微波频率测量15
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。
微波实验指导(终)
实验一 系统设备简介、频率测量一、 实验目的：1通过实验使得学生熟悉、了解实验所用设备及附件的性能、用途等。
2 掌握用频率计测量频率的方法。
二、 实验所用设备及方框图（设备详细介绍见附录2）本实验所用设备及附件为YM1123信号发生器；YM3892选频放大器；波导/同轴转换器；PX16频率计；晶体检波器，其连接方框图如下：图 1三、频率测量的实验步骤：1按方框图连接好实验系统。
2 检查实验系统准确无误后，打开选频放大器，将增益开关置于40~60分贝档。
3 打开信号发生器，圆盘刻度置于100档，重复频率量程置于100处，设备右上角←、→置于档，这时即有了输出，输出功率的大小用衰减旋纽调节。
4 观察选频放大器，若指示太小，调节晶体检波器和选频放大器增益调节，原则上使选频放大器指针指示在满刻度的4/5上，调节频率计，找到频率计的吸收峰值，观察这时频率计的刻度值，此值即为所测的频率值。
5 关闭设备，整理好附件。
6 数据整理，写出实验报告。
实验二 波导波长的测量一、 实验目的1 掌握使用“中值法”测量最小值的方法。
2 掌握波导波长的测量方法。
3 熟练掌握微波成套设备的使用。
二、 实验原理波导波长是用驻波测量线进行测量的，驻波测量线可测出波导中心电场纵轴的分布情况，在矩形波导中：g λ=（1）其中c λ为截止波长，0λ为自由空间波长。
'''2222(()/2g D D D λ==+cλ=对截止波长：m=1,n=0; 2c a λ=我们知道相邻两个电场的最小点（或最大点）间的距离为半个波长。
如图所示：EE 121221E图 2测量波导波长时，利用测量线决定相邻两个电场的最小点（或最大点），就可以计算出波导波长g λ。
测量波导波长时，由于电场的最小值的变化比最大值尖锐，因此往往采用测量两个电场最小值的位置来计算，即：212()g D D λ=- （2）为了测量电场最小值的位置，常常采用中值读数法，具体方法为在最小值附近找出极小值，例如找到'1D 和''1D 来确定1D 的位置，找到''2D 和'2D 来确定2D 的位置，公式为 '''111()/2D D D =+ （3）'''222()/2D D D =+ （4） 三、 实验原理框图图 3四、 实验步骤：1 按方框图连接设备极其附件。
微波测量系统调试与频率测量
实验B1 微波测量系统调试与频率测量【实验目的】1．了解微波测量系统的基本组成，学会一般的调试方法。
2．了解反射速调管微波信号源原理及特性，掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。
3．了解微波谐振腔的基本特性，掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。
4．学会用谐振腔波长表测量微波频率。
【实验原理】一．微波测量系统微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。
微波等效电源部分即微波发送器，包括微波信号源、工作状态（频率、功率等）监视单元、隔离器等。
测量装置部分也称测量电路，包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等）以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率插头等）。
测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
二．反射速调管微波信号源微波信号源有许多类型，本实验中使用的是反射式速调管信号源1．反射速调管的工作原理反射式速调管有阴极、阳极（谐振腔）、反射极三个电极，结构原理如图2所示。
阴极发射电子；阳极利用耦合环和同轴线输出微波功率；反射极用以反射电子。
由阴极发出电子束，受直流电场加速后，进入谐振腔。
电子以不同的速度从谐振腔飞出来而进入反射极空间。
在谐振腔和反射极间的直流排斥电场，使电子未飞到反射极就停下来，反射回谐振腔。
2．反射式速调管的工作特性和工作状态在一定条件下，反射式速调管的功率和频率特性曲线如图3所示。
（1）反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。
有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模，用n 表示震荡模的序号。
（2）对于振荡模，当反射极电压V R 变化时，速调管的输出功率P 和振荡频率f 都随之变化。
（3）输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模（图3中n ＝3的振荡模）。
（4）各个振荡模的中心频率f 0相同通常称为速调管的工作频率。
通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。
微波基本参数的测量
微波基本参数的测量引言一 实验目的1 熟悉和掌握微波测试系统中各种常用设备的结构原理及使用方法；2 掌握微波系统中频率、驻波比、功率等基本参数的测量方法；3 按要求测出测量线中的驻波分布；二 实验原理微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。
要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。
