电磁场与微波实验指导书实验一
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。
图2 接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
电磁场与微波实验实验
λg/mm
41.6
38.9
39.5
40
λg/mm 均值
40.0
λ0/mm
30.1
6. 用直接发测量计算电压驻波比（实际测量时，读取的是电压值）
1
2
3
4
Vmax/mV
210
208
200
200
Vmin/mV
50
48
50
40
ρ
2.09
7. 按照实验原理测量计算 lmin，并求出归一化阻抗值和实际阻抗值。
DT DA l������������������ 电长度
ρ
=
Emax ������min
=
√������������mmainx
在电压驻波系数1 < ρ < 1.5时，可以测量几个节点，取平均值。
ρ = √������m������amxi1n1++������m������maxin22++⋯⋯+������m������minanxn
当驻波系数1.5 < ρ < 5，直接读出������max和������min即可。 3. 测量阻抗
2. 预热信号源。设置信号源。载波设置：频率 10GHz，功率 15dBm；调制方式设置：AM，1KHz 方 波调制，调制深度>90%。
3. 预热选频放大器。
4. 插入驻波测量线探针，将探针移到两个波节点的中点，调节谐振回路使测量放大器指示最大。
5. 将波导测量线插入终端短路，用两点法测量导波波长
1
99.25 107.60 8.35 0.208
归一化阻抗
1.54 − 0.7i
实际阻抗
77 − 35i
电磁场微波实验指导书(电子专业)(1)中国民航大学,cauc
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2πβλ=、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。
电磁场实验指导书
实验一：驻波比的测量一、实验原理驻波产生的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比。
对于平方检波，有：错误！未找到引用源。
二、实验器件微波信号源、隔离器、波长表、可变衰减器、波导测量、被测件（电容膜片、电感膜片）、匹配负载、选频放大器1、微波信号源：可产生微波振荡，频率范围可以微调，信号源工作在方波状态。
在微波信号源上我们可以读出频率、电压、电流的数值。
信号源上的频率旋钮用来调整我们所需要的频率值（8.6GHz—9.6GHz）；点频和扫频按键用以选择点频状态或扫频状态，当工作在扫频状态时可以用扫频宽度旋钮来调节扫频的宽度；功率旋钮用来调节功率；信号源的右边有五个按键：等幅、方波、外调制+、外调制-和教学按键，本次实验用的是方波状态；下面有两个输出和一个输入，即RF输出，电压输出和外调制输入。
2、隔离器：抑制干扰。
3、波长表：读取信号发生器上的频率读数，根据频率-测微器刻度对照表来调节波长表的刻度。
4、可变衰减器：相当于可调电位器，旋动有刻度标示的旋钮，可以改变吸收片插入波导的深度，进而达到改变衰减量的问题。
5、波导测量：连接选频放大器，主要部件是测量线，通过旋动测量线上的旋钮，可以在选频放大器上读出相邻波腹和波节点的最大值和最小值。
6、被测件：包括断路器和开路器。
7、选频放大器a仪器面板的配置和功能如下：输入电压细调：此旋钮用于调整输入信号衰减量，左旋到底，衰减最大；右旋到底，衰减最小。
衰减量调节范围约为1—10倍。
输入电压步进开关: 用于衰减输入电压信号。
分为四档，即x1，x10，x100和x1000。
在x1档时灵敏度最高，对输入信号无衰减；x10, x100 和x1000档时，衰减量分别为10，100和1000倍。
频率选择开关：分为四档：1：宽带（400Hz—10KHz）2：1KHz （500Hz—1100Hz）3：2KHz （900Hz—2.2 KHz）4：5KHz （1.8KHz—5.2 KHz）开关在２，３，４档时为窄带，在１档时为宽带。
电磁场与微波技术实验指导书(新)
电磁场与微波技术实验指导书XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX注意事项一、实验前应完成各项预习任务。
二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。
三、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。
四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。
自主完成实验和报告。
五、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。
六、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源 ,并将仪器整理好。
协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。
七、不迟到，不早退，不无故缺席。
按时交实验报告。
八、实验报告中应包括：1、实验名称。
2、实验目的。
3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。
