电磁场微波实验指导书(电子专业)(1)中国民航大学,cauc要点

电磁场、微波测量实验指导书

(电子专业适用)

范懿、许明妍编

班级：111044C班

学号：111044309

姓名：贾二超

中国民航大学电子信息工程学院

二零一三年十二月

实验一 电磁波参量的测量

一、实验目的

（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E 、 H 和 S 互相垂直。 （2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β 和波速υ。

（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。 二、实验仪器 （1） DH1211型3cm 固态源1台

（2） DH926A 型电磁 波综合测试仪1套 （3） XF-01选频放大器1台 （4）

PX-16型频率计

三、实验原理

两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2π

βλ

=

、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。

设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ-=

当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则

3r P 处的相干波分别为：

110j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+=

220j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22331()()r r r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ∆=-

因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。 在3r P 处的相干波合成 1

21210()i i r r r i E E E RT T E e e φφε--⊥⊥=+=-+

或写成 12(

)

12

2

102cos(

)2

j r i E R T T E e

φφεφφ+-⊥⊥-=- 式中

12L φφφβ=-=

为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即

cos(

)02

φ

=或

(21)

2

2

n φ

π

=+ n=0.1.2….. n 表示相干波合成驻波场的波

节点（0r E =）处。除n=0以外的n 值，表示相干波合成驻波的半波长数。将n=0时0r E =的驻波节点作为参考位置0l :2π

φλλ

= 故2(21)n L π

πλ

+=

四、实验内容

（1）了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点，使用方法，特别要熟悉与掌握利用相干波原理测试电磁波波长的方法

（2）了解3cm 固态源的使用方法和正确操作。

（3）电磁波E 、H 和S 三者符合右手螺旋规则，向3r P 传播的波应有：E =y y E ,H =-x x H S =E ⨯H=z y x E H =z 2y

E μ

（4）测量值

移动可动板2r P ，测n l 值，根据测得值，计算λ、β、υ的值。 30l l l =-2l

n λ=

= 34.02 2π

λ

= 0.185

实验三微波工作波长的测量

一、实验目的

1.熟悉测量线的使用方法。

2.掌握工作波长测量的方法。

二、实验原理

1．测量系统的连接与调整

进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测试系统。图3－1示出实验室常用的微波测试系统，信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧，以便于操作。连接系统平稳，各元件接头对准。晶体检波器输出引线应远离电源和输入线路，以免干扰。如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生误差。

图3－1 微波测试系统

系统调整主要指信号源和测量线的调整以及晶体检波器的校准。信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制方式等。本实验讨论驻波测量线的调整和晶体检波器的校准。

2．测量线的调整及波长测量

（1）驻波测量线的调整

驻波测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，如测驻波、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，从而影响系统的工作状态。为了减小其影响，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选择合适的探针穿伸度、调谐探头和测定晶体检波特性。

探针电路的调谐方法：先使探针的穿伸度适当，通常取1.0～1.5mm。然后测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间部位，调节探头活塞，直到输出指示最大。

（2）波长测量

测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。

a. 用谐振式波长计测量。调谐波长计，使得指示器指针达到最大值，记录此时的波长计刻度，查表，确定波长计谐振频率，再根据f c =λ，计算出信号源工作波长。

b. 用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻波，移动测量线探针，测出两个相邻驻波最小点之间的距离，即可求得波导波长，再根据公式（3－2）计算出工作波长。

c. 将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，则探针检测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小值，即为相邻的另一个驻波节点，短路器活塞移动的距离等于半个波导波长。

在传输横电磁波的同轴系统中，按上述方法测出的波导波长就是工作波长，即p λλ=，而在波导系统中，测量线测出的是波导波长p λ，根据波导波长和工作波长之间的关系式：

p λ=

（3—1）

便可算出工作波长

λλ=

（3—2）

式中

2c a λ=，a —波导宽边尺寸，本系统矩形波导型号为BJ-100

(16.1086.22⨯=⨯b a mm 2)，为了提高测量精度，通常采用交叉读数法确定波节点位置，并测出几个波长，求其平均值。所谓交叉读数法是指在波节点附近两旁找出电表指示数相等的两个对应位置11d ，12d ，21d ，22d ，然后分别取其平均值作为波节点位置，如图3—2所示。

0111121

()2d d d =

+ （3—3） 0221221

()2d d d =+ （3—4）

02012d d p -=λ （3—5）

图3－2 交叉读数法测量驻波节点位置