(1) 导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。
导行波的电场E 或磁 场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。
导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0=Z E ,0=Z H 。
电场E 和磁场H ，都是纯横向的。
TEM 波沿传输方向的分量为零。
所以，这种波是无法在波导中传播的。
(B) 横电波（TE 波）：TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。
亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。
(C) 横磁波（TM 波）：TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。
亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。
TE 波和TM 波均为“色散波”。
矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。
(2) 色散波的特点：由于TE 波及TM 波与TEM 波的性质不同。
色散波就有其自身的特点： (a) 临界波长cλ ：矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。
只有当自由空间的波长λ小于临界波长λc 时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。
mm TE 波或mm TM 波的临界波长公式为：22)()(2bn a m c +=λ （1）(b)波导波长gλ和相速V 、群速Vc ：色散波在波导中的波长用gλ表示。
微波的传输特性和基本测量
求出P的粗பைடு நூலகம்值后，再按依照驻波比的三种情况,进一步精确测定P值．
a)大驻波比(ｐ>6)，的测量．在大驻波比的三种情况下，检波电流Imax与Imin相差太大，在波节点上检波电流极微，在波腹上二极管检波特性远离平方律，故不能用(8．1 .2)式计算驻波比ｐ,可采用“二倍极小功率法”．如图8.1.2 所示,
利用驻波测量线测量极小点两旁功率为其二倍的点坐标,进而求出d,则
得分
教师签名
批改日期
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称：近代物理实验（一）
实验名称：微波的传输特性和基本测量
学院：物理科学与技术学院
组号17指导教师：陈静秋
报告人：梁斯迪学号：**********班级：1
实验地点科技楼B105实验时间：2012.10.7
实验报告提交时间：2012.10.15
一、实验目的
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．由于场强在极大值点附近变化缓慢，峰顶位置不易确定，买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，而是通过平均值间接测量.亦即测极小点附近两点(此两点在指示器上的输出幅度相等)的坐标,然后取这两点坐标的平均值,即得极小点坐标。
4 .波导波长和驻波比的测量．关于驻波比，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
微波频率计
测量误差的来源
测量误差取决于时基信号所决定的闸门时间的准确性（时基信号误差）和计 数器计数的准确性（量化误差）。 时基信号误差
闸门启闭时间的相对误差△T/T，它取 决于晶振的频率稳定度、准确度，分频电 路和闸门开关速度及其稳定性等因素。
k T kTc fc
k f c T 2 fc
f T c T fc
倒数计数器仅通过图中放大的两个点计算频率，连续计数器则是通过取更多的点 （多达几千）来进行频率计算，且计算中采用曲线拟合技术，可以有效发消除因信号 相位噪声造成的误差，因此连续计数器的分辨率更高。
微波频率测量技术
通用电子计数器能直接计数的频率一般在500MHz左右，要测量微波频 率，必须采用频率变换技术，将其变换至1GHz以下。常用方法有预分频 法、变频法和转换法。
Agilent53181A 技术特性
Agilent5315X 技术特性
频率标准（二）
原子时（AT）是近30年来建立起来的新型计时系统，它是利用原子 从某种能量状态转变到另一种能量状态时，辐射或吸收的电磁波频率 作为标准频率来计量时间的。由于微观原子，分子本身的结构及其运 动的永恒性大大优于宏观的天体运动，它们受宏观世界影响较小，因 此其准确度和稳定度都十分高。 1967年10月第十三届国际计量大会正式通过了秒的定义：“秒为 Cs133原子基态在两个超精细结构能级（F=4、mF=0、F=3、mF=0） 之间跃迁频率相应的射线束持续9192631770个周期的时间”。自1972 年1月1日零时起，时间单位秒由天文秒改为原子秒，这就使秒的定义 由天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高了4~5个量级，达 5×10-14（相当于62万年±1秒）。这个标准的准确度仍在提高，这 是其他物理量标准远远不及的。
实验5微波的传输特性和基本参数测量
实验五微波的传输特性和基本测量0 前言在微波测量技术中,微波测量的主要内容是频率、驻波比、功率等基本参数。
在微波工程设计中，多数情况下由于边界条件的复杂性，理论分析往往只能获得近似解，最终要通过微波测量来解决，因此，掌握微波测量技术对今后实际科研工作是非常有用的。