4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。
5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。
6、思考题。
实验仪器JMX－JY－002电磁波综合实验仪一、概述电磁波综合实验仪，提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。
它能使学生通过应用本发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第电磁感应定律、电偶极子、天线基本结构及其特性等重要知识点，使学生直观形象地认识时谐电磁场，深刻理解电磁感应的原理和作用，深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理，掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法，帮助学生建立电磁波的形象化思维方式，加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及相关特性的认识，培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。
《JMX-JY-002电磁波综合实验仪》在001型基础上，添加了对天线不同极化角度的测量，学生通过测量，可绘制不同极化天线的方向图，使得学生对电磁波的感受更加深刻。
二、特点1、理论与实践结合性强2、直接面向《电磁场与波》的课程建设与改革需要，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验环节紧密结合。
3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难，形象地体验抽象的知识。
电磁场与微波测量实验报告一
微波工程特性参数测量实验实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量班级：2009211204小组成员：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。
二实验原理：本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。
该系统由以下十一个部分组成：1.微波信号源DH1121C型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。
由于探针与电场平行，电场的变化在探针上就感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。
电磁场与微波技术实验教程 第1章
如果入射波波长为λ， 两波的波程差为δ, 当δ=kλ(k=0， ±1， ±2， …)时, 接收天线检波后电流 表有极大指示; 当δ=(2k+1)/2λ(k=±1， ±2， ±3, …)时， 接收天线检 波后电流表有极小指示。
B板固定不变， 从端点移动A板改变波程差δ， 当出现 电流表指示极小时， A板位置在某处(由千分尺读出)， 再同 方向继续移动A板又再次出现电流表指示极小时， A板的移 动位置改变恰好为λ/2。 继续同方向移动A板， 当出现m+1 个电流表指示极小时， 移动距离就为m/2个波长， 由此可测 出微波源的波长。
图1.1.2 静电场测试电路
五、 1.
2. 本实验方法很简单， 但它是工程上很有效的一种方法。 因此， 除测出所需点电位分布外， 还要深入理解有关的一 些问题。 在做实验报告时除一般要求内容数据外， 还要回 答下列问题： (1) 将平行板电容器的被测模型所测的数据画成距离－ 电位图， 与平行板电容器理论上的距离－电位比较， 并解 释为什么在Y=0及Y=10 cm附近(“电极”附近)电位有急剧变 化。 (2) 若要模拟有边缘效应的情况， 其被测模型应如何改
(3) 调节可移动反射板A， 测出电流表指示极小点时A板 的位置S0、 S1、 S2、 S3、 S4， 求出电磁波的波长λ。
在实验时也可以测量其极大点， 但通常测量极小点比 测量极大点准确。
使用微波干涉仪也可以测量介质的相对介电常数Er。 在图1.2.1中， 固定反射板B前插入一块介电常数为Er、 厚度 为d的介质板。 这时在这一路径中电磁波传播的波程改变了， 由于插有介质板的这一路电磁波波程增加了Δδ， 即
Δ 2d ( r 1) (1.2.1)
(1.1.1)
在恒定电流场中， 电场强度E、 电流密度J及电位Ф满 足下列方程：
电磁场与波实验指导书(上海交大)
电磁场与波实验指导书上海交通大学目录实验一“场与波”动态演示软件的正确使用 3 实验二电磁波传输特性参数测量 6 （一）电磁波的反射定律的验证 6 （二）微波信号源频率的测量12 （三）介质的相对介电常数的测量17 实验三电磁波辐射特性的测量20 （一）半波对称振子归一化E面方向图测量20 （二）引向天线的方向图的测量及参数计算25 （三）天线增益的测量29 （四）天线输入阻抗的测量34 附录一实验报告书写格式的一般要求37 附录二实验主要器材图片介绍38 附录三“场与波”动态演示软件光盘46实验一：“场与波”动态演示软件的正确使用（一）实验目的：通过本次实验，基本学会“场与波”动态演示软件的正确使用，并要求学生在课程学习中经常对照使用软件，加深对电磁场理论物理概念的正确理解。
