微波基本参量测量实验报告

浙江师范大学实验报告

实验名称微波基本参量测量班级物理092 姓名阮柳晖学号09180229

同组人任亚萍实验日期11/10/24 室温/ 气温/

微波基本参量测量

摘要：微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。本实验通过了解电磁波在规则

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，运用微波测量的基本技术，对微波的频率、驻波比、功率进行测量。

关键词：频率功率驻波比阻抗

引言：微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。微波技术的形成以波导管

的实际应用为其标志。微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。微波的最重要应用是雷达和通信。微波与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科，其中如微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等。其应用及涉及领域仍在不断扩大。

正是由于微波的重要科技地位，学习其基础知识及工作原理等变得至关重要。

正文：

一、实验原理

微波介绍：

微波及似声似光性

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，微波炉就是利用这一特点制成的，而对金属类东西，则会反射微波。

微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小，使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。

由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。

实验内容:

1、微波频率的测量

频率的测量是微波测量技术中的一个重要方面。本实验将采用直接测量法。使用外差式频率计或是数字微波频率计就能直接读出频率的数值。亦可以使用吸收式空腔波长计，利用空腔做为谐振系统，并通过机械装置进行调谐。当吸收式波长计的腔体被调节到谐振点时，输入到指示器的功率最小。此时即可由波长计中的螺旋测微计的读数D，通过D～f曲线查出被测的微波频率。本实验就是使用这种方法作为直接测量的。

2、功率的测量

微波功率是表征微波信号强弱的一个物理量，通常采用替代或比较的方法进行测量。也

就是将微波功率借助于能量转换器，转换成易于测量的低频或直流物理量，来实现微波功率

的测量。下图为测量功率的电路连接。实验中将波导开关旋至功率计通路，用功率计可测得

绝对功率值。

3、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。

其中Emax 和Emin 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。

使用驻波测量线进行测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5%~10%。实验前应注意驻波测量线的调谐，使其既有最佳灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低。一般是将测量线终端短接，形成纯驻波场。移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最大，反复进行多次。

由于终端负载不同，驻波比s 也有大中小之分。因此驻波比测量的首要问题是，根据驻

矩形波导测量线

波极值点所对应的检波电流，粗略估计驻波比s 的大小。在此基础上，再作进一步的精确测定：

（1）小驻波比的测量

在这种情况下，驻波波腹和波节都不尖锐，因此要多测几个驻波波节和波腹，按下式计算S 的平均值：

max1max 2max min1min 2min x

x E E E S E E E +++=

+++

当检波晶体管满足平方检波律时，则

S =

（2）中驻波比的测量

此时只需测一个驻波腹和一个驻波节，按下式计算即可：

max

min

E S E =

=（3）大驻波比的测量

波腹振幅与波节振幅的差别很大，测量线不能同时测量波腹和波节，此时可以用二倍极小功率法进行测量。利用探针测量极小点两旁，功率为极小功率二倍的两点的距离W ，波导波长λg ，可按下式计算驻波比：

g

W

S λπ=

二、实验仪器

DH1121C 型三厘米固态信号源、DH364A00型三厘米波导测量线、隔离器、DH4861B 型厘米波功率计、DH388A0型选频放大器、DH406A0型微波实验系统、衰减器、频率计、检流计(示波器)

几种仪器介绍： 1、波导管

波导管是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子。波导管用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，波导管内径的大小因所传输信号的波长而异，多用于厘米波及毫米波的无线电通讯、雷达、导航等无线电领域。

波导管的功率容量大，损耗小，特别适用于大功率微波系统，常见的有矩形波导和圆波导两种，本实验室用矩形波导管。 2、谐振腔

用于微波波段的谐振电路，通常是在波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。电磁场被限制在腔内，没有辐射损耗，谐振腔的品质因数Q 值较高。但是由于要与不同频率的微波发生谐振，即需要改变频率，那么必须改变谐振腔的尺寸，进而影响到谐振腔的品质因数Q 。

在理想的无耗谐振腔内，任何电磁扰动一旦发生就永不停歇。当扰动频率恰使腔内的平均电能和平均磁能相等时便发生谐振，这个频率称为谐振频率。而谐振腔的主要参数就是谐振频率f 和品质因数Q 。 3、功率计

功率计由功率探头和指示器两部分组成，功率探头是一个依据能量守恒定律，将微波功率线性地装换成直流电压的换能器。指示器是一台高增益、低噪音的直流电压放大器，放大功率探头提供的微弱信号，用数字电压显示功率值。

功率探头是利用热电效应将射频功率线性地装换成热电势输出。其中的射频直流转换部分：主要是由热元件及匹配的散元件组成，热电元件采用真空镀膜技术，在介质薄膜上形成热电偶堆，在同轴结构的电磁场中，它既是终端的吸收负载，又是热电转换元件，电磁波从同轴传输线部分输出，消耗在热元件上使热电堆上两个热点节的温度上升，产生与所加射频能量成正比的热电动势，该电势送入指示器进行放大，做读数指示。