1 实验目的(1)初步了解微波测量系统，了解微波器件的使用和特性。
(2)了解微波测量技术，微波的传输特性。
(3)熟悉测量微波的基本参数：频率、驻波比。
(4)了解微波波导波长以及自由空间波长之间的关系。
2 原理2.1 频率的测定由于波长与频率满足关系λ=c/f,因此波长的测量和频率的测量是等效的。
在分米波和厘米波波段，频率的测量常采用谐振腔式波长计，而谐振腔波长计又可分两种：即是传输型谐振腔波长计和吸收型谐振腔波长计。
传输型谐振腔有两个耦合元件，一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。
当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大。
吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路衔接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出。
本实验所用的是吸收式波长计：如图（5—1）所示。
此波长计由传输波导与圆柱形谐振腔构成。
连接处利用长方形孔作磁耦合，螺旋测微计（读数结构）在旋转时与腔内活塞同步。
利用波长表可以测量微波信号源的频率。
当构成波长计的空腔与传输的电磁波失谐时，它既不吸收微波功率，也基本不影响电磁波的传输。
这种当谐振腔内活塞移动到一定位置，腔的体积正好使腔谐振于待测信号的频率，就有一部分电磁波耦合到腔内并损耗在腔壁上，从而使通过波导的信号减弱，即旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。
反映在检波指示器上是一跌落点，此时读出波长表测微头的读数，再从波长表频率对照表上查出对应的频率。
如图（5—2）为不同谐振腔波长计的谐振曲线。
图5—１ 吸收式波长计图5—2 谐振腔波长计谐振曲线(a)为传输型谐振腔波长计谐振曲线 (b)为吸收型谐振腔波长计谐振曲线2.2 波导波长以及驻波比的测量：关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。
微波暗室主流技术参数
微波暗室主流技术参数微波暗室作为一种用于测试和测量微波器件和系统的实验室设备，其主要功能是提供一个低反射、低漏射、低杂散射的环境，以确保测试结果的准确性和可靠性。
下面将介绍微波暗室的主要技术参数。
1. 隔离度：微波暗室的隔离度是指暗室内部与外部环境之间的电磁波的隔离效果。
一般来说，隔离度越高，暗室内部的电磁波干扰越小，测试结果越准确。
微波暗室的隔离度可以通过测量其反射系数和透射系数来评估，通常要求反射系数小于-80dB，透射系数小于-60dB。
2. 频率范围：微波暗室的频率范围是指其能够有效工作的频率范围。
不同的微波暗室有不同的频率范围，一般从几十兆赫兹到几十千兆赫兹不等。
在选择微波暗室时，需要根据实际需求选择适合的频率范围。
3. 尺寸：微波暗室的尺寸是指其内部空间的大小。
尺寸越大，暗室内部可以容纳的测试设备和样品越多，测试的灵活性和多样性也越高。
尺寸一般以立方米为单位进行描述，常见的微波暗室尺寸有0.5立方米、1立方米、2立方米等。
4. 冷却方式：微波暗室内部设备和样品在测试过程中会产生热量，需要进行冷却。
常见的冷却方式有自然风冷和强制风冷两种。
自然风冷是指通过自然对流进行散热，简单可靠但散热效果较差；强制风冷是指通过风扇或风冷装置进行强制冷却，散热效果好但噪音较大。
5. 规格：微波暗室的规格是指其外部结构和设计特点。
常见的规格包括单层暗室、双层暗室和迷宫暗室等。
单层暗室是一种常见的结构，具有较好的隔离效果和较低的成本；双层暗室是在单层暗室的基础上增加了一层反射板，可以提高隔离度；迷宫暗室是一种复杂的结构，具有更高的隔离度和更好的均匀性。
6. 材料：微波暗室的材料是指其外壳和内部结构所采用的材料。
常见的材料有金属材料（如铝、铜、钢等）和吸波材料（如吸波涂料、吸波棉等）。
金属材料具有良好的导电性和屏蔽性能，能够有效抑制外界电磁波的进入；吸波材料能够吸收入射电磁波的能量，减少反射和杂散射。
7. 环境要求：微波暗室在使用过程中需要满足一定的环境要求，以确保测试结果的准确性。
微波技术实验
微波技术实验微波技术是近代发展起来的一门尖端技术,以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点受到普遍关注,在科学研究中也是一种重要的观测手段,并广泛应用于国防军事、科学研究、医疗卫生等领域。
随着社会向信息化、数字化的迈进,作为无线传输信息的主要手段,微波技术将发挥更为重要的作用。
本实验旨在通过观测微波的产生和传播的特性,使同学们了解微波的基本知识,掌握常用微波元器件的原理和使用方法,学习若干种微波测量方法,并理解微波通信的基本原理,为从事与微波有关的工作打下基础。
一、微波的性质微波是无线电波中波长最短的电磁波,其波长在1mm~1m范围,频率范围处于光波和广播电视所采用的无线电波之间,为300MHz~300GHz。
微波又分为分米波、厘米波和毫米波。
微波具有电磁波的一切特性,但因其波长的特殊性,微波在产生、传输、接收和应用等方面跟其他波段很不相同,具有下述几个独特的性质,主要表现在:(1波长短。
其波长比地球上一般物体的几何尺寸小得多或在同一数量级上,具有直线传播的特性。
利用这个特点能在微波波段制成方向性极强的无线系统,也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波,从而确定物体的方位和距离,广泛用于通信、雷达、导航等领域。