（二）实验仪器与预习要求：1.实验仪器：a)实验室计算机；b)“场与波”动态演示软件；c)投影仪。
2.预习要求：掌握电磁场理论的各种基本概念。
（三）实验内容及原理：1.均匀平面波：a 均匀平面波在无耗煤质中传播b均匀平面波在有耗煤质中传播c均匀平面波垂直入射理想导体表面d 均匀平面波垂直入射理想电介质表面平面波是指电磁波的等相位面是平面的电磁波。
严格地说，平面波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励起这样的电磁波。
但是如果当球面波的场点离波源足够远的话，那么空间球面波的很小一部分就十分接近平面波。
2.极化极化是指电磁波的场矢量随时间变化的轨迹，常用的极化有线极化、圆极化及椭圆极化。
3.场结构的简易画法。
场结构是指电磁波的场矢量的结构形式。
4.偶极子电偶极子：相距一小段距离 d 的一对等值异号电荷，这样构成的结构称为电偶极子。
磁偶极子：磁偶极子是指半径很小的圆形载流回路。
5.史密斯圆图（阻抗圆图，导纳圆图）史密斯圆图是在极坐标中用图解方法求解传输线方程的一种工具。
圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种。
利用圆图来计算传输线问题，不但物理概念清晰，计算方便，而且能满足工程的要求（四）实验步骤：实验室机房上机，观看“场与波”动态演示软件，由教师讲解动态演示软件的物理特性以加深对电磁场、电磁波物理概念的理解。
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实验一网络分析仪测量阵子天线输入阻抗一、实验目的：1.掌握网络分析仪校正方法2.学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法3.研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况（重点观察谐振点与天线电径的关系）二、实验步骤：（1）设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；（2）设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗；（3）调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；（4）更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况；（5）设置参数如下：BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81（6）记录数据在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。
记录1mm，3mm，9mm 天线的半波长和四分之一波长的谐振点。
三、实验数据：1、直径=1mm时：四分之一波长谐振点为662.3-13j二分之一波长谐振点为38.43-3.68j实验图示如下：2、直径=3mm时：二分之一波长谐振点为32.71-1.5j 四分之一波长谐振点为284.9-3.31j 实验图示如下：3、直径=9mm时：二分之一波长谐振点为26.62-1.44j 四分之一波长谐振点为131.8-2.16j 实验图示如下：四、分析结果实际测量结果与理想的阻抗图仍有一定差别，理想状态下，天线的阻抗原图应该是一个中心在正实轴某处的一个规则的圆，但实际结果发现天线的阻抗原图不是很规则，随着频率的增加，其阻抗特性成非线性变化。
由实验结果可以看出，对于相同材质，振子天线的直径越粗，谐振点输入阻抗越小，网络反射系数越小，回波损耗越小，越容易和馈线匹配，天线的工作频率范围就越宽。
天线的阻抗随着频率的变化不断变化，频率范围为600KHz～2600KHz，变化规律为：前20个点基本不变，后面的点基本随着频率的增加而增加。
电磁场与微波实验实验
电磁场与微波实验实验电磁场与微波实验一（一）动画演示：电磁波在矩形波导、平行双线、同轴线中的传播特性（二）自由空间电磁波波长的测量和矩形波导截止特性的研究一．实验目的1. 了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理。
2. 在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察与了解电磁波传播特性。
3. 熟悉并利用相干波原理，测量自由空间内电磁波波长，并确定相位常数。
4. 研究电磁波在矩形波导中的截止特性。
二．实验原理1. 自由空间电磁波波长测量两路等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以相同或相反方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。
本实验利用相干波原理，使得接收喇叭处的两路电磁波分别为：Er1=T0??c??0ijΦ1，Er2=T0??c??0ijΦ2。
其中Φ1=KL1，Φ2=KL2。
通过移动一个活动金属板B，改变两路光线的光程差，看最后的合成光的强度变化。
当=??2(2??+1)时接受指示为0，则B0值。
一般测试4~5个接受零值，再求22πλ??出测量波长的平均值。
测量移动的距离即可获得自由空间电磁波波长λ值，再根据??=波的传播常数。
2. 矩形波导的截止特性研究得到电磁实验通过观察电磁波通过开缝金属板及开孔金属板的效果来研究矩形波导的截止特性。
