管的工作特性进行更好的观察。
场强，求其平均值：
E max 1 E max 2 E max n E min 1 E min 2 E min n
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电磁场与微波测量实验报告学院：班级：组员：撰写人：学号：序号：实验二 波导波长的测量一、 实验内容波导波长的测量【方法一】两点法 实验原理如下图所示：按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。
当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z ＝0）短路时，将形成驻波状态。
波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：Z aXE E E Y βπsinsin 0）（＝＝在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。
将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。
两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。
调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值1T 和2T ），就可求得波导波长为：T 2 min 'min g －＝T λ由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。
记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：() 2121min T T T +＝最后可得 T 2min 'min g －＝T λ（参见图四）YZ【方法二】 间接法矩形波导中的 波，自由波长 和波导波长g λ满足公式：2 12⎪⎭⎫ ⎝⎛-a g λλλ＝其中：f g /1038⨯＝λ，cm a 286.2＝通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式确定出 ，再计算出波导波长g λ。
校准晶体二极管检波器的检波特性由于微波晶体检波二极管的非线性, 在不同信号幅度时具有不同的检波律。
在一般测量精度要求的场合, 可认为在小信号时为平方律检波,大信号时为直线律检波, 或在系统信号幅度范围内做平均检波律定标。
晶体检波二极管的定标准确与否, 直接影响微波相关参数的测量精度。
微波频率很高, 通常用检波晶体(微波晶体二极管)将微波信号转换成直流信号检测出来。
微波晶体二极管是一种非线性元件, 检波电流I 同微波场强E 之间不是线性关系,在一定范围内, 两者关系为:晶体检波二极管的检波电流随其微波电场而变化, 当微波场强较大时近似为线性检波律, 当微波场强较小时近似为平方检波律。
因此, 当微波功率变化较大时a 和k 就不是常数, 且和外界条件有关, 所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。
本实验中采用两种定标方法 第一种定标方法检波电压U 与探针的耦合电场成正比。
晶体管的检波律n 随检波电压U 改变。
在弱信号工作（检波电流不大于10 μA ）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围，n 近似等于1，即直线律。
测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：⎪⎪⎭⎫⎝⎛=g d U U λπ2sin max式中 ，d 为离波节点的距离，Umax 为波腹点电压，λg 为传输线上波长。
因此，传输线上晶体检波电流的表达式为ng d C I ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λπ2sin 根据上式就可以用实验的方法得到图所示的晶体检波器的校准曲线。
将上两式联立, 并取对数得到：作出曲线, 若呈现为近似一条直线, 则直线的斜率即是微波晶体检波器的检波律。
第二种定标方法测量线终端短路，测出半峰值读数间的距离W ，晶体检波率可以根据下式计算：二、 实验步骤（1）、按照图示连接好测量系统 （2）、利用两点法测量，将波导测量线终端短路，调测量放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时，放大器指示电表接近满格，用公式两点法测量波导波长 （3）、利用间接法测量波导波长。
（4）、将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出U 沿线分布的图形 （5）、设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性三、 实验结果分析（1）、作出测量线探针在不同位置下的读数分布曲线上图横轴表示位置，纵轴表示相对场强。
分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波节到相邻的波腹，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许范围内。
（2）、给出检波晶体的校准曲线，求出晶体检波率。
上图为对数坐标，横轴表示logE ，纵轴表示logU分析：根据理论分析，上图应该是一条斜率为n 的直线，而实际确实在前半段有所弯曲，笔者决定采用理论拟合法拟合出一条直线。
拟合后直线的斜率为1.60，所以晶体检波率为1.60 （3）、第二种定标法=1.80（4）、两点法测量波导波长 () 2121min T T T +＝=() 21 21min 'T T T +＝=T 2 min 'min g －＝T λ=43.19mm（5）、间接法测量波导波长2 12⎪⎭⎫⎝⎛-a g λλλ＝=43.12mm比较两种方法测量出的波导波长，可以看出相差不大，说明实验结果比较准确，实验操作规范正确。
四、 思考题（1）、用波长表测量自由空间中的信号振荡频率后，为什么还要失谐频率计答：电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
如果不失谐频率计，波导中传播的电磁波会十分微弱 （2）、在测试过程中需要采取哪些措施来实现小信号答：使用衰减器：衰减器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管，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。
衰减器起调节系统中微波功率的作用。
（3）、为什么要测量晶体检波率，指示电表读数和微波场强E 之间成什么关系答：当微波功率变化较大时a 和k 就不是常数, 且和外界条件有关, 所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。
电表读数和场强的成指数关系。
实验三 微波驻波比的测量一、实验目的1、了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用。
2、掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。
3、掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。
二、实验原理1、直接法由教材第一章微波传输线理论，传输线上的驻波比与波节点、波腹点的关系为minmax minmax I I UU ==ρ一般实际测量为多个数据，则 在平方律检波，即n = 2时nn I I I I I I UU min 2min 1min max 2max 1max minmax . ++++==ρ2、等指示度法：当被测器件的驻波系数大于10时，由于驻波最大与最小处的电压相差很大，若在驻波最小点处使晶体输出的指示电表上得到明显的偏转，那么在驻波最大点时由于电压较大，往往使晶体的检波特性偏离平方律，这样用直接法测量就会引入很大的误差。
等指示度法是通过测量驻波图形在最小点附近场强的分布规律，从而计算出驻波系数，如图五所示。
若最小点处的电表指示为Z ，在最小点两边取等指示点1a ，两等指示度点之间的距离为W ，有min 1Ka a ＝，设晶体检波律为n ，由驻波场的分布公式可以推出：gW gWK n λπλπρ22/2sincos －＝ (1)通常取K ＝2（二倍最小法），且设n ＝2，有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+gW λπρ2sin 11＝ (2)Kamin aD图五 最小点附近场分布当ρ＞10时，上式可简化为 Wgπλρ≈………………………… （3） 只要测出波导波长及相应于两倍最小点读数的两点Z 1节、Z 2节之间的距离W ，代入（3）式，即可求出驻波比ρ。
可以看到，驻波系数ρ越大，g W λ/的值就愈小，因而，宽度W 和波导波长g λ的测量精度对测量结果的影响很大，特别是在大驻波比时，须要用高精度的位置指示装置如千分表，测量线探针移动时应尽可能朝一个方向，不要来回晃动，以免测量线齿轮间隙的“回差”影响精度，在测量驻波最小点位置时，为减小误差，亦必须采用“交叉读数法”。
三、实验内容及数据处理（1）、直接法测量驻波系数 实验框图：Z 1节Z minZ 2节n n I I I I I I UU m i n2m i n 1m i n m a x 2m a x 1m a x m i nm a x . ++++==ρ=（2）、等指示度法测量驻波系数根据老师的要求，这部分实验只做了第（5）个 （5）、将测量线终端接短路片，用两点法测量三个相邻波节点位置，计算波导波长，并与理论值比较；波导波长：T 2 min 'min g －＝T λ=43.4mm T 2 min 'min g －＝T λ=43.6mm取平均值：43.5mm。