(2频率高。
微波的频率很高,电磁振荡周期(10-9~10-12s很短,与电子在电真空器件中的渡越时间相似。
因此,低频的电子器件在微波阶段都不能使用,而必须采用原理上完全不同的微波电子管、微波固体器件和量子器件来代替。
在不太大的相对带宽下可用带宽很宽,所以信息容量大。
此外,作为能量,可用于微波加热、微波武器等。
(3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,能被很多的原子分子吸收或发射,成为研究物质结构的重要手段,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极为准确的分子钟与原子钟。
(4似光性,微波介于一般无线电波与光波之间,它不仅具有无线电波的性质,还具有光波的性质,以光速直线传播,有反射、衍射、干涉等现象。
微波技术试验
微波的传输特性和基本测量1、微波基本知识微波及其特点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。
(北京大华无线电仪器厂)5．能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。
微波实验报告频率测量
一、实验目的1. 理解微波的基本特性及其在实验中的应用。
2. 掌握微波频率测量的原理和方法。
3. 通过实验，验证微波频率测量方法的有效性。
4. 提高对微波测量仪器的操作能力。
二、实验原理微波是一种高频电磁波，其频率范围在300MHz到300GHz之间。
微波的频率测量对于雷达、通信、电子对抗等领域至关重要。
微波频率的测量通常采用以下几种方法：1. 波长-频率关系法：根据微波的波长和光速，通过公式 \( f =\frac{c}{\lambda} \) 计算频率，其中 \( f \) 为频率，\( c \) 为光速，\( \lambda \) 为波长。
2. 示波器测量法：利用示波器观察微波信号的周期，通过公式 \( f =\frac{1}{T} \) 计算频率，其中 \( T \) 为周期。
3. 频谱分析仪测量法：利用频谱分析仪直接测量微波信号的频率。
三、实验仪器与设备1. 微波信号发生器2. 波导3. 检波器4. 示波器5. 频谱分析仪6. 波长计7. 量角器8. 计时器四、实验步骤1. 波长-频率关系法：- 将微波信号发生器输出信号通过波导传输。
- 利用波长计测量微波信号在波导中的波长。
- 根据公式 \( f = \frac{c}{\lambda} \) 计算微波频率。
2. 示波器测量法：- 将微波信号发生器输出信号通过波导传输。
- 将微波信号连接到示波器上。
- 观察示波器上的波形，测量信号周期。
- 根据公式 \( f = \frac{1}{T} \) 计算微波频率。
3. 频谱分析仪测量法：- 将微波信号发生器输出信号通过波导传输。
- 将微波信号连接到频谱分析仪上。
- 观察频谱分析仪上的频谱图，找到微波信号的频率峰。
- 读取频率值。
五、实验结果与分析1. 波长-频率关系法：测量得到微波信号的波长为 \( \lambda = 10 \) cm，根据公式 \( f = \frac{c}{\lambda} \)，计算得到微波频率为 \( f = 3 \times10^8 \) Hz。
微波的工作频率
微波的工作频率微波是指工作频率在300MHz（兆赫兹）至300GHz（千兆赫兹）之间的电磁波。
微波的频率较高，波长较短，具有许多独特的特性和广泛的应用领域。
本文将从微波的概念、特性、应用等方面进行阐述。
一、微波的概念微波是电磁波的一种，其频率介于无线电波和红外线之间。
微波的波长通常在1mm至1m之间，对应的频率范围为300MHz至300GHz。
相比于低频的无线电波，微波的波长更短，能量更高，传输速度更快。
二、微波的特性1. 穿透性强：微波对许多材料具有较强的穿透能力，如玻璃、塑料和陶瓷等。
这使得微波在通信和雷达等领域得到广泛应用。
2. 反射性强：微波在金属表面上的反射率很高，这使得微波可以用于炉灶、烤箱等加热设备。
3. 热效应：微波在物质中的传播会引起分子的振动和摩擦，产生热效应。
这种热效应被应用于微波炉等加热设备中。
4. 相对集中度高：由于微波的波长较短，微波信号可以被较小的天线接收和发送，从而实现信号的相对集中和定向传输。
三、微波的应用领域1. 通信领域：微波在通信领域有着广泛的应用，如无线电广播、卫星通信和移动通信等。
微波的高频率和较短波长使得它可以携带更多的信息，并且在传输过程中的信号衰减较低。
2. 雷达技术：雷达是一种利用微波进行探测和测距的技术。
微波的高频率和短波长使得雷达可以精确地测量目标的距离、速度和方位角等信息，广泛应用于军事、气象、航空等领域。
3. 医学领域：微波在医学领域有着重要的应用，如医学成像、无创治疗和物理疗法等。
微波可以穿透人体组织，通过测量微波的反射和散射来获取人体内部的结构和病变情况。
4. 加热和烘干领域：微波的热效应被广泛应用于食品加热、木材烘干和化工生产等领域。
微波加热可以更快地使物质内部达到所需温度，并且能够实现对物质的局部加热。
5. 导航和定位领域：微波导航系统（如全球定位系统）利用微波信号进行导航和定位，实现对地理位置的准确定位和导航。
6. 材料检测和无损检测：微波的穿透性和反射性使得它可用于材料的检测和无损检测。
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。