将发射喇叭和接收喇叭调整到同一轴线上，在两个喇叭中间安装开缝金属板和开孔金属板，金属板的法线与喇叭轴线一致。
当发射喇叭的电磁波照射到开缝金属板时，开缝金属板对于电磁波来说，相当于多个矩形波导并列的口面。
设缝宽为a,相当于波导的宽边。
点磁场方向平行于缝隙。
根据矩形波导理论，当满足工作波长λ<2a时，波能通过缝隙传播；当λ>2a时，出现截止衰减，电磁波被反射。
a越小，截止衰减越明显，反射越大，同样，对于开孔金属板，当孔径a满足2>a时，不用极化方向的电磁波截止衰减，被反射。
实验中，分别观察不同尺不同方向的开缝金属板及开孔金属板对电磁波的反射与透射效果。
南京理工“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书(研究生复试有用)
实验一 电磁波参量的测定实验1.实验目的 a) 观察电磁波的传播特性。
b) 通过测定自由空间中电磁波的波长 ，来确定电磁波传播的相位常数k 和传播速度v 。
c) 了解用相干波的原理测量波长的方法。
2.实验内容 a) 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。
b)测量信号源的工作波长（或频率）。
3. 实验原理与说明 a)所使用的实验仪器分度转台,晶体检波器,可变衰减器,喇叭天线,反射板,固态信号源,微安表图1 实验仪器布置图参阅图1。
固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，由喇叭天线辐射出去，在接收端用矩形喇叭天线接收，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。
b)原理本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长 ，再由关系式2,k v f kπωλλ===得到电磁波的主要参量k ，v 等。
实验示意图如图2所示。
图中0r P 、1r P 、2r P 和3r P 分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一23030()mm ⨯的玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试。
设入射波为： jk r E Ee +-⋅=体检波器图1图2 实验示意图当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E-和折射波E'。
设入射波为垂直极化波，用R⊥表示介质板的反射系数，用T⊥、eT⊥分别表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。
另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。
在一次近似的条件下，接收喇叭3rP处的相干波分别为：110j E R T T E e ϕε--+⊥⊥⊥=-220j E R T T E e ϕε--+⊥⊥⊥=-即两者幅度相等，相位差为12()ϕϕ-，其中1011()r k L L kL ϕ=+=221012()()r r r k L L k L l L kL ϕ=+=+∆+=从而可得21L L L l ∆=-=∆因101r L L L =+为固定值，而21L L l =+∆是可改变的，改变可动反射板P r 2位置而取不同的2L 值，可使行程相位差为90。
电磁场与微波技术实验天线部分实验一
电磁场与微波技术实验天线部分实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗实验报告班级：学号：班内序号姓名：一、【实验目的】1．掌握网络分析仪校正方法；2．学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法；3．研究振子天线输入阻抗随振子电径变化的情况。
二、【实验内容和实验步骤】1.用网络分析仪进行阵子天线的输入阻抗的测试前，先进行短路、开路和匹配阻抗的校准，当网络分析仪的屏幕上的对应项打钩时，校准成功。
2.校准完成后，设置参数，将天线参考平面连接到输入端，分别对1mm，3mm，9mm天线进行输入阻抗的测试。
调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据。
在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线左端输入阻抗的虚部为0的点为四分之一波长谐振点，曲线右端输入阻抗的虚部为0的点为半波长谐振点。
记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长谐振点。
3.注意每次测量之前都要进行校准。
三、参数设置BF=600，∆F=25，EF=2600，n=81四、实验结果（1）1mm细天线（2）3mm中天线（2）9mm中天线【实验结果分析】1.天线直径由1mm到9mm过程中，第一谐振点（即四分之一波长谐振点）的谐振频率由1.175GHz减小到1.05GHz，而第二谐振点（即半波长谐振点）的谐振频率由2.35GHz减小到1.625GHZ，可见，第一谐振点（谐振频率随着天线直径的变化率比第二谐振点谐振频率与天线直径的变化率小。
2.1mm天线两个谐振点频率间隔为1.175,3mm天线两个谐振点频率间隔为0.85,9mm为0.575，因此，天线越粗谐振点频率的间隔越小。