微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从图从图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，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，因此它兼有两者的性质，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。
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 1 电磁波的分类电磁波的分类（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：频率高：微波的电磁振荡周期微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，很短，已经和电子管中电子在电极间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。
微波固体器件和量子器件来代替。
另外，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：．量子特性：在微波波段，在微波波段，在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是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。
微波基本参数的测量实验报告
【目的要求】1.学习微波的基本知识，了解波导测量系统，熟悉基本微波元件的作用；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.掌握驻波测量线的正确使用方法；4.掌握电压驻波系数的测量原理和方法。
【仪器用具】微波参数测试系统，包括：三厘米固态信号源，三厘米驻波测量线，选频放大器, 精密衰减器，隔离器，谐振式频率计（波长表），匹配负载，晶体检波器，单螺调配器等。
【原理】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，却乂区别于两者。
与无线电波相比，微波有下述儿个主要特点A/m1 1i(y«i t iIO> 10°Illi Illi JI 110 io-|J1 1 1 1 1/niz i0* F f) 1 1 1 1IL w•»Illi 1IO12IOIJ1 < 1广Ifi 电视无垛乜灌图1电磁波的分类验的重要组成部分。
在微波波段，随着工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。
常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线，本实验用的是矩形波导管，波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。
根据电磁场的普遍规律一一Maxwell方程组以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波（乂称为磁波），简写为TE波（或H波），磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量。
②横磁波（乂称为电波）, 简写为TH 波（或E波），电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量。
微波基本参数的测量—原理
微波基本参数的测量一、实验目的1、了解各种微波器件；2、了解微波工作状态及传输特性；3、了解微波传输线场型特性；4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量；5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。
二、实验原理微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。
要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。
１、导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。
导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。
导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）：TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即： 0=Z E ,0=Z H 。
电场E 和磁场H ，都是纯横向的。
TEM 波沿传输方向的分量为零。
所以，这种波是无法在波导中传播的。
(B) 横电波（TE 波）：TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。
亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。
(C) 横磁波（TM 波）：TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。
亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。
TE 波和TM 波均为“色散波”。
矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。
２、波导管：波导管是引导微波电磁波能量沿一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，本实验用矩形波导。
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。
10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。
在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到：()sin()j t z o y x E je ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x xH j e ωβμαππα-=()cos()j t z z x H eωβπα-=， x y z E E E ==，2g πβλ=其中，位相常数g λ=c fλ=。
宇宙微波频率-概述说明以及解释
宇宙微波频率-概述说明以及解释1.引言1.1 概述宇宙微波频率是指宇宙中存在的微波辐射频率，是一种波长较长、频率较低的电磁辐射。
宇宙微波背景辐射的发现是现代宇宙学的重要里程碑之一，它为探索宇宙的起源和演化提供了重要的线索。
本文将探讨宇宙微波频率的起源、测量方法以及其在宇宙学研究中的重要性。
通过对宇宙微波频率的深入研究，我们可以更深入地了解宇宙的奥秘，探索宇宙的起源和未来发展。
1.2 文章结构文章结构部分主要介绍了本文的内容框架和组织方式。
在本篇文章中，我们将分为引言、正文和结论三个部分来展开讨论。
首先是引言部分，我们将概述宇宙微波频率的基本概念和背景，介绍宇宙微波频率在宇宙学和天体物理学中的重要性，以及本文的研究目的。
接着是正文部分，我们将详细讨论宇宙微波频率的起源，探讨宇宙微波频率的测量方法，以及分析宇宙微波频率在宇宙学研究中的重要性和意义。
最后是结论部分，我们将对全文进行总结，展望未来在宇宙微波频率研究领域的发展方向，以及得出结论和思考。
通过以上结构，我们将全面深入地探讨宇宙微波频率这一重要课题，为读者呈现出一篇系统性且有实际应用价值的研究文章。
1.3 目的：研究宇宙微波频率的目的在于深入了解宇宙的演化历程，探索宇宙起源和结构的奥秘。
通过研究宇宙微波频率的起源和测量方法，我们可以揭示宇宙诞生的过程，了解宇宙背景辐射的特性，以及宇宙中存在的各种物质和能量的分布情况。
这些研究不仅可以帮助我们更好地理解宇宙的本质，还可以为宇宙学领域的进一步研究提供重要的依据和参考。
通过深入探究宇宙微波频率的重要性，我们可以为人类对宇宙的探索和认识做出更深入和全面的贡献。
2.正文2.1 宇宙微波频率的起源宇宙微波背景辐射是一种在宇宙中普遍存在的微波辐射，其起源可以追溯到大爆炸理论。
根据宇宙大爆炸理论，宇宙在大约138亿年前经历了一次巨大的爆炸事件，从而开始了宇宙的演化过程。
在大爆炸事件发生后，宇宙开始膨胀并冷却，直至达到温度为约3000K。
微波测量方法
微波测量方法本文来自: 微网论坛作者: huangfeihong88日期: 前天 22:52阅读: 25人打印收藏微波测量微波测量内容虽然很多，但是驻波测量、功率测量和频率测量是微波中最常测量的三个基本参量，而其他的二级参量（如Q值、衰减、介电常数、铁磁共振线宽△H、阻抗等等）的测量都可以归结到这三种基本参量的测量加以解决。
应该强调指出的是：“调节匹配”是微波测试中必不可少的概念和调整步骤，任何微波系统正式工作之前，都必须把微波线路中各个部分调到匹配状态。
匹配意味着微波系统处于这样一种工作状态：此时微波功率由信号向负载传输而不出现反射波（驻波比ρ＝1）。
为什么通常总要把微波系统调到良好的匹配状态呢？因为在微波传输系统中，存在驻波是不好的。
驻波的存在表示信号源与负载未匹配好，能量不能有效地传到负载去，使损耗增大；在大功率情况下，由于驻波的存在，在电场最大值处可能发生击穿现象；驻波的存在还会影响信号源的频率稳定，从而影响微波测量的精确度。
1．驻波测量驻波测量是微波测量中最基本、最重要的项目之一。
驻波测量可以判断微波传输系统是否处于良好的匹配状态，还可以测量波导波长、衰减、阻抗、谐振腔Q值、介电常数等等。
下面介绍测量驻波的设备和方法。
驻波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，其简单原理是：使探针在开槽传输线中移动，将一小部分功率耦合出来，经过晶体二极管检波后再由指示器指示，从而看出在开槽线中电场的分布情况（相对强度）。
使用驻波测量线时要注意下列几个问题：首先，使探针在开槽波导管内有适当的穿伸度。
显然，探针穿伸度过大，会影响开槽线内的场分布情况而产生误差；穿伸度太小，又会降低测量的灵敏度。
探针穿伸度一般取波导窄壁高度b的5—10%。
其次，通过调谐装置使测量线调谐。
调谐的目的是消除探针插入测量线内引起的不匹配，并使探针感应的功率有效地送至检波晶体管。
其次，注意检波晶体管的检波律。
检波晶体管的检波电流I与管端电压V有关，而V与探针所在处的电场E成正比，I，E满足关系式：,其中κ1，n为常数。
微波基本参数测量实验报告
（实验报告）微波基本参量测量【摘要】微波技术是一门独特的现代科学技术，我们应掌握它的基本知识和测量的方法。
对微波测试系统的工作原理的分析研究与基本参量的测量，能使我们掌握微波的基本知识，了解其传播的特点，并且我们还能学会对功率、驻波比和频率等量的测量方法。
另外，在实验过程中我们还能熟悉功率计等实验器材的工作原理和物理学中对有关物理量的测量的思想方法。