3.无论第一谐振点还是第二谐振点都是随着天线直径增大，谐振频率降低。
4.第一谐振点的阻抗远小于第二谐振点的阻抗。
这与四分之一谐振点处Z in= Z0^2/ Z l而半波长谐振点处Z in= Z l这两个公式有关，由公式可以看出，Z l大于Z0。
5.两个谐振点的谐振阻抗都是随着直径增大而减小。
微波技术实验指导书1
实验要求一、预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
1.认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的计算。
2.复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
3.熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写好预习报告。
二、实验要求：1.使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。
2.实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障后，经指导教师同意再继续实验。
3.在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄露。
4.实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果(数据、波形、现象)。
所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
5.实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规定整理。
6.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。
实验一、微波传输线频率和波长的测量一、实验目的1．学会使用基本微波器件。
2．了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
3．学习利用吸收式测量频率和波长的方法；4．掌握用测量线来测量波长和频率的方法。
二、实验原理1．微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管为微波型。
波传输线，并用TE10波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。
2．微波频率的测量用吸收式频率计PX16(直读式)，测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误差≤±0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。
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产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ 左右，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。
电磁场微波技术与天线实验指导书
自编教材《电磁场微波技术与天线》实验指导书长沙学院电子与通信工程系二0一0年九月实验一谐振腔法测量微波频率一、实验目的1、熟悉和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。
2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。
3、掌握谐振腔法测频率的原理。
二、实验框图及器材1、实验框图图一谐振腔法测频率框图2、实验仪器微波信号源一台3cm测量线一台隔离器一个定标衰减器一个波长计一个检波指示器一台晶体检波器一个选频放大器一台各种负载三、实验原理谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。
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的指示是一跌落点，(参见图二)此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。
检波指示器指示I图二波长表的谐振点曲线四、实验内容及步骤1、按图一所示的框图连接微波实验系统。
2、将检波器及检波指示器接到被测件位置上。
3、用波长表测出微波信号源的频率。
五、实验报告及要求1、实验目的与任务；2、正确画出微波测试系统的基本框图；3、说明用谐振腔法测频率的原理；4、记录实验数据，分析误差原因。
六、预习报告及要求1、实验目的与任务；2、实验所用仪器设备的功能；3、实验原理。
实验二微波功率的测量一、实验目的1、熟悉和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。
2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。
3、掌握微波功率的测量原理，熟悉测量被测件的相对功率、绝对功率值的方法。