【关键词】微波、功率、驻波比、频率、测量【引言】微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。
微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。
微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。
对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。
而对金属类东西，则会反射微波。
微波的特点有以下几点：第一.微波波长很短。
具有直线传播的性质，能在微波波段制成方向性极强的无线系统，也可以接收到地面和宇宙空间各种物体发射回来的微弱回波，从而确定物体的方向和距离。
这使微波技术广泛的应用于雷达中。
第二.微波的频率很高 ，电磁振荡周期很短。
比电子管中电子在电极经历的时间还要小。
普通电子管不能用作微波振荡器、放大器和检波器，而必须用原理上完全不同的微波电子管来代替。
第三.许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长正好处在微波波内。
用这特点研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子无线电物理学等尖端学科, 还研制了低噪音的量子放大器和极为准确的分子钟与原子钟。
第四.微波可以畅通无阻的穿过地球上空的电离层。
微波波段为宇宙通讯、导航、定位及射电天文学的研究和发展提供了广阔的前景。
【正文】本实验中，我们首先要引入两个基本概念：反射系数与驻波比。
反射系数的定义：波导出某横截面出的电场反射波与入射波的复数比。
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频率和波长的测量一频率和波长的测量的基本概念1频率和波长的测量分别属于两个不同物理量的测量频率的测量—时间的测量波长的测量—长度的测量2“秒”的定义█早期：天文秒—平均太阳日1/86400上世纪初开始科学家们发现地球自传不均匀，且有变慢的趋势。
而现代科学对时间标准的要求越来越严格，如导航，人造卫星的发射与回收，…等。
天文秒越来越受到严重的考验。
与此同时，科学技术的发展人们认识到微观世界中的运动比宏观运动更稳定，且易于观测，于是产生了新的“秒”—原子秒的定义█近代：原子秒—133C基态超精细能级F3-F4之间，电子跃迁时间的9192631770倍为1 S秒1967年10月，第13届国际计量大会通过1972年1月1日零时开始实施二数字式频率计原理三波长计测频率—频率的“间接”测量 █反应式电路标准时间信号产生器xX 0xI（谐振时发生强烈反射）█通过式电路微波频率测量.1 概 述频率是表征微波信号特性的最重要的参数，因此微波频率的测量也是微波信号分析的最重要内容。
频率基本测量方法是比较法。
频率与时间在概念上是统一的。
所定义的时间标准是比较的原始基准。
比较方法分为有源比较法和无源比较法两类。
前者以标准频率源作为未知频率的比较标准，后者用已知频率特性的无源电路作为比较标准，使未知频率的信号通过无源电路，与无源电路的已知特性相比较，通过已知频率特性求出未知频率，即I0 f 0(谐振时耦合输出加大)),,( C B A F f x = (.1-1)式中A 、B 、C 、...是无源电路的已知常数。
如利用波导的传输特性gc g c cf λλλλ22+=就属于此种测频方法，其中gλ具有已知的频率特性。
当然，无源电路的已知特性，需要用更高一级的频率标准来校准，所以归根到底还是以标准频率源作为比较法的基准。
无源比较法在微波测量中常称为波长测量。
采用有源比较法需要解决两个问题。
一是比较的基准；二是比较的方法。
前者提供标准频率源，后者提供未知频率与标准频率比较的技术。
常用的频率标准有晶体频标和原子频标两种。
晶体频标的稳定度和准确度一般为10-6量级。
但长期工作会产生不可逆的缓慢变化，即老化，因此要定期与天文时间进行对比、校正和调整，以保持可作为标准的足够高的准确度。
原子频标的准确度可达5×10-13，稳定度2×10-13/ h 。
.2 有源比较法测频原理有源比较法有零拍法、测差法和内插法三种，现分别介绍其原理。
一、零拍法如图.2-1(a)所示，把未知频率f 和标准频率f s 一起加到混频-检波器，调节f s 出现零拍，得f x =f s 。
若待测频率是一段频谱(或单一频率但频谱不纯)，欲测其中的某一频率分量，则由于频谱中各频率成分相互组合，可能会产生很多低频组合频率，因而使听取未知频率和标准频率之间的零拍音调发生严重困难。
这时可采用图2-1(b)示出的方法，在混频器的输出电路中接一固定频率ϕf 的窄带带通滤波器，再接到检波指示器上。
连续调整sf 时，可以得到两次最大指示，相应频率为ϕf f fs x=-1和ϕf f f x s =-2，由次得出221s s x f f f +=(.2-1)二、测差法把未知频率f x 和与它靠得最近的标准频率f s 一起加到混频器，得出它们的差频F =|f x -f s |，再用较低频率计或一般数字频率计测出差频F ，则f x =f s +F 或f x =f s -F 。
这种测量微波频率的方法，对F 的测频准确度不必要求很高，而能使微波频率具有很高的测量准确度。
例如需要把3000MHz 左右的频率测准到10-6，即要求把差频F 测准到3kHz 。
这时如果选用足够靠近的标准频率，使F =3MHz 左右，那么只要把F 测准到10-3就够了，这一般是不困难的。
三、内插法所谓内插法就是利用一个辅助振荡器，其频率在一定范围内连续可调、且具图 .2-1 零拍法(a)(b)图2-2 内插法有直线频率刻度。
这个辅助振荡器常称为内插振荡器。
把内插振荡器的频率按零拍法调到与未知频率相等，读出内插度盘刻度A x 。
然后在内插振荡器的度盘上找出两点，这两点是最接近于未知频率f x 两侧的两个标准频率f s 1和f s 2(图2-2)。
由于内插振荡器的频率连续可调且具有直线刻度，因此有)/()()/()(12121A A A A f f f fx s s s x--=--，由此得出)(121211s s x s x f f A A A A f f ---+= (.2-2).3 微波数字频率计原理数字频率计具有精度高、速度快、操作简便等优点。
由于其一般是以计算在一定时间间隔内的脉冲数目为测量原理，因此也常称为计数器。
由于微波频率较高，若采用电子计数器直接计数，则会受电路翻转速度的限制而不能实现。
所以需要把微波频率变换到较低射频上，再由计数器直接计数，然后乘以变换比或加上差值来实现微波频率的数字显示。
常用的变换方式有外差式、频率转换式、同步分频式(取样式)三种。
下面先简要复习直接计数法原理，然后介绍微波外差式和频率转换式数字频率计基本原理。
一、直接计数式数字频率计基本原理直接计数式频率计的简化方框图示于图3-1。
待测信号fx 从A 通道输入，经过放大整形使每个周期形成一个脉冲，即把输入的周期信号转变成频率为fx 的脉冲信号。
把它们送入闸门电路。
闸门开启时，信号通过闸门进入计数电路，闸门关闭时，终止计数。
闸门的启闭时刻是受一个脉冲宽度非常标准(比如准确地等于1s)的秒方波信号严格控制的。
当秒方波信号到来时(对应于方波前沿瞬间)闸门立即开放，在方波后沿瞬间，闸门断然关闭。
这样，计数电路在1秒钟内所累计的脉冲个数就有了频率意义。
如果闸门开闭时间为T s，计数器累计数目为N，则未知频率f x=N/T。
可见秒方波信号是数字频率计中的本机标准，它通常是由恒温控制的高稳定度的石英晶体振荡器产生的标准信号，再经过分频而获得。
若振荡周期为T0，分频次数为k，则秒信号周期为T=kT0。
图3-1 数字频率计的简化方框图二、微波外差式数字频率计基本原理外差式频率计的测频原理，将未知频率f x与仪器内部标准频率f s的谐波混频之后能得到差频f D=|f x-nf s|，f x=nf s+f D。
将差频f D 由计数器直接计数，谐波次数n 由模拟电路求出，并能判断f D 的符号，就可构成外差式数字频率计。
可见外差式数字频率计至少要包括向下变频的变频器插件和计数、求n 电路两部分。
图3-2示出的是外差式数字频率计的原理方框图。
机内标准频率取自直接计数器中的恒温石英晶体振荡器输出的基频5MHz 信号(频率稳定度一般可达10-8量级)，经20次倍频得到100MHz 的标准频率f s ，经梳状波发生器获得间隔为f s 的梳状频谱。
当待测信号f x 输入之后，分为两路，一路送入混频器，一路送入宽带放大器和检波器。
后者用来驱动起始电路发出指令，使谐波选择控制电路自动地从梳状谱线的低端开始扫描，让梳状谱线经过YIG 滤波器（钇铁石榴石滤波器）从低到高依次通过，送入混频器与f x 混频，若f x 与第k 次谐波skf n混频输出f D 落在差频放大器带宽(设0~100MHz)之内，则差频信号f D 也分为两路输出，一路经检波器驱动终止电路发出指令，使谐波选择控制电路停止扫描，并把这时的扫描电压，由A /D 变换器变换成表征skf n 的电信号并送入运算电路。
f D 的另一路送入直接计数器测出差值f D ，并与s kf n 一起送入运算器相加，其结果由数字显示出来为Ds k x f f n f ++。
外差式数字频率计的特点是:工作原理简单，不易受调频信号的影响，只要调频信号保持在差频放大器带宽之内，即可读出其平均值；对f D 直接计数有较高的分辨力，如闸门时间为1s ，则可分辨1Hz 。
其测频范围可达18GHz 。
三、微波频率转换式数字频率计基本原理频率转换式(置换式)数字频率计是把微波频率的测量转换到较低射频上来进行测频的一种装置，这个较低射频可由计数器直接计数，一种自动转换式数字频率计原理图示于图3-3。
图.3-2 外差式数字频率计原理图其原理是把未知频率f x 分为两路。
一路与转换振荡器输出的频率f T 一起送入谐波混频器I ，当差频Tx Dnf f f-=落入中频放大器I 的带宽之内时，就有中频f D 输出，把f D 与来自计数器的标准频率f s 一起送入鉴相器，经鉴相检测得出误差电压，再经环路滤波器滤除高频分量，并把误差电压送入转换振荡器，对它施以压控微调，使f x 与nf T 的差值f D 保持在标准频率f s 上。
把VCO 的输出频率f T 送到计数器记录并进行n 倍时基扩展，与此同时把恒差值f s 预置到显示器上，得出sT xf nf f+=。
图.3-3 自动转换式数字频率计方框图为了求n (见图中虚线方框)，用低频F 对f T 实行单边带调制，得出f T -F ，并与另一路f x 一起送入谐波混频器II ，得出差频nF f F f n f f s T x D +=--=')(，经中频放大器I 放大后，与来自计数器的标准频率f s 一起送入混频器，得出差频nF ，再把nF 与来自低频振荡器的F 一起送入求n 计数器，即用低频F 的周期(T =1/F )作门控信号，计数nF ，有TnF=n 。
把n 再送入计数器，对f T 实行n 倍时基扩展，遂得到nf T 。
上述的一系列过程都是由控制和搜索扫描等电路自动完成。
转换式数字频率计用较低射频能获得很高频率扩展。
其灵敏度可达-30dBm ，一般说比外差式要高(外差式的灵敏度一般为-10dBm)。