二、实验框图及器材1、实验框图图三功率测量微波系统框图2、实验仪器微波信号源一台3cm测量线一台隔离器一个定标衰减器一个波长计一个检波指示器一台晶体检波器一个选频放大器一台波导开关一个功率计一台功率头一个各种负载三、实验原理在波导管中传输的微波通过衰减器时，可以衰减部分传输功率，沿着宽边改变衰减器的移动吸收片可改变衰减量的大小。
微波技术实验指导书
微波技术试验报告姓名：学号：指导教师：秦月梅时间：实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量一、实验目的1、通过对短路线、开路线的S 参量S 11的测量，了解传输线开路、短路的特性。
2、通过对匹配负载的S 参量S 11及S 21的测量，了解微带线的特性。
二、实验原理S 参量网络参量有多种，如阻抗参量[Z]，导纳参量[Y]，散射参量[S]等。
微波频段通常采用[S]参量，因为它不仅容易测量，而且通过计算可以转换成其他参量，例如[Y]、[Z]，电压驻波比及反射损耗等。
一个二端口微波元件用二端口网络来表示，如图1-1所示。
图中，a 1,a 2分别为网络端口“１”和端口“２”的向内的入射波；ｂ1，ｂ2分别为端口“１”和端口“2”向外的反射波。
对于线性网络，可用线性代数方程表示。
b 1=S 11a 1+S 12a 2 (1-1) b 2=S 21a 1+S 22a 2 写成矩阵形式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡a a S S S S b b 212212211121 (1-2)式中S 11，S 12，S 21，S 22组成[S]参量，它们的物理意义分别为 S 11=11a b 02=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数 S 21=12a b 02=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口至“2”端口的传输系数 S 12=21a b 01=a “1”端口外接匹配负载时，“2”端口至“1”端口的传输系数 S 22=22a b 01=a “2”端口外接匹配负载时，“1”端口的反射系数对于多端口网络，[S]参量可按上述方法同样定义，对于互易二端口网络，S12=S21,则仅有三个独立参量。
三、实验仪器及装置图1模组编号：RF2KM1-1A (OPTN/SHORT/THRU CAL KIT) 2模组内容：3 RF2000测量主机：一台4 PC机一台，BNC连接线若干四、实验内容及步骤（一）开路线（MOD-1A）的S11测量（1）将RF2000与PC机通过RS232连接，接好RF2000电源，开机。
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电磁场与微波实验指导
书实验一
Revised as of 23 November 2020
实验一微波基础计算器与MWO软件熟悉
一、实验目的
1.掌握传输线（长线）基本理论；
2.熟练掌握Smith圆图的工作原理；
3.熟练使用微波技术基础计算器计算单枝节线匹配。
4.熟悉MWO软件界面和基本操作。
二、实验原理
微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。
实现了微波技术基础理论中长线（传输线）理论、Smith圆图、网络理论等部分的计算。
此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算；smith圆图的绘制；任意长线和负载的单枝节匹配；双口网络S、Z、Y、A参数的相互转换。
1、长线理论
基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 (Q1: 传输线理论中基本物理量是什么)
电压波与电流波（入射与反射）关系：
理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数和特性阻抗。
传输线理论三套参量：输入阻抗in，反射系数，驻波参量（驻波系数和最小距离l min）
三套参量间的换算关系：
三套参量同时一个单位圆内表示
1）由横坐标表示反射系数实部，纵坐标表示反射系数虚部，构成反射系数复平面；
2）对于一个无耗均匀传输线，其反射系数的模是不变的，变化的是位相（位置）构成反射系数同心圆；以负载为参考面向源移动时，位相角减少，顺时针转动
3）驻波系数在反射系数复平面上也是同心圆，
4) 阻抗在反射系数复平上表示时要归一化；某一点的阻抗由经过该点的等电阻圆与等电抗弧线确定。
2、并联单枝节传输线匹配
1) 终端短路传输线相当于一个纯电抗
2) 在主传输线上并联一个短路面位置可调的支路传输线，相当并联一个可变电抗。
3) 由于并联枝节，进行匹配设计时用导纳方法表示更为方便。
三、 微波基础计算器的使用
有了这些基本概念之后，我们就可以学习微波计算器的使用方法。
这个计算器实际上就是利用以上的公式，编成、作图完成的，国内外也还有很多类似的软件。
微波计算器的主界面如图1所示。
图1 微波计算器主界面
选择图1中所示的“长线”工具。
出现如图2所示的窗口。
开路
匹配
图2 长线理论窗口
需要输入的参数有特性阻抗、负载阻抗、工作波长、线长。
其中线长为图中整个线的长度。
图中当前点的线长为。
且线长与波长的单位保持一致。
计算器根据你输入的参数，再根据传输线公式
)
tan()tan()(000d jZ Z d jZ Z Z d Z L L in ββ++=，可以计算出图中当前绿色标记处的输入阻抗和导纳。
并且计算出当前点的反射系数等参数。
1、 阻抗圆图
选择图1中所示的“阻抗”或“导纳”工具，会相应出现图3的阻抗圆图窗口。
图3 阻抗圆图
以阻抗圆图为例，窗口中需要输入的参数有三个：反射系数、归一化电阻、归一化电抗，相应在左边的画出等反射系数圆、等电阻圆、等电抗圆。
等电阻圆和等电抗圆的交点便是阻抗为2＋1j的点（对应图中输入的参数）。
另外通过下方的“自动获取数据”选项可以自动长线计算的窗口中获取计算数据，并自动绘制当前点的圆图。
如果选中“自动刷新”，可以使两个窗口中的数据自动保持同步。
这时拖动长线窗口中的绿色标记，可以看到圆图随距离的变化。
2、单枝节匹配
选择图1中所示的“匹配”工具，会相应出现图5所示的窗口。
图5 单枝节匹配
同样，在此窗口中，输入相应的参数，软件会自动算出单枝节匹配
的匹配点和相应的长度。
四、实验内容：
1、长线计算
设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100－j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与线长都为相对值，计算线长Z为、3、三处的输入阻抗和反射系数，并且通过《电磁场与电磁波》教材上相应的传输线公式和反射系数公式验证。
2、阻抗圆图使用
在反射系数中输入＋j ，归一化电阻输入“2”，归一化电抗输入“－1”，最后选择“开始绘制”按钮，左边便相应的出现反射系数圆图、值为2的等电阻圆，值为－1的等电抗圆。
等电阻圆与等电抗圆的点便是归一化阻抗为2－j 的点。
接下来我们选择“自动获取数据”、“窗体半透明”和
“自动刷新”三个选项。
此时圆图的数据便实时的直接来自与长线计算器的计算结果。
改变长线计算器绿点的位置时，圆图会自动随着进行相应的改变。
(用这个功能，可以实现利用微波技术理论课上讲述的基本概念完成传输线的匹配。
)使用微波基础计算器计算特性阻抗为 50 欧姆，负载阻抗为
200+150j，取波长为 1 线长为 4（波长线长为相对值）。
计算线长 Z 为和两处的输入阻抗和反射系数。
并画出 Z 为时的阻抗圆图。
3、单枝节匹配
特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100，使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。
五、Microwave Office 2003 实例演示
我们通过一个实例来综合讲解MWO。
此实例为设计一个非线性二极管检波器，具体步骤如下：
1、新建一个Project
从菜单中选择File下的New Project
保存此新项目，选择Save Project As：Rectifier
电路原理图
2、创建一个新的电路原理图
右键单击Project View界面下的Circuit Schematics，点击New Schematics，建立一个空白的原理图；选择Elem Browser，按图MWO_18完成原理图。
左键单击Elem标签，在Nonlinear中选择Diode，此时下方窗口将出现一些Diode元件；选择窗口中的Sdiode元件，将其拖入原理图；重复上面步骤，将Sources中的ACVS，Lumped Element中的RES，MeasDevice中的V_meter拖进原理图。
最后如图进行连线；在原理图的任何图表符号上，双击左键可编辑参变量，完成原理图中元件参数设置。
3、设置仿真频率
左键双击Project Options，出现属性对话框；点击Frequency Values，改变单位为MHZ，且选择Single Point复选框，且在Point文本框中输入500（MHZ），点击Apply键确定。
4、添加输出图表
右键单击Project View中的Graphs，
点击Add Graphs，选择矩形框，命名为
Graph1。
然后为新建的矩形图框添加测
量，右键单击Graph 1，单击Add
Measurement，出现Add Measurement对话
添加变量
框。
在对话框的中选择Nonlinear Voltage， Measurement选择Vtime， Data Source Name默认， Measurement Component选择， Offest选择 FirstPoint，单击Apply。
如图所示。
然后再改变Measurement Component，选择V－Meter.
VM1，最后OK 按钮确定。
5、分析电路
单击工具栏Analyze图标，输出方框图Graph1将出现如图所示的输出波形。
输出结果图
6、电路的谐调与优化（Tune and Optimization）
激活原理图，双击ACVS，勾选Mag中的Tune将变量M设为调谐。
打开菜单Tune 选项，其上的变量值可以拖动，可以看到仿真图表随着变量的变化而变化。
7、Optimization功能
右键点击Object View上的Optimizer Goals，点击Add，出现一个对话框，其上可以设置优化目标，优化范围，优化方式。
将需要的参数输入其中，点击OK。
本例无因为简单无恰当优化选项。
六、实例演示实验内容及实验报告要求：
●熟悉微波基础计算器
●熟练引用微波基础计算器计算，将计算器结果与理论计算结果做对比。
●熟悉MWO的基本操作环境；
●仔细观察元件库、元件参数及其代表的物理意义；
●完成上面非线性二级管检波器的设计。
●================================
●通过网络检索，对现在微波设计软件做出简略评述。